ペロブスカイト型太陽電池のためのドーパントフリーのトリアザトルキセン系正孔輸送材料を開発した

Dopant-Free Triazatruxene-Based Hole Transporting Materials with Three Different End-Capped Acceptor Units for Perovskite Solar Cells.

• Da Rim Kil
• Chunyuan Lu
• Jung-Min Ji
• Chul Hoon Kim
• Hwan Kyu Kim

抄録

SGT-460, SGT-461, SGT-462と名付けられた一連のドーパントフリーD-π-A構造正孔輸送材料(HTM)は、プランナー型トリアザトルキセン(TAT)コア,チエノ[3,2-]インドール(TI)πを組み込んだものである。-架橋と3-エチルチアゾリジン-2,4-ジオン(ED),3-(ジシアノメチルイデン)インダン-1-オン(DI),マロノニトリル(MN)の3種類のアクセプターを組み込んだSGT462を設計・合成し、ペロブスカイト型太陽電池(PrSCs)への応用を試みた。星型D-π-A構造を持つドーパントフリーHTMの3つのアクセプターユニットが光物理学的,電気化学的特性及び太陽電池性能に及ぼす影響を、2,2',7,7'-tetrakis[,-di(4-methoxyphenyl) amino]-9,9'-spirobifluorene(spiro-OMeTAD)の参照HTMと比較して検討した。これらの最高占有分子軌道(HOMO)エネルギー準位は、MAPbClI層からの効率的な正孔抽出のために配置された(5.43eV)。ドーパントを含まないHTMの正孔移動度は、SGT-460-, SGT-461-, SGT-462ベースの膜で7.59×10cm V s, 5.13×10cm V s, 7.61×10cm V sであることがわかった。すべてのHTMのガラス転移温度は、スピロOMeTADのガラス転移温度よりも高いことがわかった。その結果、プラナードナーコア,πブリッジ,エンドキャッピングアクセプターの分子設計により、良好な正孔移動度が得られ、SGT-462ベースのPrSCから11.76%の効率を得ることができ、PrSC応用のための次世代HTMの合成に有用な知見を与えた。

A series of dopant-free D-π-A structural hole-transporting materials (HTMs), named as SGT-460, SGT-461, and SGT-462, incorporating a planner-type triazatruxene (TAT) core, thieno[3,2-]indole (TI) π-bridge and three different acceptors, 3-ethylthiazolidine-2,4-dione (ED), 3-(dicyano methylidene)indan-1-one (DI), and malononitrile (MN), were designed and synthesized for application in perovskite solar cells (PrSCs). The effect of three acceptor units in star-shaped D-π-A structured dopant-free HTMs on the photophysical and electrochemical properties and the photovoltaic performance were investigated compared to the reference HTM of 2,2',7,7'-tetrakis[,-di(4-methoxyphenyl)amino]-9,9'-spirobifluorene (spiro-OMeTAD). Their highest occupied molecular orbital (HOMO) energy levels were positioned for efficient hole extraction from a MAPbClI layer (5.43 eV). The hole mobility values of the HTMs without dopants were determined to be 7.59 × 10 cm V s, 5.13 × 10 cm V s, and 7.61 × 10 cm V s for SGT-460-, SGT-461-, and SGT-462-based films. The glass transition temperature of all HTMs showed higher than that of the spiro-OMeTAD. As a result, the molecular engineering of a planer donor core, π-bridge, and end-capped acceptor led to good hole mobility, yielding 11.76% efficiency from SGT-462-based PrSCs, and it provides a useful insight into the synthesis of the next-generation of HTMs for PrSC application.