Boosting efficiency and stability of 2D alternating cation perovskite solar cells via rational surface-modification: Marked passivation efficacy of anion

钝化 钙钛矿(结构) 离子 碘化物 材料科学 热稳定性 能量转换效率 化学工程 化学 光电子学 无机化学 纳米技术 结晶学 有机化学 图层(电子) 工程类
作者
Hualin Zheng,Xuefeng Peng,Tingxi Chen,Ting Zhang,Shihao Yuan,Lei Wang,Feng Qian,Jiang Huang,Xiaodong Liu,Zhi Chen,Yanning Zhang,Shibin Li
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:84: 354-362 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2023.05.046
摘要

Two-dimensional (2D) alternating cation (ACI) perovskite surface defects, especially dominant iodine vacancies (VI) and undercoordinated Pb2+, limit the performance of perovskite solar cells (PVSCs). To address the issue, 1-butyl-3-methylimidazolium trifluoro-methane-sulfonate (BMIMOTF) and its iodide counterpart (BMIMI) are utilized to modify the perovskite surface respectively. We find that BMIMI can change the perovskite surface, whereas BMIMOTF shows a nondestructive and more effective defect passivation, giving significantly reduced defect density and suppressed charge-carrier nonradiative recombination. This mainly attributes to the marked passivation efficacy of OTF− anion on VI and undercoordinated Pb2+, rather than BMIMI+ cation. Benefiting from the rational surface-modification of BMMIMOTF, the films exhibit an optimized energy level alignment, enhanced hydrophobicity and suppressed ion migration. Consequently, the BMIMOTF-modified devices achieve an impressive efficiency of 21.38% with a record open-circuit voltage of 1.195 V, which is among the best efficiencies reported for 2D PVSCs, and display greatly enhanced humidity and thermal stability.
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