Zwitterionic Ionic Liquid Confer Defect Tolerance, High Conductivity, and Hydrophobicity toward Efficient Perovskite Solar Cells Exceeding 22% Efficiency

离子液体 材料科学 X射线光电子能谱 钙钛矿(结构) 钝化 化学工程 四氟硼酸盐 能量转换效率 化学 光电子学 纳米技术 结晶学 有机化学 图层(电子) 工程类 催化作用
作者
Liqun Yang,Xiaohui Ma,Xueni Shang,Deyu Gao,Chen Wang,Mengjia Li,Cong Chen,Boxue Zhang,Sai Xu,Shijian Zheng,Hongwei Song
出处
期刊:Solar RRL [Wiley]
卷期号:5 (9) 被引量:49
标识
DOI:10.1002/solr.202100352
摘要

Defect passivation has been a promising route for enhancing the power conversion efficiency (PCE) and stability of perovskite solar cells (PSCs). Herein, defect inhibition in two‐step solution‐processed (FAPbI 3 ) 1− x (MAPbBr 3 ) x films via a rationally designed zwitterionic ionic liquid (ZIL) with 4‐fluoro‐phenylammonium (4FB + ) as cations and tetrafluoroborate (BF 4 − ) as anions is demonstrated. First, 4FB + and BF 4 − can effectively fill vacancy defects caused by the migrated organic A‐site cation and halogen anion, confirmed by X‐ray photoelectron spectroscopy. Second, the 4FB + with π conjugated benzene ring can donate electrons for carrier extraction, whereas its fluorination of the phenyl ammonium could enhance moisture blocking through the molecular packing of CF bond. The electrical characterization, including space charge limited current and Mott–Schottky measurement, proves the enhanced carrier extraction and photovoltaic performance. Third, the pseudohalogen anion BF 4 − with high ionic conductivity could significantly enhance the carrier lifetime and reduce the V OC loss. As a result, the ZIL‐modified PSCs can achieve a high PCE of 22.5% with excellent long‐term stability maintaining more than 80% of the initial efficiency after storing in an ambient condition for 2000 h. Herein, a new paradigm toward accelerating the development of efficient and stable PSCs is opened up.
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