基于鈦氧簇和苝酰亞胺的有機-無機雜化材料用于高效率鈣鈦礦與有機太陽能電池的電子傳輸層

來源：原創    更新時間：2021-04-15 16:04:57    瀏覽：4727

基于鈦氧簇和苝酰亞胺的有機-無機雜化材料用于高效率鈣鈦礦與有機太陽能電池的電子傳輸層

 

二氧化鈦（TiO₂）納米材料普遍用作不同薄膜太陽能電池的電子傳輸層（ETL），例如染料敏化太陽能電池（DSSC），鈣鈦礦太陽能電池（PSC）和有機太陽能電池（OSC）。但是，TiO₂在光伏電池中的應用仍受到電子遷移率低、表面粗糙度高和缺陷密度大的限制，不利于TiO₂界面與有機/無機吸光層之間形成歐姆接觸，造成在界面處存在嚴重的電子累積與復合，從而導致低能量轉換效率（PCE）和平面PSC中的顯著的遲滯現象。

近日，北京化工大學/江西省科學院李韋偉教授團隊開發了一種可溶液處理的有機-無機雜化材料。在這項工作中，研究人員利用鈦氧團簇表面配體的可交換性，將苝酰亞胺分子衍生物BPTI-OH修飾于CTOC的外圍（圖1）。合成的目標分子CTOC-3-BPTI顯示出優異的溶解性、合適的能級與良好的電子遷移率，使其應用于PSC和OSC器件的電子傳輸層，分別獲得了20.14%和16.71%的高能量轉換效率。

 

 

 

在PSC器件中，CTOC-3-BPTI作為TiO₂與鈣鈦礦吸光層之間的界面修飾層，得益于對TiO₂表面功函的調節、膜層形貌的改進和缺陷態的鈍化，以及在鈣鈦礦吸光層與界面層之間增強的電子轉移，使用CTOC-3-BPTI/TiO₂作為電子傳輸層的器件能量轉換效率遠高于使用CTOC-3（16.82%）和BPTI-OH（17.21%）的器件（圖2）。CTOC-3-BPTI的優越性在OSC中得到了進一步驗證，在基于PM6:Y6的OSC器件中，CTOC-3-BPTI/PDINO作為電子傳輸層的電池效率達到了16.71%（圖3）。

 

 

總之，這項工作通過引入新的團簇和有機分子，開辟了一類新的有機-無機雜化材料，展示了它們在有機電子領域的廣闊應用前景。

相關成果以“An Organic-Inorganic Hybrid Material based on Benzo[ghi]perylenetri-imide and Cyclic Titanium-Oxo Cluster for Efficient Perovskite and Organic Solar Cells”為題發表在中國化學會旗艦期刊CCS Chemistry上。碩士生張洲以及韓發明博士和方潔博士是論文第一作者。研究工作得到國家自然科學基金，江西省自然科學基金重點項目以及江西省科學院博士啟動基金的資助。

 

原文鏈接：https://www.chinesechemsoc.org/doi/10.31635/ccschem.021.202100825

 

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