含吡啶基团的小分子三苯胺改善CsPbI3钙钛矿太阳电池性能的研究

doi:10.7503/cjcu20250018

摘要/Abstract

摘要：

采用Suzuki-Miyaura和Ullmann等经典反应分别合成了两种具有D-Π-A结构的新型小分子三苯胺衍生物N,N-双(4-甲氧基苯基)-4-(4-吡啶基)苯胺(H432)和N,N-双(4-甲氧基苯基)-4-[4-(氰基)-3-吡啶基]苯胺(H462), 将两种小分子三苯胺分别用结晶修饰和表面后处理修饰的方法沉积在FTO/c-TiO₂/m-TiO₂/CsPbI₃复合薄膜上, 制备了CsPbI₃钙钛矿太阳电池; 采用扫描电子显微镜(SEM)、电流密度-电压(J-V)曲线和电化学阻抗等方法进行表征和测试. 结果表明, 采用表面后处理修饰方法制备的CsPbI₃钙钛矿太阳电池的能量转换效率显著提高, 0.05 mol/L H432和0.05 mol/L H462修饰的CsPbI₃钙钛矿太阳电池能量转换效率由对照器件的12.44%分别提高到了15.54%和15.66%.

关键词: CsPbI₃钙钛矿太阳电池, 小分子三苯胺衍生物, 界面修饰, 能量转换效率

Abstract:

In this paper， two novel small-molecule triphenylamine derivatives N，N-bis（4-methoxyphenyl）-4-（4- pyridyl） aniline（H432） and N，N-bis（4-methoxyphenyl）-4-［4-（cyano）-3-pyridyl］ aniline（H462）， were synthesized by classic Suzuki-Miyaura and Ullmann coupling reactions. The small-molecule derivatives were deposited onto FTO/c-TiO₂/m-TiO₂/CsPbI₃ composite films with crystal modification and surface post-treatment modification to fabricate CsPbI₃ perovskite solar cells. The resulting devices were characterized and tested by SEM， J-V curves， and electrochemical impedance spectroscopy. The results show that the CsPbI₃ perovskite solar cells prepared by surface post-treatment modification exhibits a significant increase in power conversion efficiency（PCE）. Specifically， the PCE of CsPbI₃ perovskite solar cells modified with 0.05 mol/L H432 increases from 12.44%（control device） to 15.54%， while the PCE of those modified with 0.05 mol/L H462 improves from 12.44% to 15.66%.

Key words: CsPbI₃ perovskite solar cell, Small-molecule triphenylamine derivative, Interface modification, Power conversion efficiency

中图分类号:

O646

TrendMD:

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图/表 16

Fig.1 SEM images of TiO2 seed layer(A) and mesoporous TiO2 layer(B)

Fig.2 SEM images of CsPbI3 perovskite films with(A) and without H432(B, C) and H462(D, E) modifications（A） FTO/c-TiO2/mp-TiO2 /CsPbI3 film；（B） FTO/c-TiO2/mp-TiO2/CsPbI3/H432（crystallization modification） film；（C） FTO/c-TiO2/mp-TiO2/CsPbI3/H432（post-surface treatment） film；（D） FTO/c-TiO2/mp-TiO2/CsPbI3/H462（crystallization modification） film；（E） FTO/c-TiO2/mp-TiO2/CsPbI3/H462（post-surface treatment） film.

Fig.3 Cyclic voltammetry curves of FTO/c⁃TiO2/mp⁃TiO2 /H462(A) and FTO/c⁃TiO2/mp⁃TiO2/H432(B) thin⁃film electrodesElectrolyte: 0.1 mol/L tetrabutylammonium hexafluorophosphate in dichloromethane, scan rate: 100 mV/s, scan range: ‒0.2—1.5 V(vs. Ag/AgCl).

Fig.4 Normalized UV⁃Vis and fluorescence spectra for 0.05 mol/L H462(A) and 0.05 mol/L H432(B) in dichloromethane solution

Fig.5 Fluorescence spectra of FTO/c⁃TiO2/mp⁃TiO2/CsPbI3/ H432 and FTO/c⁃TiO2/mp⁃TiO2/CsPbI3/H462 films

Fig.6 Transient photocurrent of FTO/c⁃TiO2/mp⁃TiO2/H462, FTO/c⁃TiO2/mp⁃TiO2/H432 and FTO/c⁃TiO2/mp⁃TiO2Incident light: white light； electrolyte solution: 0.1 mol/L KSCN in ethanol； electrode potential: 0.6 V(vs. SCE).

Fig.7 J⁃V curves of devices with(A) and without(B) modifications

Table 1 Photovoltaic parameters for different devices

Sample	V_OC/V	J_SC/（mA·cm^-2）	FF（%）	PCE（%）
Control device	0.95	17.40	65.22	12 .44
Device A	1.06	17.38	71.25	14 .86
Device B	0.99	17.33	68.34	14 .26
Device C	1.08	17.42	72.56	14 .94
Device D	1.05	17.40	69.38	14 .58

Fig.8 Nyquist plots of devices with(A) and without(B) modifications

Fig.9 J⁃V curves of devices with surface post⁃treatment by H462 with different concentrations

Table 2 Photovoltaic parameters of devices with surface post-treatment by H462 with different concentrations

Sample	V_OC/V	J_SC/（mA·cm^-2）	FF（%）	PCE（%）
Control device	0.95	17.40	65 .22	12 .44
Device E	1.06	17.45	67 .43	14 .42
Device F	1.08	17.49	74 .61	15 .66
Device G	1.07	17.46	69 .04	14 .68

Fig.10 J⁃V curves of devices with surface post⁃treatment by H432 with different concentrations

Table 3 Photovoltaic parameters of devices with surface post-treatment by H432 with different concentrations

Sample	V_OC/V	J_SC/（mA·cm^-2）	FF（%）	PCE（%）
Control device	0.95	17.40	65.22	12.44
Device H	1.01	17.44	69.53	14.59
Device I	1.08	17.47	73.34	15.54
Device J	1.07	17.45	72.25	15.28

Fig.11 Nyquist plots of H462(A) and H432(B) for devices with surface post⁃treatmentInsets are equivalent circuit diagram.

Fig.12 Contact angles of FTO/TiO2/CsPbI3 film(A), FTO/TiO2/CsPbI3/H432 film(crystallization modification)(B), FTO/TiO2/CsPbI3/H462 film(crystallization modification)(C), FTO/TiO2/CsPbI3/H432 film(surface post⁃treatment modification)(D) and FTO/TiO2/CsPbI3/H462 film(surface post⁃treatment modification)(E)

Fig.13 XRD patterns of CsPbI3 perovskite films with and without H432 and H462 modifications

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含吡啶基团的小分子三苯胺改善CsPbI₃钙钛矿太阳电池性能的研究

Performance of CsPbI₃ Perovskite Solar Cell Improved by Small Molecules of Triphenylamine Containing Pyridine Groups

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