Highly Efficient (>9%) Lead‐Free AgBiS2 Colloidal Nanocrystal/Organic Hybrid Solar Cells

材料科学 能量转换效率 纳米晶 带隙 混合太阳能电池 钝化 聚合物太阳能电池 纳米技术 吸收(声学) 开路电压 光电子学 化学工程 图层(电子) 电压 复合材料 工程类 物理 量子力学
作者
Changjo Kim,Irem Kozakci,JunHo Kim,Sang Yeon Lee,Jung‐Yong Lee
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (25) 被引量:61
标识
DOI:10.1002/aenm.202200262
摘要

Abstract Environmentally friendly colloidal nanocrystals (NCs) are promising materials for next‐generation solar cells because of their low cost, solution processability, and facile bandgap tunability. Recently, silver bismuth disulfide (AgBiS 2 ) has attracted considerable attention owing to its appreciable power conversion efficiency (PCE) of 6.4%. However, issues such as the low open‐circuit voltage ( V OC ) compared to the bandgap of the AgBiS 2 NCs and the unoptimized energy level structure at the AgBiS 2 NC/PTB7 hole‐transporting layer (HTL) interface should be resolved to enhance the performance of solar cells. In this study, a design strategy to obtain efficient energy level structure in AgBiS 2 NC/organic hybrid solar cells is proposed. By selecting PBDB‐T‐2F as an HTL with a lower highest occupied molecular orbital level than that of PTB7, the V OC of the device is increased. Furthermore, iodide‐ and thiolate‐passivated AgBiS 2 NC surfaces are generated using tetramethylammonium iodide (TMAI) and 2‐mercaptoethanol (2‐ME), which leads to the energy level optimization of NCs for efficient charge extraction. This improves the PCE from 3.3% to 7.1%. In addition, the polymer is replaced with a PBDB‐T‐2F:BTP‐4Cl blend to achieve a higher short‐circuit current density through complementary absorption. Accordingly, an AgBiS 2 NC‐based solar cell with a PCE of 9.1% is fabricated.
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