Minimizing Open-Circuit voltage deficit via interface engineering for highly efficient CsPbI2Br perovskite solar cells

带隙 钙钛矿(结构) 掺杂剂 双层 材料科学 光电子学 图层(电子) 开路电压 电压 化学工程 化学 纳米技术 兴奋剂 结晶学 电气工程 工程类 生物化学
作者
Jing Li,Jianming Yang,Junjie Ma,Jiwei Liang,Yongjie Liu,Xuzhi Hu,Cong Chen,Wenyan Yang,Jie Min,Qinye Bao,Guojia Fang,Chen Tao
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:417: 129247-129247 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.129247
摘要

All-inorganic perovskite CsPbI2Br is a promising wide bandgap light absorber for tandem solar cells owing to its appropriate bandgap and great thermal stability. However, high open-circuit voltage (VOC) deficit has been a major obstacle for obtaining high efficiency in CsPbI2Br-based solar cells and thus limiting their application. Herein, we employ a strategy of interface engineering that deploys a bilayer electron transporting layer (ETL) and dopant-free hole transporting layer (HTL) to significantly mitigate the energy loss. A bilayer ETL ZnO/MgxZn1-xO and Poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl-3-fluoro)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene))-alt-(5,5-(1′,3′-di-2-thienyl-5′,7′-bis(2-ethylhexyl)benzo[1′,2′-c:4′,5′-c′]dithiophene-4,8-dione)] (PM6) are energetically more compatible with the energy band of CsPbI2Br than ZnO and 2,2′,7,7′-tetrakis (N, N-di-p-methoxy-phenylamine)-9,9′-spirobifluorene (spiro-OMeTAD), which facilitate the photogenerated electron and hole transfer at perovskite/charge transporting layer interfaces. Moreover, the quality of the CsPbI2Br perovskite film deposited atop bilayer ETL ZnO/MgxZn1-xO is substantially enhanced compared to that on top of ZnO. Both the more favorable energy level alignment and reduced defect density alleviate energy loss in the resultant solar cells. Perovskite solar cells with the structure of ITO/ZnO/MgxZn1-xO/CsPbI2Br/PM6/MoO3/Ag give rise to an open-circuit voltage (VOC) of 1.34 V, which is one of the highest VOC among all-inorganic CsPbI2Br solar cells. The resultant VOC deficit drops to be lower than 0.6 V. As a result, the optimized all-inorganic CsPbI2Br-based solar cells yield a champion power conversion efficiency of 16.04%.
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