序文

2月5日、スイス・ローザンヌのEPFL、南方理工大学、天津大学、福建師範大学が共同で、ジュールの論文「N型ポリマーによるC60の溶解・安定化は効率的な逆ペロブスカイト太陽電池を可能にする」を発表しました。 これは、C60粒子が溶液中に集まる問題を解決し、C60電子輸送層の溶液調製を達成することを目的としています。 著者らはn型ポリマーを用いてC60分散を安定化しました。溶液処理されたC60電子伝達層に基づく逆ペロブスカイト太陽電池デバイスは、>25%の効率を持ち、PCBMデバイスを上回り、優れた安定性を維持しました。

本文

背景:フラーレンC60は現在、ペロブスカイト太陽電池(PSC)において最も性能の高い電子伝達層(ETL)ですが、溶液中に蓄積する傾向があります。 そのため、高品質なC60 ETLを堆積させるために、高価で複雑な熱蒸発法が一般的に用いられます。

戦略:この課題に対処するため、著者らはC60分子を溶解・安定化するn型ポリマー添加剤を導入し、効率的かつ安定したC60(SP-C60)ETLの溶液処理を可能にします。 この成果は、n型ポリマーとC60間の分子間相互作用と特性のマッチングによって精密に制御されたことに起因しています。

デバイス:

効率:SP-C60 ETLは5wt%ポリマーを使用し、パワー変換効率25.60%(認証価値25.09%)というチャンピオン級のパワー変換効率を達成しています。 これは現在処理されたC60デバイスの中で最も高性能なソリューションであるだけでなく、最先端の熱蒸発C60デバイスに強く適合する重要なブレークスルーでもあります。

安定性:チャンピオンデバイスは安定性が大幅に向上しています(T95、ライト>で1800時間、 T80、熱>700時間)。

デバイス製造:

基材準備:ITOガラスは超音波洗浄機で洗浄され、洗浄剤、脱イオン水、イソプロパノール(IPA)などの洗浄液が使われます。 洗浄後、窒素で乾燥させ、ITOガラスは乾燥キャビネットに保管されます。 使用前に、ITOガラスは紫外線オゾンで10分間処理されます。

HTL:NiOx ナノ粒子は混合溶媒(水:IPA = 3:1)に10 mg/mLの濃度で分散されます。 NiOx 層を準備するために、溶液は3000rpmで30秒間スピンコーティングされ、100°Cで10分間アニールされました。 次に、0.1 mg/mLのMe-4PACz IPA溶液を準備し、4000 rpmで30秒間スピンコートし、100°Cで10分間アニールします。

表面不動化:2 mg/mL の PEAI:MAI = 2:1 混合溶液(IPA:DMF = 200:1)を用い、4000 rpmで30秒間スピンコートし、その後105°Cで10分間アニールしてペロブスカイト表面をさらに不動化します。

溶液処理C60:DCBを溶媒にした2 mg/mL TPDI-BTI溶液を準備します。 その後、C60粉末をTPDI-BTI溶液に溶かします。 異なる濃度のTPDI-BTI溶液やブランクDCB溶媒を加えることで、TPDI-BTIとC60の重量比を調整します。 TC-X溶液の総濃度は25 mg/mLに設定されています。 例えば、TC-5溶液は、20 mgのC60粉末を500 μL TPDI-BTI DCB溶液と340 μL DCB溶媒に溶かして製製されます。 混合溶液を40°Cで2時間かき混ぜ、完全に溶解した紫色溶液を作ります。これはTC-5およびTC-10サンプルに適しています(TC-0、TC-2.5、TC-3.3サンプルは完全に溶解していません)。 その後、未ろ過溶液を3000rpmで20秒間スピンコーティングし、100°Cで10分間アニーリングしました。

これに対し、PCBM ETLは20 mg/mLのPCBM CB溶液を3000rpmで20秒間スピンコーティングしてペロブスカイトに塗布します。 次に、0.5 mg/mL BCPのIPA溶液を6000 rpmで30秒間スピンコーティングし、80°Cで10分間アニールしました。 最後に、80 nmの銀電極は2 × 10⁻⁶ Paの熱蒸発によって蒸発され、PSCの準備が完了しました。

元の情報:DOI: 10.1016/j.joule.2024.101817