Synergistic Effect of Defect Passivation and Crystallization Control Enabled by Bifunctional Additives for Carbon-Based Mesoscopic Perovskite Solar Cells

材料科学 钝化 结晶 钙钛矿(结构) 化学工程 缩二脲试验 能量转换效率 钙钛矿太阳能电池 光伏系统 光电子学 纳米技术 有机化学 图层(电子) 电气工程 化学 工程类 尿素
作者
Dongjie Wang,Zheling Zhang,Jian Liu,Yang Zhang,Kun Chen,Bin She,Baichen Liu,Yu Huang,Jian Xiong,Jian Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (38): 45435-45445 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsami.1c11237
摘要

The emerging carbon-based mesoscopic perovskite solar cells (MPSCs) are known as one of the most promising candidates for photovoltaic applications thanks to their screen-printing process and excellent stability. Unfortunately, they usually suffer from serious defects because it is challenging to realize sufficient mesopore filling of the perovskite precursor solution throughout the triple-mesoporous scaffold. Herein, a bifunctional additive, biuret, endowed with both carbonyl and amino groups, was designed to realize a convenient fabrication approach for controllable crystallization of the precursor solution. Owing to the strong coordination ability with perovskite components, the incorporation of biuret can not only regulate crystallization kinetics allowing for the growth of high-quality perovskite crystals but also associate with uncoordinated ions for defect passivation to enhance the overall photovoltaic performance of MPSCs. A champion power conversion efficiency (PCE) of 13.42% with an enhanced short-circuit current density of 19.49 mA cm–2 and a much higher open-circuit voltage of 0.96 V was achieved for the device doped with 3 mol % biuret, which is 26% higher than that of the control device (10.66%). Moreover, the unencapsulated devices with biuret incorporation demonstrated superior stability, maintaining over 90% of the original PCE after 50 days of storage under ambient conditions. This work helps exploit bifunctional additive strategies for simultaneous defect passivation and crystallization control toward high-efficiency and long-term stability of carbon-based MPSCs.
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