Quantum-size-tuned heterostructures enable efficient and stable inverted perovskite solar cells

异质结 材料科学 光电子学 钙钛矿(结构) 能量转换效率 量子效率 纳米技术 化学 结晶学
作者
Hao Chen,Sam Teale,Bin Chen,Yi Hou,Luke Grater,Tong Zhu,Koen Bertens,So Min Park,Harindi R. Atapattu,Yajun Gao,Mingyang Wei,Andrew Johnston,Qi‐Lin Zhou,Kaimin Xu,Danni Yu,Congcong Han,Teng Cui,Eui Hyuk Jung,Chun Zhou,Wenjia Zhou,Andrew H. Proppe,Sjoerd Hoogland,Frédéric Laquai,Tobin Filleter,Kenneth R. Graham,Zhijun Ning,Edward H. Sargent
出处
期刊:Nature Photonics [Springer Nature]
卷期号:16 (5): 352-358 被引量:289
标识
DOI:10.1038/s41566-022-00985-1
摘要

The energy landscape of reduced-dimensional perovskites (RDPs) can be tailored by adjusting their layer width (n). Recently, two/three-dimensional (2D/3D) heterostructures containing n = 1 and 2 RDPs have produced perovskite solar cells (PSCs) with >25% power conversion efficiency (PCE). Unfortunately, this method does not translate to inverted PSCs due to electron blocking at the 2D/3D interface. Here we report a method to increase the layer width of RDPs in 2D/3D heterostructures to address this problem. We discover that bulkier organics form 2D heterostructures more slowly, resulting in wider RDPs; and that small modifications to ligand design induce preferential growth of n ≥ 3 RDPs. Leveraging these insights, we developed efficient inverted PSCs (with a certified quasi-steady-state PCE of 23.91%). Unencapsulated devices operate at room temperature and around 50% relative humidity for over 1,000 h without loss of PCE; and, when subjected to ISOS-L3 accelerated ageing, encapsulated devices retain 92% of initial PCE after 500 h. A scheme to control the confinement within 2D/3D perovskite heterostructures results in stable, efficient inverted perovskite solar cells.
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