具有不同La含量(从0%到100%摩尔比)的Co-La基HTLs简单地由六水合硝酸钴(Co2+)和六水合硝酸镧(La3+)的异丙醇前体溶液、少量的过氧化氢(H2O2)和在80℃下的热处理来制备。La是一种丰富且环境友好的稀土金属,具有富电子的外壳结构,被广泛用于掺杂半导体材料以改善其光电性能。
研究发现H2O2和La在改善相关OSC器件的光伏性能方面具有协同作用。基于没有添加La(即,Co-La0%)的HTL的OSC器件显示出仅16.81%的最佳PCE,而性能随着La的添加而显著提高。冠军级别的PCE 18.82%是基于Co-La50%作为HTL的器件实现的,开路电压(Voc)为0.886 V,短路电流密度(Jsc)为26.64 mA·cm-2,填充因子(FF)为79.65%,远高于基于PEDOT:PSS的器件(18.03%)。值得注意的是,这款PCE在目前的二元混合OSC中名列前茅。
与基于PEDOT:PSS的器件相比,基于Co-La50%的器件在不同条件下表现出优异的长期稳定性,例如在充满N2的手套箱中储存、环境湿度和连续光照。此外,当Co-La50% HTL被用于其它常用的非富勒烯系统时,例如PM6:BTP-BO-4Cl和PM6:IT-4F,OSC器件也表现出比PEDOT:PSS基器件更高的PCEs。
相关OSC器件的简单低成本工艺、优异的光伏性能和长期稳定性显示了Co-La基高温超导材料在高性能OSC中的巨大应用潜力。
Guangcong Zhang, et al, Co-La-Based Hole-Transporting Layers for Binary Organic Solar Cells with 18.82% Efficiency, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202216304
DOI: 10.1002/anie.202216304
https://doi.org/10.1002/anie.202216304