Assembling covalent organic framework films as hole transport layers for inverted perovskite solar cells

ger: Im ersten Teil dieser Arbeit wurde eine Reihe von Modellverbindungen mit Triphenylbenzol-, Triphenylamin- und Trithiophenbenzoleinheiten als Kernbausteine und Diphenylamin, Carbazol, Di(4-methoxyphenyl)amin und Di(4-methoxy)carbazol als Verbindungsbausteine hergestellt um die Einflüsse von Struktureinheiten auf die optoelektronischen, physikochemischen Eigenschaften und die Leistungsfähigkeit in photovoltaischen Bauteilen basierend auf kleinen Molekülen als Lochleiter in undotierten, invertierten (p-i-n) Perovskitsolarzellen zu untersuchen. Die leistungsfähigsten Bauteile in diesem Kapitel nutzten die Modellverbindung TPA-NC-TPAOMe als Lochleiter und zeigten Leistungsumwandlungseffizienzen von bis zu 12,76 %, 66,31 % Füllfaktor, eine Leerlaufspannung von 0,94 V und eine Kurzschlussstromdichte von -20,47 mA/cm. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden analog unterschiedliche kovalente organische Gerüstrukturen (covalent organic frameworks, COFs) mit den zuvor evauluierten Kern- und Verbindungsbausteinen direkt auf ITO Substrat hergestellt um als Lochleiter für Perovskitsolarzellen zu dienen. Das Hauptteil dieses Kapitels war es, Polymere mit geeigneten Ladungsträgermobilitäten herzustellen, um diese im Anschluss ohne die Notwendigkeit von Lösungsmittelauftragung einzusetzen und damit einen Vorteil gegenüber anderen, in organischen Lösungsmitteln löslichen Polymeren zu schaffen. Die leistungsfähigsten Bauteile in diesem Kapitel nutzten das Polymer TPA-NC-T1 als Lochleiter und zeigten Leistungsumwandlungseffizienzen von bis zu 2,48 %, 17,21 % Füllfaktor, eine Leerlaufspannung von 0,99 V und eine Kurzschlussstromdichte von -14,74 mA/cm.

eng: In the first part of this work, a series of hole transport layer molecules were designed and synthesized with trisphenylbenzene, trisphenylamine and tristhiophenebenzene as core and diphenylamine, carbazole, di(4-methoxy-phenyl)amine and di(4-methoxy)carbazole as terminals to investigate relations between structural features and optoelectronic physicochemical properties, as well as the photovoltaic performance of these small molecules as hole transport materials in dopant-free inverted (p-i-n) perovskite solar cells. The best photovoltaic performance of perovskite solar cells presented here are devices with TPA-NC-TPAOMe as hole transport layer, which show up to 12.76% of photoelectric conversion efciency, 66.31% of fill factor, 0.94 V of open-circuit voltage and 20.47 mA/cm2 of short circuit current density.In the second part of this work, a series of covalent organic frameworks based on the cores of the first part are designed and synthesized as films directly on top of ITO substrates, which serve as hole transport layer in perovskite solar cells. The main goal was to design polymers with suitable hole mobilities in dopants-free invert (p-i-n) perovskite solar cells, which can skip solution processing to overcome solubility issues of general hole transport layers using polymeric materials. The best photovoltaic performances were shown by perovskite solar cells using TPA-NC-T1 as hole transport layer, showing 2.48% of photoelectric conversion efciency, 17.21% of fill factor, 0.99 V of open-circuit voltage and 14.74 mA/cm2 of short circuit current density.