基于吡嗪空穴传输层的合成及在p -i-n型钙钛矿太阳能电池中的应用

许桂英 薛荣明 张默瑶 李耀文 李永舫

引用本文: 许桂英, 薛荣明, 张默瑶, 李耀文, 李永舫. 基于吡嗪空穴传输层的合成及在p -i-n型钙钛矿太阳能电池中的应用[J]. 物理化学学报, 2021, 37(4): 200805. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008050 shu
Citation:  Xu Guiying, Xue Rongming, Zhang Moyao, Li Yaowen, Li Yongfang. Synthesis of Pyrazine-based Hole Transport Layer and Its Application in p-i-n Planar Perovskite Solar Cells[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(4): 200805. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008050 shu

基于吡嗪空穴传输层的合成及在p -i-n型钙钛矿太阳能电池中的应用

    通讯作者: 李耀文, ywli@suda.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51922074, 51673138, 51820105003), 江苏高校优势学科建设工程项目和江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCPTTPA8_2496)资助

摘要: 钙钛矿太阳能电池由于具有高的光电转换效率,简单的溶液加工工艺,较低的成本等优势因而拥有广阔的应用前景。有机小分子空穴传输层材料在钙钛矿太阳能电池中扮演着极其重要的角色。在本工作中,我们设计和合成了基于吡嗪为分子中心核,三苯胺为分枝的X型空穴传输层材料PT-TPA。与Si-OMeTPA对比,吡嗪的引入不仅不会影响其结晶性,并且能够改善其电荷转移特性和分子中心共平面性,从而显著提升了PT-TPA的空穴迁移率。在非掺杂的情况之下,基于PT-TPA空穴传输层的p-i-n型钙钛矿太阳能电池展现出17.52%的光电转换效率,与相同条件下基于Si-OMeTPA空穴传输层的器件相比,效率提高了近15%。

English

    1. [1]

      Kojima, A.; Teshima, K.; Shirai, Y.; Miyasaka, T. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6050. doi: 10.1021/ja809598r

    2. [2]

      Olaleru, S. A.; Kirui, J. K.; Wamwangi, D.; Roro, K. T.; Mwakikunga, B. Sol. Energy 2020, 196, 295. doi: 10.1016/j.solener.2019.12.025

    3. [3]

      Park, N. G. ACS Energy Lett. 2019, 4, 2983. doi: 10.1021/acsenergylett.9b02442

    4. [4]

      Zheng, X.; Hou, Y.; Bao, C.; Yin, J.; Yuan, F.; Huang, Z.; Song, K.; Liu, J.; Troughton, J.; Gasparini, N.; et al. Nat. Energy 2020, 5, 131. doi: 10.1038/s41560-019-0538-4

    5. [5]

      Yang, D.; Sano, T.; Yaguchi, Y.; Sun, H.; Sasabe, H.; Kido, J. Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1970074. doi: 10.1002/adfm.201970074

    6. [6]

      Xue, R.; Zhang, M.; Luo, D.; Chen, W.; Zhu, R.; Yang, Y. M.; Li, Y.; Li, Y. Sci. China Chem. 2020, doi: 10.1007/s11426-020-9741-1

    7. [7]

      Jia, X.; Zuo, C.; Tao, S.; Sun, K.; Zhao, Y.; Yang, S.; Cheng, M.; Wang, M.; Yuan, Y.; Yang J.; et al. Science Bulletin 2019, 64, 1532. doi: 10.1016/j.scib.2019.08.017

    8. [8]

      Cheng, M.; Zuo, C.; Wu, Y.; Li, Z.; Xu, B.; Hua, Y.; Ding, L. Science Bulletin 2020, 65 (15), 1237. doi: 10.1016/j.scib.2020.04.021

    9. [9]

      Sathiyan, G.; Syed. A. A.; Chen, C.; Wu, C.; Tao, L.; Ding, X.; Miao, Y.; Li, G.; Cheng, M.; Ding L. Nano Energy 2020, 72, 104673. doi: 10.1016/j.nanoen.2020.104673

    10. [10]

      Bi, C.; Wang, Q.; Shao, Y.; Yuan, Y.; Xiao, Z.; Huang, J. Nat. Commun. 2015, 6, 7747. doi: 10.1038/ncomms8747

    11. [11]

      Huang, C.; Fu, W.; Li, C. Z.; Zhang, Z.; Qiu, W.; Shi, M.; Heremans, P.; Jen, A. K. Y.; Chen, H. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2528. doi: 10.1021/jacs.6b00039

    12. [12]

      张婧, 何有军, 闵杰.物理化学学报, 2018, 34, 1221. doi: 10.3866/PKU.WHXB201803231Zhang, J.; He, Y.; Min, J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2018, 34, 1221. doi: 10.3866/PKU.WHXB201803231

    13. [13]

      Xu, L.; Chen, X.; Jin, J.; Liu, W.; Dong, B.; Bai, X.; Song, H.; Reiss, P. Nano Energy 2019, 63, 103860. doi: 10.1016/j.nanoen.2019.103860

    14. [14]

      Son, M. K.; Steier, L.; Schreier, M.; Mayer, M. T.; Luo, J.; Grätzel, M. Energy Environ. Sci. 2017, 10, 912. doi: 10.1039/C6EE03613A

    15. [15]

      Zhao, D.; Sexton, M.; Park, H. Y.; Baure, G.; Nino, J. C.; So, F. Adv. Energy Mater. 2015, 5, 1401855. doi: 10.1002/aenm.201500436

    16. [16]

      Li, X.; Liu, X.; Wang, X.; Zhao, L.; Jiu, T.; Fang, J. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 15024. doi: 10.1039/C5TA04712A

    17. [17]

      Meng, L.; You, J.; Guo, T. F.; Yang, Y. Acc. Chem. Res. 2016, 49, 155. doi: 10.1021/acs.accounts.5b00404

    18. [18]

      Jeon, N. J.; Noh, J. H.; Kim, Y. C.; Yang, W. S.; Ryu, S.; Seok, S. I. Nat. Mater. 2014, 13, 897. doi: 10.1038/nmat4014

    19. [19]

      Wang, Y. K.; Yuan, Z. C.; Shi, G. Z.; Li, Y. X.; Li, Q.; Hui, F.; Sun, B. Q.; Jiang, Z.; Liao, L. Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 1375. doi: 10.1002/adfm.201504245

    20. [20]

      Labban, A. E.; Chen, H.; Kirkus, M.; Barbe, J.; Del Gobbo, S.; Neophytou, M.; McCulloch, I.; Eid, J. Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1502101. doi: 10.1002/aenm.201502101

    21. [21]

      Chen, H.; Fu, W.; Huang, C.; Zhang, Z.; Li, S.; Ding, F.; Shi, M.; Li, C. Z.; Jen, A. K. Y.; Chen, H. Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1700012. doi: 10.1002/aenm.201700012

    22. [22]

      Xue, R.; Zhang, M.; Xu, G.; Zhang, J.; Chen, W.; Chen, H.; Yang, M.; Cui, C.; Li, Y.; Li, Y. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 404. doi: 10.1039/C7TA09716F

    23. [23]

      Lin, H.; Chen, S.; Hu, H.; Zhang, L.; Ma, T.; Lai, J. Y. L.; Li, Z.; Qin, A.; Huang, X.; Tang, B.; Yan, H. Adv. Mater. 2016, 28, 8546. doi: 10.1002/adma.201600997

    24. [24]

      Liu, Y.; Lai, J. Y. L.; Chen, S.; Li, Y.; Jiang, K.; Zhao, J.; Li, Z.; Hu, H.; Ma, T.; Lin, H.; et al. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 13632. doi: 10.1039/C5TA03093E

    25. [25]

      Liu, Y.; Mu, C.; Jiang, K.; Zhao, J.; Li, Y.; Zhang, L.; Li, Z.; Lai, J.; Hu, H.; Ma, T.; et al. Adv. Mater. 2015, 27, 1015. doi: 10.1002/adma.201404152

    26. [26]

      Xu, L.; Zhang, Q. Sci. China Mater. 2017, 60, 1093. doi: 10.1007/s40843-016-5170-2

    27. [27]

      Zhu, Y.; Champion, R.; Jenekhe, S. Macromolecules 2006, 39, 8712. doi: 10.1021/ma061861g

    28. [28]

      Zhou, E.; Cong, J.; Yamakawa, S.; Wei, Q.; Nakamura, M.; Tajima, K.; Yang, C.; Hashimoto, K. Macromolecules 2010, 43, 2873. doi: 10.1021/ma100039q

    29. [29]

      Chen, M.; Nie, H.; Song, B.; Li, L.; Sun, J. Z.; Qin, A.; Tang, B. Z. J. Mater. Chem. C 2016, 4, 2901. doi: 10.1039/C5TC03299G

    30. [30]

      Liu, F.; Wu, F.; Tu, Z.; Liao, Q.; Gong, Y.; Zhu, L.; Li, Q.; Li, Z. Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1901296. doi: 10.1002/adfm.201901296

    31. [31]

      Zhang, D.; Xu, P.; Wu, T.; Ou, Y.; Yang, X.; Sun, A.; Cui, B.; Sun, H.; Hua, Y. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 5221. doi: 10.1039/C8TA12139G

    32. [32]

      Hua, Y.; Chen, S.; Zhang, D.; Xu, P.; Sun, A.; Ou, Y.; Wu, T.; Sun, H.; Cui, B.; Zhu, X. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 10200. doi: 10.1039/C9TA01731C

    33. [33]

      Zhao, Y.; Xu, G.; Guo, X.; Xia, Y.; Cui, C.; Zhang, M.; Song, B.; Li, Y.; Li, Y. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 17991. doi: 10.1039/C5TA03801D

    34. [34]

      Zhang, P.; Li, C.; Li, Y.; Yang, X.; Chen, L.; Xu, B.; Tian, W.; Tu, Y. Chem. Commun. 2013, 49, 4917. doi: 10.1039/C3CC41321G

    35. [35]

      Deepa, M.; Salado, M.; Calio, L.; Kazim, S.; Shivaprasad, S. M.; Ahmad, S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2017, 19, 4069. doi: 10.1039/C6CP08022G

    36. [36]

      Saliba, M.; Matsui, T.; Seo, J. Y.; Domanski, K.; Correa-Baena, J. P.; Nazeeruddin, M. K.; Zakeeruddin, S. M.; Tress, W.; Abate, A.; Hagfeldt, A.; Grätzel, M. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 1989. doi: 10.1039/C5EE03874J

    37. [37]

      Ge, Q. Q.; Shao, J. Y.; Ding, J.; Deng, L. Y.; Zhou, W. K.; Chen, Y. X.; Ma, J. Y.; Wan, L. J.; Yao, J.; Hu, J. S.; Zhong, Y. W. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 10959. doi: 10.1002/anie.201806392

    38. [38]

      Luo, D.; Yang, W.; Wang, Z.; Sadhanala, A.; Hu, Q.; Su, R.; Shivanna, R.; Trindade, G. F.; Watts, J. F.; Xu, Z.; et al. Science 2018, 360, 1442. doi: 10.1126/science.aap9282

    39. [39]

      Tu, Y.; Yang, X.; Su, R.; Luo, D.; Cao, Y.; Zhao, L.; Liu, T.; Yang, W.; Zhang, Y.; Xu, Z.; et al. Adv. Mater. 2018, 30, 1805085. doi: 10.1002/adma.201805085

    40. [40]

      Li, Y.; Zhao, Y.; Chen, Q.; Yang, Y.; Liu, Y.; Hong, Z.; Liu, Z.; Hsieh, Y. T.; Meng, L.; Li, Y.; Yang, Y. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 15540. doi: 10.1021/jacs.5b10614

    41. [41]

      Cowan, S. R.; Roy, A.; Heeger, A. J. Phys. Rev. B 2010, 82, 245207. doi: 10.1103/PhysRevB.82.245207

    42. [42]

      Mandoc, M. M.; Kooistra, F. B.; Hummelen, J. C.; Boer, B. d.; Blom, P. W. M. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 263505.doi: 10.1063/1.2821368

    43. [43]

      Liu, X.; Yu, Z.; Wang, T.; Chiu, K.; Lin, F.; Gong, H.; Ding, L.; Cheng, Y. Adv. Energy Mater. 2020, 2001958. doi: 10.1002/aenm.202001958

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  5
  • 文章访问数:  597
  • HTML全文浏览量:  98
文章相关
  • 发布日期:  2021-04-15
  • 收稿日期:  2020-08-19
  • 接受日期:  2020-09-23
  • 修回日期:  2020-09-20
  • 网络出版日期:  2020-10-09
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章