Solvent‐Mediated Formation of Quasi‐2D Dion‐Jacobson Phases on 3D Perovskites for Inverted Solar Cells Over 23% Efficiency

材料科学 异质结 光伏 钙钛矿(结构) 溶剂 散射 纳米技术 化学物理 化学工程 结晶学 光电子学 光伏系统 光学 化学 有机化学 工程类 物理 生物 生态学
作者
Shripathi Ramakrishnan,Donghoon Song,Yuanze Xu,Xiaoyu Zhang,Gavin Aksoy,Mircea Cotlet,Ming‐Xing Li,Yugang Zhang,Qiuming Yu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (45) 被引量:13
标识
DOI:10.1002/aenm.202302240
摘要

Abstract 2D‐on‐3D (2D/3D) perovskite heterostructures present a promising strategy to realize efficient and stable photovoltaics. However, their applicability in inverted solar cells is limited due to the quantum confinement of the 2D‐layer and solvent incompatibilities that disrupt the underlying 3D layer, hampering electron transport at the 2D/3D interface. Herein, solvent‐dependent formation dynamics and structural evolution of 2D/3D heterostructures are investigated via in situ X‐ray scattering. It is revealed that solvent interaction with the 3D surface determines the formation sequence and spatial distribution of quasi‐2D phases with n = 2–4. Isopropanol (IPA) reconstructs the perovskite into a PbI 2 ‐rich surface, forming a strata with smaller n first, followed by a thinner substratum of larger n . In contrast, 2,2,2‐Trifluoroethanol (TFE) preserves the 3D surface, promoting the formation of uniformly distributed larger n domains first, and smaller n last. Leveraging these insights, Dion–Jacobson perovskites are used with superior charge transport properties and structural robustness to fabricate 2D/3D heterostructures dominated by n ≥ 3 and engineer a favorable energy landscape for electron tunneling. Inverted solar cells based on 3‐Aminomethylpyridine and TFE achieve a champion efficiency of 23.60%, with V oc and FF of 1.19 V and 84.5%, respectively, and superior stabilities with t 94 of 960 h under thermal stress.

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