서문

2월 5일, 스위스 로잔의 EPFL, 남부과학기술대학교, 톈진대학교, 푸젠사범대학교가 공동 발표한 논문 "n형 폴리머로 C60을 용해하고 안정화하여 효율적인 역페로브스카이트 태양전지를 가능하게 한다". 이는 C60 입자가 용액 내에서 응집되는 문제를 해결하고, C60 전자전달층의 용액 준비를 달성하기 위한 것입니다. 저자들은 n형 폴리머를 사용하여 C60 분산을 안정화했습니다. 용액 처리 C60 전자전달층을 기반으로 한 역전지 페로브스카이트 태양전지는 >25%의 효율을 보였으며, PCBM 장치보다 우수한 성능을 유지했습니다.

본문

배경: 풀러렌 C60은 현재 페로브스카이트 태양전지(PSC)에서 가장 성능이 좋은 전자 전달층(ETL)이지만, 용액 내에 축적되는 경향이 있습니다. 따라서 고품질 C60 ETL을 침착시키기 위해 비용이 많이 들고 복잡한 열 증발 방법이 일반적으로 사용됩니다.

전략: 이 문제를 해결하기 위해 저자들은 C60 분자를 용해하고 안정화하는 n형 고분자 첨가제를 도입하여 효율적이고 안정적인 C60(SP-C60) ETL 용액 처리를 가능하게 했습니다. 이 성과는 n형 고분자와 C60 간의 정밀하게 제어된 분자 간 상호작용과 특성 매칭 덕분입니다.

기기:

효율: SP-C60 ETL은 5 wt% 폴리머를 사용하여 25.60%의 최고 전력 변환 효율(인증 가치 25.09%)을 달성합니다. 이는 현재 처리 중인 C60 장치 중 가장 성능이 뛰어난 솔루션일 뿐만 아니라, 가장 진보된 열 증발 C60 장치와 강력히 부합하는 중요한 돌파구이기도 합니다.

안정성: 챔피언 기기는 안정성이 크게 향상되었습니다(T95, 빛 >에서 1800시간; T80, 뜨거운 > 700시간).

장치 제작:

기판 준비: ITO 유리는 세제, 탈이온수, 이소프로판올(IPA) 등 세척액을 사용해 초음파 세척기를 사용합니다. 세척 후 질소로 건조된 후 ITO 유리는 건조 캐비닛에 보관됩니다. 사용 전에 ITO 유리는 10분간 자외선 오존 처리를 합니다.

HTL: NiOx 나노입자는 혼합 용매(물:IPA = 3:1)에 10 mg/mL 농도로 분산됩니다. NiOx 층을 준비하기 위해 용액은 3000rpm에서 30초간 스핀 코팅을 하고 100°C에서 10분간 어닐링되었습니다. 그 다음 0.1 mg/mL Me-4PACz IPA 용액을 준비하고, 4000rpm에서 30초간 스핀코팅을 한 뒤, 100°C에서 10분간 어닐링합니다.

표면 패시베이션: 2 mg/mL PEAI:MAI = 2:1 혼합 용액(IPA:DMF = 200:1)을 사용하여 4000 rpm에서 30초간 스핀 코팅을 한 후, 105°C에서 10분간 어닐링하여 페로브스카이트 표면을 추가로 패시버시화합니다.

용액 처리 C60: DCB를 용매로 하여 2 mg/mL TPDI-BTI 용액을 준비합니다. 그 후 C60 분말을 TPDI-BTI 용액에 녹입니다. 서로 다른 농도의 TPDI-BTI 용액이나 빈 DCB 용매를 첨가함으로써 TPDI-BTI와 C60의 무게 비율을 조절합니다. TC-X 용액의 총 농도는 25 mg/mL로 설정되어 있습니다. 예를 들어, TC-5 용액은 20mg의 C60 분말을 500 μL TPDI-BTI DCB 용액과 340 μL DCB 용매에 용해하여 제조합니다. 혼합 용액을 40°C에서 2시간 동안 저어주어 완전히 용해된 보라색 용액을 만들고, 이는 TC-5 및 TC-10 샘플에 적합합니다(TC-0, TC-2.5, TC-3.3 샘플은 완전히 용해되지 않음). 그 후 여과되지 않은 용액을 3000rpm에서 20초간 페로브스카이트 위에 스핀 코팅한 후, 100°C에서 10분간 어닐링을 했습니다.

반면, PCBM ETL은 20 mg/mL의 PCBM CB 용액을 3000rpm에서 20초간 페로브스카이트 위에 스핀 코팅하여 준비합니다. 다음으로, 0.5 mg/mL BCP IPA 용액을 6000rpm에서 30초간 스핀 코팅하고, 80°C에서 10분간 어닐링했습니다. 마지막으로 80 nm 은 전극은 2 × 10⁻⁻ Pa의 열증발로 증발하여 PSC 준비를 완료했습니다.

원본: DOI: 10.1016/j.joule.2024.101817