피리딘을 통한 페로브스카이트 필름에 풀러렌 고정을 통한 고효율 태양전지에서 전자 전송 개선

풀러렌 파생물은 강한 전자 수용 능력 덕분에 역형(p–i–n) 평면 이종 접합 페로브스카이트 태양전지(iPSCs)의 전자 전송층(ETLs)으로 널리 사용되어 왔으며, 지금까지 6,6-페닐-C 61 -부티르산 메틸 esters(PCBM)가 가장 일반적으로 사용되는 ETL이었으나 복잡한 합성 경로로 인해 높은 비용의 문제가 있다. 본 연구에서는 새로운 피리딘 기능화 풀러렌 파생물(약칭 C 60 -Py)을 1단계 1,3-쌍극자 고리 생성 반응을 통해 용이하게 합성하고 iPSC 장치에서 PCBM보다 우수한 ETL로 적용했다. 메틸, n -부틸, n -헥실 등 다양한 알킬 그룹을 가진 세 가지 피리딘 기능화 풀러렌 파생물(C 60 -MPy, C 60 -BPy, C 60 -HPy)을 합성했다. 순환 전압측정법 연구에 따르면 N -알킬 그룹의 사슬 길이는 C 60 -Py의 분자 에너지 레벨에 미미한 영향을 미친다. 그러나 C 60 -Py의 ETL 성능은 N -알킬 그룹의 사슬 길이에 민감하게 의존하며, C 60 -BPy가 16.83%의 최고의 전력 변환 효율(PCE)을 보여 PCBM ETL 기반의 효율(15.87%)을 초과한다. C 60 -BPy 장치의 PCE 향상은 피리딘 부분과 CH 3 NH 3 PbI 3 페로브스카이트의 Pb 2+ 이온 간의 조정 상호작용 덕분으로, C 60 -BPy가 페로브스카이트 필름에 고정되어 CH 3 NH 3 PbI 3 페로브스카이트 필름 내의 트랩 상태 패시베이션을 강화하고 비방사 전자-홀 재결합을 억제하여 단락 전류 밀도(J sc)의 증가로 반영된 전자 전송을 향상시킨다. C 60 -HPy 기반 장치의 환경 안정성은 PCBM ETL 기반의 것보다 훨씬 우수한데, 그 긴 N -알킬 그룹이 CH 3 NH 3 PbI 3 층을 주변 습기로부터 보호하는 우수한 캡슐화 층으로 작용할 수 있기 때문이다.