A dopant–free polymeric hole transport material (HTM), RCP, based on benzo[1,2-b:4,5:b′]dithiophene and 2,1,3-benzothiadiazole exhibited a high efficiency of 17.3% in a perovskite solar cell and maintained its initial efficiency for over 1400 hours.

Charge carriers typically move faster in crystalline regions than in amorphous regions in conjugated polymers because polymer chains adopt a regular arrangement resulting in a high degree of π–π stacking in crystalline regions. In contrast, the random polymer chain orientation in amorphous regions hinders connectivity between conjugated backbones; thus, it hinders charge carrier delocalization. Various studies have attempted to enhance charge carrier transport by increasing crystallinity. However, these approaches are inevitably limited by the semicrystalline nature of conjugated polymers. Moreover, high-crystallinity conjugated polymers have proven inadequate for soft electronics applications because of their poor mechanical resilience. Increasing the polymer chain connectivity by forming localized aggregates via π-orbital overlap among several conjugated backbones in amorphous regions provides a more effective approach to efficient charge carrier transport. A simple strategy relying on the density of random copolymer alkyl side chains was developed to generate these localized aggregates. In this strategy, steric hindrance caused by these side chains was modulated to change their density. Interestingly, a random polymer exhibiting low alkyl side chain density and crystallinity displayed greatly enhanced field-effect mobility (1.37 cm2/(V·s)) compared with highly crystalline poly(3-hexylthiophene).

Understanding and controlling interfacial charge transfer at the heterojunction of optoelectronic devices is currently receiving extensive interest. Here, we study the parameters that can influence the electron extraction in planar perovskite solar cells (P-PSCs) using spin-coated SnO2 and TiO2, anodized-TiO2 (a-TiO2), and bilayered electron transport layers (ETL) composed of SnO2 and TiO2 or SnO2 on a-TiO2 (SnO2@a-TiO2). These are the varied free energy difference (ΔG) values between the ETL and perovskites, electron mobility (μe) of the ETL, and quality of physical contact between the ETL and fluorine-doped tin oxide (FTO). Among the various ETLs, the bilayered ETL (SnO2@a-TiO2) gives a large ΔG as well as defect-free physical contact. The resulting P-PSC exhibits a PCE of 21.1% and stabilized efficiency of 20.2% with reduced hysteresis. This result emphasizes that a large free energy difference (ΔG) value plays an important role in electron extraction. More importantly, the defect-free physical contact is also crucial for achieving improved electron extraction.