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Anchorable Perylene Diimides as Chemically Inert Electron Transport Layer for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells with High Reproducibility
Solar RRL ( IF 6.0 ) Pub Date : 2021-01-12 , DOI: 10.1002/solr.202000736 Fangyuan Ye 1 , Diwei Zhang 1 , Xiaojia Xu 1 , Huanxin Guo 1 , Shuaijun Liu 1 , Shuo Zhang 1 , Yongzhen Wu 1 , Wei-Hong Zhu 1
Solar RRL ( IF 6.0 ) Pub Date : 2021-01-12 , DOI: 10.1002/solr.202000736 Fangyuan Ye 1 , Diwei Zhang 1 , Xiaojia Xu 1 , Huanxin Guo 1 , Shuaijun Liu 1 , Shuo Zhang 1 , Yongzhen Wu 1 , Wei-Hong Zhu 1
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Oxide semiconductors like TiO2 and SnO2 are exclusively used to construct electron transport layer (ETL) in n–i–p‐structured perovskite solar cells (PSCs). Despite high electron mobility and suitable energy levels, their complicated surface chemistry is detrimental to the interfacial stability as well as fabrication reproducibility. Alternatively, organic n‐type semiconductors address these issues due to their defined molecular structures. Herein, the novel use of anchorable perylene diimides (PDI) and naphthalene diimide (NDI) as chemically inert ETLs is proposed to improve the stability and reproducibility of n–i–p‐structured PSCs. Compared with NDI, the PDI analogues show more suitable lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy levels (−4.1 vs. −3.8 eV) for matching the conduction band edge of metal halide perovskites, thus favoring the interfacial electron collection. The anchoring chains decorated on PDI entity are found to affect not only the solution processability of ETLs, but also the crystal quality of perovskites. More importantly, the interfacial perovskite decomposition is suppressed in such organic ETLs‐based PSCs. These merits of the anchorable PDI‐based ETLs enable ≈19% efficiency devices with excellent reproducibility and long‐term stability, which outperform traditional TiO2‐based n–i–p PSCs.
中文翻译：
可锚固的Di二酰亚胺作为化学惰性的电子传输层，用于高效，稳定的高钙钛矿型太阳能电池
TiO 2和SnO 2等氧化物半导体仅用于在n–i–p结构的钙钛矿太阳能电池（PSC）中构造电子传输层（ETL）。尽管具有高的电子迁移率和合适的能级，但它们复杂的表面化学性质不利于界面稳定性以及制造的可复制性。或者，有机n型半导体由于其定义的分子结构而解决了这些问题。在此，提出了将可锚定的per二酰亚胺（PDI）和萘二酰亚胺（NDI）用作化学惰性ETL的新用途，以提高n–i–p结构PSC的稳定性和可重复性。与NDI相比，PDI类似物显示出更合适的最低空分子轨道（LUMO）能量水平（-4.1对-3.8 eV），与金属卤化物钙钛矿的导带边缘相匹配，因此有利于界面电子的收集。发现在PDI实体上装饰的锚链不仅影响ETL的溶液可加工性，而且影响钙钛矿的晶体质量。更重要的是，在此类基于有机ETL的PSC中，钙钛矿的界面分解得到抑制。基于可锚定PDI的ETL的这些优点使效率约为19％的设备具有出色的可重复性和长期稳定性，优于传统的TiO。2个基于n–i–p的PSC。
更新日期：2021-03-10
中文翻译：
可锚固的Di二酰亚胺作为化学惰性的电子传输层，用于高效，稳定的高钙钛矿型太阳能电池
TiO 2和SnO 2等氧化物半导体仅用于在n–i–p结构的钙钛矿太阳能电池（PSC）中构造电子传输层（ETL）。尽管具有高的电子迁移率和合适的能级，但它们复杂的表面化学性质不利于界面稳定性以及制造的可复制性。或者，有机n型半导体由于其定义的分子结构而解决了这些问题。在此，提出了将可锚定的per二酰亚胺（PDI）和萘二酰亚胺（NDI）用作化学惰性ETL的新用途，以提高n–i–p结构PSC的稳定性和可重复性。与NDI相比，PDI类似物显示出更合适的最低空分子轨道（LUMO）能量水平（-4.1对-3.8 eV），与金属卤化物钙钛矿的导带边缘相匹配，因此有利于界面电子的收集。发现在PDI实体上装饰的锚链不仅影响ETL的溶液可加工性，而且影响钙钛矿的晶体质量。更重要的是，在此类基于有机ETL的PSC中，钙钛矿的界面分解得到抑制。基于可锚定PDI的ETL的这些优点使效率约为19％的设备具有出色的可重复性和长期稳定性，优于传统的TiO。2个基于n–i–p的PSC。
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