Light-activated interlayer contraction in two-dimensional perovskites for high-efficiency solar cells

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作者
Wenbin Li,Siraj Sidhik,Boubacar Traoré,Reza Asadpour,Jin Hou,Hao Zhang,Austin Fehr,Joseph Essman,Yafei Wang,Justin M. Hoffman,Ioannis Spanopoulos,Jared Crochet,Esther H. R. Tsai,Joseph Strzalka,Claudine Katan,Muhammad A. Alam,Mercouri G. Kanatzidis,Jacky Even,Jean‐Christophe Blancon,Aditya D. Mohite
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1): 45-52 被引量:72
标识
DOI:10.1038/s41565-021-01010-2
摘要

Understanding and tailoring the physical behaviour of halide perovskites under practical environments is critical for designing efficient and durable optoelectronic devices. Here, we report that continuous light illumination leads to >1% contraction in the out-of-plane direction in two-dimensional hybrid perovskites, which is reversible and strongly dependent on the specific superlattice packing. X-ray photoelectron spectroscopy measurements show that constant light illumination results in the accumulation of positive charges in the terminal iodine atoms, thereby enhancing the bonding character of inter-slab I-I interactions across the organic barrier and activating out-of-plane contraction. Correlated charge transport, structural and photovoltaic measurements confirm that the onset of the light-induced contraction is synchronized to a threefold increase in carrier mobility and conductivity, which is consistent with an increase in the electronic band dispersion predicted by first-principles calculations. Flux-dependent space-charge-limited current measurement reveals that light-induced interlayer contraction activates interlayer charge transport. The enhanced charge transport boosts the photovoltaic efficiency of two-dimensional perovskite solar cells up to 18.3% by increasing the device's fill factor and open-circuit voltage.
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