Co-adsorbed self-assembled monolayer enables high-performance perovskite and organic solar cells

单层 钙钛矿(结构) 吸附 材料科学 自组装单层膜 有机太阳能电池 纳米技术 化学 结晶学 有机化学 复合材料 聚合物
作者
Dongyang Li,Qing Lian,Tao Tang,Ruijie Ma,Heng Liu,Qiong Liang,Yu Han,Guojun Mi,Ouwen Peng,Guihua Zhang,Wenbo Peng,Baomin Xu,Xinhui Lu,Kuan Liu,Jun Yin,Zhiwei Ren,Gang Li,Chun Cheng
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:13
标识
DOI:10.1038/s41467-024-51760-5
摘要

Self-assembled monolayers (SAMs) have become pivotal in achieving high-performance perovskite solar cells (PSCs) and organic solar cells (OSCs) by significantly minimizing interfacial energy losses. In this study, we propose a co-adsorb (CA) strategy employing a novel small molecule, 2-chloro-5-(trifluoromethyl)isonicotinic acid (PyCA-3F), introducing at the buried interface between 2PACz and the perovskite/organic layers. This approach effectively diminishes 2PACz's aggregation, enhancing surface smoothness and increasing work function for the modified SAM layer, thereby providing a flattened buried interface with a favorable heterointerface for perovskite. The resultant improvements in crystallinity, minimized trap states, and augmented hole extraction and transfer capabilities have propelled power conversion efficiencies (PCEs) beyond 25% in PSCs with a p-i-n structure (certified at 24.68%). OSCs employing the CA strategy achieve remarkable PCEs of 19.51% based on PM1:PTQ10:m-BTP-PhC6 photoactive system. Notably, universal improvements have also been achieved for the other two popular OSC systems. After a 1000-hour maximal power point tracking, the encapsulated PSCs and OSCs retain approximately 90% and 80% of their initial PCEs, respectively. This work introduces a facile, rational, and effective method to enhance the performance of SAMs, realizing efficiency breakthroughs in both PSCs and OSCs with a favorable p-i-n device structure, along with improved operational stability. Self-assembled monolayers are essential for achieving high performance solar cells by minimizing interfacial energy losses. Here, authors the develop a co-adsorb strategy with a small molecule to provide a favorable heterointerface, realizing high efficiency in p-i-n perovskite and organic devices.
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