異種原子を含む多用途のホール選択的分子が、効率的なp-i-nペロブスカイトおよび有機太陽電池のための自己組織化単分子膜として機能する

概要 逆型ペロブスカイト太陽電池（PSC）は、最近、学術および産業の太陽光発電研究において主要な焦点として浮上しています。従来のPSCに対する多くの利点には、処理の容易さ、ヒステリシスなしの挙動、高い安定性、タンデムアプリケーションへの互換性が含まれます。しかし、逆型PSCの最大出力変換効率（PCE）は、逆型PSCに適した電荷選択材料が限られているため、従来のPSCに比べて依然として劣っています。本研究では、逆型PSCのための優れたホール選択材料が紹介されます。O、S、またはSeをそれぞれコア異種原子として含む一連の三環芳香族環と、リン酸のアンカーが自己組織化単分子膜（SAM）を形成し、ペロブスカイト吸収体に直接接触します。芳香族構造の異種原子が対応する逆型PSCの分子エネルギーおよび動作特性に与える影響を、補完的な実験技術や密度汎関数理論（DFT）計算を使用して調査しました。すべてのSAMがペロブスカイト吸収体とエネルギー的に良好に整列した界面を形成することがわかりました。Seを含むSAMとペロブスカイト吸収体の間の相互作用エネルギーは、シリーズの中で最も強く、界面欠陥密度を低下させ、それによって電荷キャリアの寿命を延ばします。その結果、Seを含むSAMを組み込んだPSCはPCEが22.73%に達し、環境条件下での500時間の最大出力点追跡テスト後に、初期効率の約96%を保持します。すべてのSAMはその後、有機太陽電池（OSC）に使用されました。再び、Seを含むSAMベースのOSCは、三種類の分子SAMベースのOSCの中で最高のPCEである17.9%を示しました。本研究は、高性能太陽電池に使用するための精密に設計されたSAMの大きな可能性を示しています。