Surface Modification with Diaza-Crown Ether for High-Efficiency and Stable Inverted Perovskite Solar Cells

材料科学 钙钛矿(结构) 冠醚 表面改性 乙醚 化学工程 钙钛矿太阳能电池 纳米技术 能量转换效率 光电子学 有机化学 离子 化学 工程类
作者
B.Y. Li,Haixia Mao,Yingjie Xing,Xinwei Ma,Luozheng Zhang,Zhimin Fang,Long Luo,Aili Wang,Ningyi Yuan,Jianning Ding
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.5c02442
摘要

The presence of positively charged cationic defects and residual PbI2 on the perovskite surface has hindered the improvement of the device performance and long-term stability. Herein, 4,10-diaza-15-crown 5-ether (DA15C5), a diaza-crown ether featuring multiple N atom and O atom donors, is developed to modify the perovskite surface. Owing to the strong chemical interactions between DA15C5 and both Pb2+ and A-site cations, the positively charged cationic defects on the surface of perovskite films are effectively passivated, thereby suppressing nonradiative recombination and promoting the charge transport at the cathode interface. Furthermore, the DA15C5 treatment promotes the formation of a two-dimensional (2D) perovskite phase by reacting with residual PbI2, which optimizes the energy-level alignment and enhances the film stability. Consequently, the open-circuit voltage (VOC) and fill factor (FF) of the perovskite solar cells (PSCs) improved significantly, achieving an impressive power conversion efficiency (PCE) of 24.75%. Moreover, both the environmental and the thermal stabilities of DA15C5-treated PSCs are markedly enhanced. The unencapsulated device retains over 80% of the initial PCE after heating 1400 h at 85 °C in a N2 atmosphere and maintains 78% of the initial PCE after 550 h in air with 40 ± 10% relative humidity (RH). This study proposes diaza-crown ether as a surface molecular modulator to achieve efficient and stable PSCs.

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