聚合 Y 系列非富勒烯受体:高效倒置钙钛矿太阳能电池的稳健电子传输层》:解锁太阳能电池新潜能

【字体: 时间:2025年05月10日 来源:Joule 38.6

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  Y 系列非富勒烯受体(Y - NFAs)用于倒置钙钛矿太阳能电池电子传输层(ETLs)时,玻璃化转变温度(Tg)低限制性能。研究人员通过聚合 Y - NFAs 工程提升Tg、优化分子构象,使器件效率达 25.81% 且稳定性佳,为该领域发展助力。

  Y 系列非富勒烯受体(Y - NFAs)与钙钛矿具有出色的界面相容性和有序的分子间聚集特性,使其成为倒置钙钛矿太阳能电池中电子传输层(ETLs)的有力候选材料。然而,其较低的玻璃化转变温度(Tg)在内部应力下限制了性能。本研究提出关键设计策略,旨在开发具有增强电子性能的高效且稳健的 Y - NFA 电子传输层:一是通过聚合 Y - NFA 工程提高Tg值,改善热稳定性;二是通过 π 桥与相邻共轭单元之间的强相互作用,优化聚合 Y - NFA(PY - NFAs)的分子内构象,增强分子平面性,促进载流子动力学。采用 PY - NFAs 的器件实现了 25.81% 的高效率,并在 65°C 和 85°C 热老化条件下表现出卓越的稳定性。
Y 系列非富勒烯受体(Y - NFAs)的发展推动了有机光伏领域的显著进步。但要在钙钛矿光伏中作为高效且稳健的电子传输层(ETLs)取得成功,需要对 Y - NFAs 进行合理的结构修饰,优化其固有电子性能、热稳定性以及与钙钛矿的界面相容性。本研究发现聚合 Y - NFAs(PY - NFAs)因其增强的分子间 π - π 堆积和热稳定性,是极具潜力的电子传输层候选材料。具体而言:一方面,与单体 Y - NFA 相比,PY - NFAs 在溶液中的预聚集有助于在薄膜中形成更有序的 π - π 堆积,从而改善载流子传输;此外,PY - NFAs 较高的玻璃化转变温度有助于减轻热应力对电子性能的影响。另一方面,PY - NFAs 中桥连单元与相邻共轭单元之间增强的相互作用优化了分子堆积平面性,进而改善载流子动力学,并能有效钝化钙钛矿表面的缺陷。采用 PY - NFA 电子传输层的优化倒置器件有效平衡了效率和热稳定性。

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