Ambient-Air-Stable Lead-Free CsSnI3 Solar Cells with Greater than 7.5% Efficiency

化学 正交晶系 SN2反应 钙钛矿(结构) 惰性 四方晶系 光电子学 化学工程 纳米技术 材料科学 结晶学 有机化学 晶体结构 工程类
作者
Tao Ye,Ke Wang,Yuchen Hou,Dong Yang,Nicholas J. Smith,Brenden A. Magill,Jungjin Yoon,Rathsara R. H. H. Mudiyanselage,Giti A. Khodaparast,Kai Wang,Shashank Priya
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (11): 4319-4328 被引量:148
标识
DOI:10.1021/jacs.0c13069
摘要

Black orthorhombic (B-γ) CsSnI3 with reduced biotoxicity and environmental impact and excellent optoelectronic properties is being considered as a promising eco-friendly candidate for high-performing perovskite solar cells (PSCs). A major challenge in a large-scale implementation of CsSnI3 PSCs includes the rapid transformation of Sn2+ to Sn4+ (within a few minutes) under an ambient-air condition. Here, we demonstrate that ambient-air stable B-γ CsSnI3 PSCs can be fabricated by incorporating N,N′-methylenebis(acrylamide) (MBAA) into the perovskite layer and by using poly(3-hexylthiophene) as the hole transporting material. The lone electron pairs of −NH and −CO units of MBAA are designed to form coordination bonding with Sn2+ in the B-γ CsSnI3, resulting in a reduced defect (Sn4+) density and better stability under multiple conditions for the perovskite light absorber. After a modification, the highest power conversion efficiency (PCE) of 7.50% is documented under an ambient-air condition for the unencapsulated CsSnI3-MBAA PSC. Furthermore, the MBAA-modified devices sustain 60.2%, 76.5%, and 58.4% of their initial PCEs after 1440 h of storage in an inert condition, after 120 h of storage in an ambient-air condition, and after 120 h of 1 Sun continuous illumination, respectively.
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