新型无LiTFSI掺杂的Spiro型空穴传输材料的合成及其在钙钛矿太阳能电池中性能研究
批准号:
22065038
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
40.0 万元
负责人:
华雍
依托单位:
学科分类:
光能源化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
华雍
中文摘要
空穴传输材料对钙钛矿太阳能电池的效率、稳定性以及制作成本具有重要的影响。迄今为止,Spiro-OMeTAD是使用最广泛、效率最高和最有希望大规模商业化的空穴传输材料,然而其合成复杂、价格昂贵,且空穴迁移率较低,需掺杂LiTFSI来提高迁移率,而LiTFSI会导致电池稳定性下降。针对上述问题,本项目拟运用简易的新方法来合成Spiro-OMeTAD,降低其价格; 在Spiro-OMeTAD螺二芴优势结构的基础上,通过增大分子共轭体系来合成具有高空穴迁移率的Spiro型空穴传输材料,利用空穴传输材料双阳离子盐代替LiTFSI来掺杂空穴传输材料,应用在钙钛矿太阳能电池中进一步提高电池的效率和稳定性,同时研究并阐明材料分子结构-性能的构效关系以及钙钛矿与空穴传输材料界面的相互作用机理。本研究能为将来高效空穴传输材料的设计提供理论指导以及钙钛矿太阳能电池商业化奠定基础。
英文摘要
Hole transport materials (HTMs) have a great influence on the power conversion efficiency, long-term stability and production cost of perovskite solar cells (PSCs). To date, Spiro-OMeTAD has been the most commonly used, efficient and promising large-scale commercial HTM in PSCs. However, it suffers from tedious synthesis and high-cost, moreover, Spiro-OMeTAD exhibits low hole-mobility in pristine form which can be enhanced by the addition of LiTFSI. Unfortunately, LiTFSI negatively influences the stability of PSCs device. In this proposal, Spiro-OMeTAD will be synthesized via a new facile synthesis method, lowering its production cost. On the basis of the excellent spirobifluorene-based core structure of Spiro-OMeTAD,new spiro-based HTMs with high hole-mobility will be synthesized by increasing the molecular π-conjugation system. Moreover, a dicationic salt of spiro-based HTM instead of LiTFSI will be employed as an effective p-dopant to dope the HTM. The performance and stability of PSCs are expected to be further improved. At the same time, the structure-activity relationship and working mechanism of the interface between perovskite and HTM in PSCs will be well investigated and clarified. The results of this project are expected to provide important theoretical guidance for designing highly efficient hole transport materials and lay a foundation for the commercialization of perovskite solar cells in the future.
本项目围绕提升钙钛矿太阳能电池的效率与稳定性这一核心主题开展一系列研究工作,成功开发了一系列低成本高性能的空穴传输材料、空穴添加剂材料、钙钛矿钝化剂材料以及添加剂材料,提升了钙钛矿太阳能电池的效率与稳定性,揭示了材料分子结构与性能之间的构效关系以及钙钛矿/空穴传输层界面之间载流子提取与传递的工作机制,发现了一些有利于提高钙钛矿太阳能电池器件的光伏性能与稳定性的规律,研究工作能为新材料的设计以及提升钙钛矿太阳能电池的效率与稳定性提供有价值的参考。重要的研究成果包括:(1)获得一系列新型的空穴传输材料,它们的成本低于Spiro-OMeTAD, 部分材料的效率优于Spiro-OMeTAD; (2) 获得了几种性能优异的空穴添加剂材料并应用在基于Spiro-OMeTAD的正式钙钛矿太阳能电池中,取得25.51%的光电转换效率; (3) 获得了一些多功能的缺陷钝化剂材料与钙钛矿结晶调控添加剂材料,用于钝化钙钛矿缺陷与调节钙钛矿的结晶,从而获得高质量钙钛矿薄膜,最终在反式钙钛矿太阳能电池中实现了接近26%的光电转换效率; (4) 发现加快激子分离、提高热载流子提取效率、减缓热载流子弛豫等动力学过程都有利于提升钙钛矿太阳能电池的光伏性能。以通讯作者在Angew Chem(2)、Adv. Energy Mater、Adv. Funct Mater等国际期刊发表关于钙钛矿太阳能电池领域的SCI论文30篇,授权国家发明专利4项,培养博士后1名、博士1名与硕士研究生10名。
国内基金
海外基金