Two-dimensional Ruddlesden–Popper layered perovskite solar cells based on phase-pure thin films

钙钛矿(结构) 材料科学 卤化物 碘化物 能量转换效率 太阳能电池 异质结 丁胺 量子效率 钙钛矿太阳能电池 化学工程 无机化学 光电子学 化学 工程类 有机化学 胺气处理
作者
Chao Liang,Hao Gu,Yingdong Xia,Zhuo Wang,Xiaotao Liu,Junmin Xia,Shouwei Zuo,Yue Hu,Xingyu Gao,Wei Hui,Lingfeng Chao,Tingting Niu,Min Fang,Hui Lu,Hanshan Dong,Hui Yu,Shi Chen,Xueqin Ran,Lin Song,Bixin Li
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:6 (1): 38-45 被引量:461
标识
DOI:10.1038/s41560-020-00721-5
摘要

Two-dimensional Ruddlesden–Popper layered metal-halide perovskites have attracted increasing attention for their desirable optoelectronic properties and improved stability compared to their three-dimensional counterparts. However, such perovskites typically consist of multiple quantum wells with a random well width distribution. Here, we report phase-pure quantum wells with a single well width by introducing molten salt spacer n-butylamine acetate, instead of the traditional halide spacer n-butylamine iodide. Due to the strong ionic coordination between n-butylamine acetate and the perovskite framework, a gel of a uniformly distributed intermediate phase can be formed. This allows phase-pure quantum well films with microscale vertically aligned grains to crystallize from their respective intermediate phases. The resultant solar cells achieve a power conversion efficiency of 16.25% and a high open voltage of 1.31 V. After keeping them in 65 ± 10% humidity for 4,680 h, under operation at 85 °C for 558 h, or continuous light illumination for 1,100 h, the cells show <10% efficiency degradation. Two-dimensional Ruddlesden–Popper layered metal-halide perovskites show better performance over three-dimensional versions, but are typically based on quantum wells with random width distribution. Liang et al. show that introducing molten salt spacers gives phase-pure quantum wells and improved solar cell performance.
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