Interfacial Molecular Doping of Metal Halide Perovskites for Highly Efficient Solar Cells

卤化物 材料科学 钙钛矿(结构) 兴奋剂 金属 光电子学 纳米技术 无机化学 化学工程 冶金 化学 工程类
作者
Qi Jiang,Zhenyi Ni,Guiying Xu,Yun Lin,Peter N. Rudd,Rongming Xue,Yaowen Li,Yongfang Li,Yongli Gao,Jinsong Huang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (31) 被引量:151
标识
DOI:10.1002/adma.202001581
摘要

Tailoring the doping of semiconductors in heterojunction solar cells shows tremendous success in enhancing the performance of many types of inorganic solar cells, while it is found challenging in perovskite solar cells because of the difficulty in doping perovskites in a controllable way. Here, a small molecule of 4,4',4″,4″'-(pyrazine-2,3,5,6-tetrayl) tetrakis (N,N-bis(4-methoxyphenyl) aniline) (PT-TPA) which can effectively p-dope the surface of FAx MA1-x PbI3 (FA: HC(NH2 )2 ; MA: CH3 NH3 ) perovskite films is reported. The intermolecular charge transfer property of PT-TPA forms a stabilized resonance structure to accept electrons from perovskites. The doping effect increases perovskite dark conductivity and carrier concentration by up to 4737 times. Computation shows that electrons in the first two layers of octahedral cages in perovskites are transferred to PT-TPA. After applying PT-TPA into perovskite solar cells, the doping-induced band bending in perovskite effectively facilitates hole extraction to hole transport layer and expels electrons toward cathode side, which reduces the charge recombination there. The optimized devices demonstrate an increased photovoltage from 1.12 to 1.17 V and an efficiency of 23.4% from photocurrent scanning with a stabilized efficiency of 22.9%. The findings demonstrate that molecular doping is an effective route to control the interfacial charge recombination in perovskite solar cells which is in complimentary to broadly applied defect passivation techniques.
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