Revealing the Degradation and Self‐Healing Mechanisms in Perovskite Solar Cells by Sub‐Bandgap External Quantum Efficiency Spectroscopy

材料科学 离解(化学) 光电子学 离子 氧化铟锡 介电谱 电极 带隙 钙钛矿(结构) 降级(电信) 化学工程 化学物理 纳米技术 薄膜 化学 计算机科学 物理化学 电化学 电信 工程类 有机化学
作者
Yuanhang Cheng,Xixia Liu,Zhiqiang Guan,Menglin Li,Zixin Zeng,Ho‐Wa Li,Sai‐Wing Tsang,Armin G. Aberle,Fen Lin
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (3): e2006170-e2006170 被引量:100
标识
DOI:10.1002/adma.202006170
摘要

Ion dissociation has been identified to determine the intrinsic stability of perovskite solar cells (PVSCs), but the underlying degradation mechanism is still elusive. Herein, by combining highly sensitive sub-bandgap external quantum efficiency (s-EQE) spectroscopy, impedance analysis, and theoretical calculations, the evolution of defect states in PVSCs during the degradation can be monitored. It is found that the degradation of PVSCs can be divided into three steps: 1) dissociation of ions from perovskite lattices, 2) migration of dissociated ions, and 3) consumption of I- by reacting with metal electrode. Importantly, step (3) is found to be crucial as it will accelerate the first two steps and lead to continuous degradation. By replacing the metal with more chemically robust indium tin oxide (ITO), it is found that the dissociated ions under light soaking will only saturate at the perovskite/ITO interface. Importantly, the dissociated ions will subsequently restore to the corresponding vacancies under dark condition to heal the perovskite and photovoltaic performance. Such shuttling of mobile ions without consumption in the ITO-contact PVSCs results in harvesting-rest-recovery cycles in natural day/night operation. It is envisioned that the mechanism of the intrinsic perovskite material degradation reported here will lead to clearer research directions toward highly stable PVSCs.
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