共轭D-A聚合物在钙钛矿太阳能电池空穴传输层中的应用

In the construction of high-performance perovskite solar cells, the selection of the hole transport material is essential, since it plays a critical role in the carrier extraction at the interface between the perovskite active layer and the hole transport layer, the subsequent hole transport and the stability of the whole device. Among many hole transport layer materials, p-type organic conjugated polymer materials have been successfully applied to the high-efficiency perovskite solar cells due to their excellent hole transport properties, stability and film morphology. This project is meant to develop a series of new conjugated D-A polymers as hole transport materials, and adopt low-temperature solution process to fabricate planar heterojunction perovskite to achieve high-efficiency perovskite solar cells, with improved the energy conversion efficiency of solar cells. The commonly seen hysteresis effect in perovskite optoelectronic devices is meant to be eliminated and the water, oxygen, light and stress stability of perovskite solar cells will be greatly improved. At the same time, the interfacial contact between organic hole transport layer and the perovskite will be systematically studied and the carrier transport mechanism in solar cells will be explored.

在高性能钙钛矿太阳能电池构建中，空穴传输层材料的选择和使用至关重要，因为其对钙钛矿活性层和空穴传输层界面处的空穴抽取和后续的空穴传输以及整个电池器件的稳定性都起着关键的作用。在众多的空穴传输层材料中，p-型有机共轭聚合物材料因其良好的空穴传输特性、稳定性和成膜性等被成功的应用于高效钙钛矿太阳能电池的构建。本项目拟合成开发新型共轭D-A聚合物空穴传输层，并采用低温溶液方法制备平面异质结钙钛矿活性层，联合构建高效钙钛矿太阳能电池，进一步提高太阳能电池的能量转换效率，消除钙钛矿光电器件中常见的迟滞现象，并大幅提升钙钛矿太阳能电池的水、氧、光、电稳定性。同时系统研究有机空穴传输层与钙钛矿的界面接触特性，探明其在太阳能电池中的载流子传输机制。

光电能量转换效率和器件稳定性是影响钙钛矿太阳能电池商业化的两个重要因素，其中空穴传输层材料的选择和使用对其与钙钛矿活性层界面处的空穴抽取和后续的空穴传输以及整个电池器件的稳定性都起着关键的作用，因此开发高效和高稳定性的空穴传输材料尤为紧迫。有机共轭聚合物因其优异的稳定性和化学可调的光电性质被逐渐用作高效和稳定的钙钛矿器件的空穴传输材料，但这类材料通常与钙钛矿活性层之间存在一定的匹配性问题，并且这些材料通常合成步骤复杂、合成困难、成本较高。本项目中，我们首次合成低成本的喹喔啉类的共轭聚合物用作钙钛矿太阳能电池的空穴传输层材料，并取得理想的光电转换效率和大幅提高的器件稳定性。本项目中采用低温溶液方法制备平面异质结钙钛矿活性层，联合构建高效钙钛矿太阳能电池，以提高太阳能电池的光电转换效率，消除钙钛矿光电器件中常见的迟滞现象，并大幅提升钙钛矿太阳能电池的水、氧、光、电稳定性。同时系统研究有机电子/空穴传输层与钙钛矿的界面特性，探明其在太阳能电池中的载流子传输及复合机制。通过本项目的研究，我们将基于有机聚合物空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提高至25.1%，国家计量院（NIM）的第三方认证效率为24.5%，超过计划目标，并为发展高效低成本太阳能电池奠定了重要基础。