Synchronous defect passivation of all-inorganic perovskite solar cells enabled by fullerene interlayer

钝化 钙钛矿(结构) 材料科学 能量转换效率 热稳定性 化学工程 离子键合 纳米技术 光电子学 无机化学 化学 图层(电子) 离子 工程类 有机化学
作者
Yanbo Shang,Pu Wang,Lingbo Jia,Xingcheng Li,Weitao Lian,Peisen Qian,Muqing Chen,Tao Chen,Yalin Lu,Shangfeng Yang
标识
DOI:10.26599/nre.2023.9120073
摘要

All-inorganic CsPbI3–xBrx perovskite solar cells (PSCs) are advantageous in terms of high thermal stability, while its efficiency lags behind those of organic-inorganic hybrid perovskite counterparts. Defect passivations have been extensively applied for enhancing efficiency of all-inorganic PSCs, which are mainly based on univocal defect passivation of perovskite layer. Herein, we incorporated a bis-dimethylamino-functionalized fullerene derivative (abbreviated as PCBDMAM) as an interlayer between ZnO electron transport layer (ETL) and all-inorganic CsPbI2.25Br0.75 perovskite layer, accomplishing synchronous defect passivations of both layers and consequently dramatic enhancements of efficiency and thermal stability of PSC devices. Upon spin-coating PCBDMAM onto ZnO ETL, the surface defects of ZnO especially oxygen vacancies can be effectively passivated due to the formation of Zn−N ionic bonds. In addition, PCBDMAM incorporation affords effective passivation of PbI and IPb antisite defects within the atop perovskite layer as well via coordination bonding with Pb2+. As a result, the regular-structure planar CsPbI2.25Br0.75 PSC device delivers a champion power conversion efficiency (PCE) of 17.04%, which surpasses that of the control device (15.44%). Moreover, the PCBDMAM-incorporated PSC device maintains ~ 80% of its initial PCE after 600 h heating at 85 °C hot plate in N2 atmosphere, whereas PCE of the control device degrades rapidly to ~ 62% after 460 h heating under identical conditions. Hence, PCBDMAM incorporation benefited dramatic improvement of the thermal stability of PSC device.

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