Interface Engineering of Imidazolium Ionic Liquids toward Efficient and Stable CsPbBr3 Perovskite Solar Cells

钝化 材料科学 钙钛矿(结构) 能量转换效率 化学工程 工作职能 离子液体 钙钛矿太阳能电池 光电子学 纳米技术 图层(电子) 催化作用 有机化学 化学 工程类
作者
Wenyu Zhang,Xiaojie Liu,Benlin He,Zekun Gong,Jingwei Zhu,Yang Ding,Haiyan Chen,Qunwei Tang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (4): 4540-4548 被引量:175
标识
DOI:10.1021/acsami.9b20831
摘要

The defect passivation of perovskite films is an efficacious way to further boost the power conversion efficiency (PCE) and long-term stability of perovskite solar cells (PSCs). In this work, ionic liquids (ILs) of 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium chloride ([BMMIm]Cl) are used as a modification layer in perovskite films in carbon-based CsPbBr3 PSCs without a hole-transporting material (HTM) for passivating the surface defects. The preliminary results demonstrate that the [BMMIm]Cl modifier passivates the surface defects of the perovskite film and reduces the valence band of perovskite close to the work function of the carbon electrode, which causes a remarkably inhibited nonradiative and radiative charge recombination, improved energy-level matching, and decreased energy loss. After optimization, a champion efficiency of 9.92% with a Voc as high as 1.61 V is achieved for the [BMMIm]Cl tailored carbon-based CsPbBr3 PSC without HTM, which is improved by 61.3% in comparison with 6.15% for the control device. Furthermore, the encapsulation-free PSC presents good long-term stability after storage in an air atmosphere with 70% RH at 20 °C or 0% RH at 80 °C as well as under continuous illumination conditions for 30 days. The significantly improved PCE and stability in high humidity or temperature suggest that the perovskite passivation by ILs is an effective strategy for fabricating high-PCE and stable PSCs.
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