Publication detail

Fluorinated fullerene interlayers for tin halide perovskite solar cells with enhanced operational air stability and minimized voltage losses

Year: 2025

Type of publication: článek v odborném periodiku

Name of source: EES Solar

Page from-to: 608-619

Titles:

Language	Name	Abstract	Keywords
cze	Fluorované fullerenové mezivrstvy pro perovskitové solární články s halogenidem cínu se zvýšenou provozní stabilitou na vzduchu a minimalizovanými ztrátami napětí	Perovskitové solární články na bázi halogenidů cínu (Sn-PSC) jsou slibnou alternativou k jejich analogům na bázi olova díky svým příznivým optoelektronickým vlastnostem. Jejich výkon je však stále omezen dvěma hlavními faktory: na jedné straně tendencí Sn2+ k oxidaci na Sn4+, což vede k vysoké neradiační rekombinaci; a na druhé straně posunem mezi vodivostním pásmem perovskitu a úrovní LUMO standardního fullerenu C60, což brání efektivnímu transportu náboje a omezuje celkový výkon zařízení. Zatímco první z nich získala značnou pozornost, druhý byl méně prozkoumán, přestože je hlavní překážkou vývoje Sn-PSC. V této práci jsme navrhli a syntetizovali dva nové deriváty fullerenu, konkrétně JM10 a JM12, funkcionalizované různými skupinami bohatými na fluor a začlenili je jako mezivrstvy mezi perovskit a vrstvu transportu elektronů (ETL) C60. Tyto deriváty vykazovaly vhodné úrovně LUMO a účinně zmírňovaly nesouosost energetických hladin na rozhraní perovskit/ETL, čímž minimalizovaly nežádoucí rekombinaci náboje a zlepšily procesy extrakce náboje. Výsledkem bylo, že nejlépe fungující Sn-PSC s obsahem JM12 vykazovaly téměř 20% zvýšení účinnosti přeměny energie ve srovnání s referenčními zařízeními. Fluorované skupiny navíc zvýšily hydrofobicitu mezivrstev, což významně zlepšilo provozní stabilitu nezapouzdřených zařízení za drsných okolních podmínek (60 % relativní vlhkosti a 25 °C). V důsledku toho si zařízení obsahující JM10 a JM12 zachovala až 80 % svého původního výkonu po více než 15, respektive 18 hodinách. Tyto výsledky zdůrazňují potenciál všestrannosti chemie fullerenů ke zmírnění ztrát nosičů náboje na rozhraních a zároveň ke zlepšení výkonu i stability Sn-PSC, což připravuje cestu pro budoucí pokrok v jejich návrhu a vývoji.	Fluorovaný; fulleren; mezivrstvy; cín; halogenid; perovskit; solární; články; vylepšený; provozní; vzduch; stabilita; minimalizovaný; napětí; ztráty
eng	Fluorinated fullerene interlayers for tin halide perovskite solar cells with enhanced operational air stability and minimized voltage losses	Tin halide perovskite solar cells (Sn-PSCs) are a promising alternative to their lead-based analogues due to their favorable optoelectronic properties. However, their performance is still limited by two main factors: on one hand, the tendency of Sn2+ to oxidize to Sn4+, which leads to high non-radiative recombination; and on the other hand, the offset between the perovskite conduction band and the LUMO level of the standard C60 fullerene, which hinders efficient charge transport and limits overall device performance. While the former has received significant attention, the latter has been less explored, despite being a major bottleneck for Sn-PSC development. In this work, we designed and synthesized two novel fullerene derivatives, namely JM10 and JM12, functionalized with different fluorine-rich moieties and incorporated them as interlayers between the perovskite and the C60 electron transport layer (ETL). These derivatives demonstrated suitable LUMO levels and effectively alleviated the energy level misalignment at the perovskite/ETL interface, minimizing the undesirable charge recombination and enhancing the charge extraction processes. As a result, the best-performing Sn-PSCs incorporating JM12 showed a nearly 20% increase in power conversion efficiency with respect to the reference devices. Moreover, the fluorinated groups increased the hydrophobicity of the interlayers, significantly improving the operational stability of the unencapsulated devices under harsh ambient conditions (60% RH and 25 °C). As a result, devices containing JM10 and JM12 retained up to 80% of their initial performance after more than 15 and 18 hours, respectively. These results highlight the potential of fullerene chemistry's versatility to mitigate carrier losses at the interfaces while simultaneously improving both the performance and stability of Sn-PSCs, paving the way for future advancements in their design and development.	Fluorinated; fullerene; interlayers; tin; halide; perovskite; solar; cells; enhanced; operational; air; stability; minimized; voltage; losses

Search

Login for students

Login for employees

Publication detail

Departments

Other Parts

Map

Services

Popular Links