Additive‐Free Oxidized Spiro‐MeOTAD Hole Transport Layer Significantly Improves Thermal Solar Cell Stability

材料科学 氧化剂 钙钛矿(结构) 太阳能电池 热稳定性 图层(电子) 降级(电信) 化学工程 微晶 纳米技术 光电子学 有机化学 冶金 化学 电气工程 工程类
作者
Matthias J. Grotevent,Yongli Lu,Tara Šverko,M. C. Shih,Shaun Tan,Hua Zhu,Tong Dang,Jeremiah Mwaura,Richard Swartwout,Finn Beiglböck,Linda Kothe,Vladimir Bulović,Moungi G. Bawendi
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (31) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/aenm.202400456
摘要

Abstract Perovskite solar cells are among the most promising new solar technologies, already surpassing polycrystalline silicon solar cell efficiencies. The stability of the highest efficiency devices at elevated temperature is, however, poor. These cells typically use Spiro‐MeOTAD as the hole transporting layer. It is generally believed that additives, required for enhancing electrical conductivity and optimizing energy level alignment, are responsible for the reduced stability—inferring that Spiro‐MeOTAD based hole transporting layers are intrinsically unstable. Here, a reliable noble metal free synthesis of Spiro‐MeOTAD (bis(trifluoromethane)sulfonimide) 4 is presented which is used as the oxidizing agent. No additives are added to the partially oxidized Spiro‐MeOTAD hole‐transporting layer. Device efficiencies up to 24.2% are achieved. Electrical conductivity is largely developed by the first 1% oxidation. Further oxidation shifts the energy levels away from the vacuum level, which allows tuning of the energy level alignment without the use of additives—contradicting the current understanding of this system. Without additives, devices demonstrate significant improvement in stability at elevated temperatures up to 85 °C under one sun over 1400 h continuous illumination. The remaining degradation is pinpointed to ion migration and reactions in the perovskite layer which may be further suppressed with compositional engineering and adequate ion barrier layers.
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