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Ligand-assisted cation-exchange engineering for high-efficiency colloidal Cs1−xFAxPbI3 quantum dot solar cells with reduced phase segregation

量子点 甲脒 钙钛矿(结构) 材料科学 能量转换效率 微晶 光伏 光电子学 化学工程 太阳能电池 纳米技术 光伏系统 化学 结晶学 无机化学 冶金 工程类 生物 生态学
作者
Mengmeng Hao,Yang Bai,Stefan Zeiske,Long Ren,Junxian Liu,Yongbo Yuan,Nasim Zarrabi,Ningyan Cheng,Mehri Ghasemi,Peng Chen,Miaoqiang Lyu,Dongxu He,Jung‐Ho Yun,Yi Du,Yun Wang,Shanshan Ding,Ardalan Armin,Paul Meredith,Gang Liu,Hui‐Ming Cheng,Lianzhou Wang
出处
期刊:Nature Energy [Springer Nature]
卷期号:5 (1): 79-88 被引量:495
标识
DOI:10.1038/s41560-019-0535-7
摘要

The mixed caesium and formamidinium lead triiodide perovskite system (Cs1−xFAxPbI3) in the form of quantum dots (QDs) offers a pathway towards stable perovskite-based photovoltaics and optoelectronics. However, it remains challenging to synthesize such multinary QDs with desirable properties for high-performance QD solar cells (QDSCs). Here we report an effective oleic acid (OA) ligand-assisted cation-exchange strategy that allows controllable synthesis of Cs1−xFAxPbI3 QDs across the whole composition range (x = 0–1), which is inaccessible in large-grain polycrystalline thin films. In an OA-rich environment, the cross-exchange of cations is facilitated, enabling rapid formation of Cs1−xFAxPbI3 QDs with reduced defect density. The hero Cs0.5FA0.5PbI3 QDSC achieves a certified record power conversion efficiency (PCE) of 16.6% with negligible hysteresis. We further demonstrate that the QD devices exhibit substantially enhanced photostability compared with their thin-film counterparts because of suppressed phase segregation, and they retain 94% of the original PCE under continuous 1-sun illumination for 600 h. Mixed-cation perovskite quantum dot solar cells possess decent phase stability but considerably low efficiency. Here Hao et al. show that ligands are key to the formation of quantum dots with lower defect density and demonstrate devices that are more stable and efficient than their bulk counterparts.
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