Improving the Photovoltage of Blade-Coated MAPbI3 Perovskite Solar Cells via Surface and Grain Boundary Passivation with π-Conjugated Phenyl Boronic Acids

材料科学 苯硼酸 晶界 钙钛矿(结构) 钝化 载流子寿命 光电子学 化学工程 纳米技术 有机化学 化学 催化作用 图层(电子) 复合材料 工程类 微观结构
作者
Mazhar Abbas,Boyuan Cai,Jinlong Hu,Fei Guo,Yaohua Mai,Xiaocong Yuan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (39): 46566-46576 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acsami.1c11335
摘要

High-density electronic defects at the surfaces and grain boundaries (GBs) of perovskite materials are the major contributor to suppressing the power conversion efficiency (PCE) and deteriorating the long-term stability of the solar devices. Hence, the judicious selection of chemicals for the passivation of trap states has been regarded as an effective strategy to enhance and stabilize the photovoltaic performance of solar devices. Here, we systematically investigated the passivation effects of four organic π-conjugated phenylboronic acid molecules: phenylboronic acid, 2-amino phenylboronic acid (2a), 3-amino phenylboronic acid (3a), and 4-amino phenylboronic acid (4a) by adding them into the methylammonium lead iodide (MAPbI3) precursor solution. We found that solar devices with an optimized 5% (mol %) 3a treatment achieve the best passivation effect due to the strong cross-linking ability via hydrogen bonding interactions between the I of the [PbI6]4– octahedral network of perovskite films and the cross-linking terminal groups [−B(OH)2, (−NH2)] of 3a. Moreover, the lone pair of electrons on the N atom of an amino group of 3a can passivate the uncoordinated Pb2+ defects at the surface/GBs. As a result, the 3a-passivated device shows a high open-circuit voltage of 1.13 V, which is a 14.1% improvement compared to the control device (0.99 V). Moreover, the reduced defect density and improved carrier lifetimes enabled a high PCE of 18.89% in our blade-coated champion inverted structure of MAPbI3 solar cells, with improved long-term stability.

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