A high performance and low-cost hole transporting layer for efficient and stable perovskite solar cells

文献情報

出版日 2017-07-12
DOI 10.1039/C7CP03551A
インパクトファクター 3.676
著者

Md Arafat Mahmud, Naveen Kumar Elumalai, Mushfika Baishakhi Upama, Dian Wang, Vinicius R. Gonçales, Matthew Wright, Cheng Xu, Faiazul Haque, Ashraf Uddin


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要旨

Here we report a small molecule oxidant 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyano-quinodimethane (F4TCNQ) doped, low cost 2′,7′-bis(bis(4-methoxyphenyl)amino)spiro[cyclopenta[2,1-b:3,4-b′]dithiophene-4,9′-fluorene] (FDT) hole transporting layer (HTL) for efficient mixed organic cation based MA0.6FA0.4PbI3 (MA = methyl ammonium, FA = formamidinium) perovskite solar cells (PSCs), fabricated via a highly reproducible controlled nucleation assisted restricted volume solvent annealing method, having full temperature compatibility with flexible substrates. The optimized (1 wt%) F4TCNQ doped FDT HTL based devices (F-FDT devices) demonstrate simultaneous enhancement of photovoltaic performance and device stability as well as significant reduction in photo-current hysteresis, as compared to conventional bis(trifluoromethylsulfonyl)amine lithium (Li-TFSI) additive based FDT HTL devices (L-FDT devices). Adding to the merits, F-FDT PSCs exhibit about 75% higher device stability compared to conventional L-FDT devices during the course of three weeks. Mott–Schottky analysis and in-depth charge transport characterization were carried out using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) of the fabricated devices to understand the superior performance of the F-FDT devices. In addition, detailed polaronic intensity characterization of the doped HTL films was performed via ultraviolet-visible near-infrared (UV-vis-NIR) spectroscopy to investigate the underlying mechanism. Mitigated photocurrent hysteresis in the F-FDT devices has also been examined in terms of the inherent electrode polarization phenomenon. Furthermore, the superior device stability of the F-FDT PSCs has been probed in terms of variation in electronic properties, surface wettability, crystallinity, and microstrain dislocation density, and a detailed picture of the underlying mechanism behind stability enhancement is presented.

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Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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