Regulating surface potential maximizes voltage in all-perovskite tandems

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作者
Hao Chen,Aidan Maxwell,Chongwen Li,Sam Teale,Bin Chen,Tong Zhu,Esma Ugur,George T. Harrison,Luke Grater,Junke Wang,Zaiwei Wang,Lewei Zeng,So Min Park,Lei Chen,Peter Serles,Rasha A. Awni,Biwas Subedi,Xiaopeng Zheng,Chuanxiao Xiao,Nikolas J. Podraza
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:613 (7945): 676-681 被引量:353
标识
DOI:10.1038/s41586-022-05541-z
摘要

The open-circuit voltage (VOC) deficit in perovskite solar cells is greater in wide-bandgap (over 1.7 eV) cells than in perovskites of roughly 1.5 eV (refs. 1,2). Quasi-Fermi-level-splitting measurements show VOC-limiting recombination at the electron-transport-layer contact3-5. This, we find, stems from inhomogeneous surface potential and poor perovskite-electron transport layer energetic alignment. Common monoammonium surface treatments fail to address this; as an alternative, we introduce diammonium molecules to modify perovskite surface states and achieve a more uniform spatial distribution of surface potential. Using 1,3-propane diammonium, quasi-Fermi-level splitting increases by 90 meV, enabling 1.79 eV perovskite solar cells with a certified 1.33 V VOC and over 19% power conversion efficiency (PCE). Incorporating this layer into a monolithic all-perovskite tandem, we report a record VOC of 2.19 V (89% of the detailed balance VOC limit) and over 27% PCE (26.3% certified quasi-steady state). These tandems retained more than 86% of their initial PCE after 500 h of operation.
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