表面にフルオロカーボン鎖が集合した混合フラーレン電子輸送層。ペロブスカイト系太陽電池の耐湿性カバレッジ

Mixed Fullerene Electron Transport Layers with Fluorocarbon Chains Assembling on the Surface: A Moisture-Resistant Coverage for Perovskite Solar Cells.

• Zhou Xing
• Shu-Hui Li
• Fang-Fang Xie
• Piao-Yang Xu
• Lin-Long Deng
• Xinxian Zhong
• Su-Yuan Xie

抄録

p-i-n構造ペロブスカイト型太陽電池（PSC）では、最も一般的な電子輸送層（ETL）である[6,6]-フェニル-C61-酪酸メチルエステル（PC61BM）は、電子抽出剤としての役割と下層ペロブスカイトへの保護カバレッジの両方の役割を果たします。特に、多機能フラーレン混合フラーレンETLは、単一のPC61BMETLと比較して、電力変換効率(PCE)と安定性の両方をさらに向上させることができる可能性を示している。本研究では、PC61BMとそのフルオロカーボン鎖長の異なる2種類のアナログである[6,6]-フェニル-C61-酪酸1H,1H-トリフルオロ-1-エチルエステル(CF3-PC61BM)と[6,6]-フェニル-C61-酪酸1H,1H-トリデカフルオロ-1-ヘプチルエステル(C6F13-PC61BM)から構成される混合フラーレンETLを報告しました。CH3NH3PbI3（MAPbI3）ペロブスカイトを用いた1 wt% CF3-PC61BM及びC6F13-PC61BMベースのPSC（PC61BMを1 wt%添加）では、それぞれ18.37%及び17.71%の優れたPCEが得られた。さらに、CsFAMAPbIBrペロブスカイトを用いた場合には、19%程度のチャンピオンPCEが得られた。その後の実験では、CF3-PC61BM及びC6F13-PC61BMのフルオロカーボン鎖が、ペロブスカイトの上に薄層の耐湿性保護被覆を形成しながらETLの表面に集合していることを実証した。その結果、ペロブスカイト層への水の浸入を大幅に抑制し、周囲雰囲気下での最適な湿度安定性を実現した。

In p-i-n structure perovskite solar cells (PSCs), the most prevalent electron transport layer (ETL), [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PC61BM), acts as both electron extractor and protective coverage to the underlayer perovskite. Notably, multi-functional mixed fullerene ETLs show great potential in further improving both the power conversion efficiency (PCE) and stability of PSCs compared to the single PC61BM ETL. In this work, we reported the mixed fullerene ETLs comprising of PC61BM and its two analogs with different length of fluorocarbon chains, [6,6]-phenyl-C61-buryric acid 1H, 1H-trifluoro-1-ethyl ester (abbr. as CF3-PC61BM) and [6,6]-phenyl-C61-buryric acid 1H, 1H-tridecafluoro-1- heptyl ester (abbr. as C6F13-PC61BM). We obtained excellent PCEs of 18.37 % and 17.71 % for 1 wt% CF3-PC61BM and C6F13-PC61BM based PSCs (1 wt% addition of PC61BM) with CH3NH3PbI3 (MAPbI3) perovskites, respectively. Moreover, champion PCEs of ~19 % were obtained based on the CsFAMAPbIBr perovskites. Subsequent experiments demonstrated that the fluorocarbon chains of CF3-PC61BM and C6F13-PC61BM assembled at the surfaces of ETLs with the formation of thin-layer moisture-resistant protective coverage above perovskite. Results, it significantly retarded water penetrating down to perovskite layers and led to optimal humidity stability under ambient atmosphere.