Trace Water in Lead Iodide Affecting Perovskite Crystal Nucleation Limits the Performance of Perovskite Solar Cells

材料科学 成核 结晶 钙钛矿(结构) 碘化物 三卤化物 能量转换效率 杂质 钙钛矿太阳能电池 退火(玻璃) 化学工程 晶体生长 纳米技术 卤化物 光电子学 无机化学 结晶学 冶金 化学 有机化学 工程类
作者
Renjun Guo,Qiu Xiong,Aleksander M. Ulatowski,Saisai Li,Zijin Ding,Tianxiao Xiao,Suzhe Liang,Julian E. Heger,Tianfu Guan,Xinyu Jiang,Kun Sun,Lennart K. Reb,Manuel A. Reus,Andrei Chumakov,Matthias Schwartzkopf,Minjian Yuan,Yi Hou,Stephan V. Roth,Laura M. Herz,Peng Gao,Peter Müller‐Buschbaum
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
被引量:20
标识
DOI:10.1002/adma.202310237
摘要

Abstract The experimental replicability of highly efficient perovskite solar cells (PSCs) is a persistent challenge faced by laboratories worldwide. Although trace impurities in raw materials can impact the experimental reproducibility of high‐performance PSCs, the in situ study of how trace impurities affect perovskite film growth is never investigated. Here, light is shed on the impact of inevitable water contamination in lead iodide (PbI 2 ) on the replicability of device performance, mainly depending on the synthesis methods of PbI 2 . Through synchrotron‐based structure characterization, it is uncovered that even slight additions of water to PbI 2 accelerate the crystallization process in the perovskite layer during annealing. However, this accelerated crystallization also results in an imbalance of charge‐carrier mobilities, leading to a degradation in device performance and reduced longevity of the solar cells. It is also found that anhydrous PbI 2 promotes a homogenous nucleation process and improves perovskite film growth. Finally, the PSCs achieve a remarkable certified power conversion efficiency of 24.3%. This breakthrough demonstrates the significance of understanding and precisely managing the water content in PbI 2 to ensure the experimental replicability of high‐efficiency PSCs.
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