Enhanced Charge Carrier Transport and Device Performance Through Dual-Cesium Doping in Mixed-Cation Perovskite Solar Cells with Near Unity Free Carrier Ratios

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作者
Tao Ye,Miloš Petrović,Shengjie Peng,Jeremy Lee Kong Yoong,Vijila Chellappan,Seeram Ramakrishna
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:9 (3): 2358-2368 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acsami.6b12845
摘要

PbI2-enriched mixed perovskite film [FA0.81MA0.15Pb(I0.836Br0.15)3] has been widely studied due to its great potential in perovskite solar cell (PSC) applications. Herein, a FA0.81MA0.15Pb(I0.836Br0.15)3 film has been fabricated with the temperature-dependent optical absorption spectra utilized to determine its exciton binding energy. A ∼13 meV exciton binding energy is estimated, and a near-unity fraction of free carriers out of the total photoexcitons has been obtained in the solar cell operating regime at equilibrium state. PSCs are fabricated with this mixed perovskite film, but a significant electron transport barrier at the TiO2–perovskite interface limited their performance. Cs2CO3 and CsI are then utilized as functional enhancers with which to substantially balance the electron and hole transport and increase the carriers (both electrons and holes) mobilities in PSCs, resulting in much-improved solar-cell performance. The modified PSCs exhibit reproducible power conversion efficiency (PCE) values with little hysteresis effect in the J–V curves, achieving PCEs up to 19.5% for the Cs2CO3-modified PSC and 20.6% when subsequently further doped with CsI.

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