Minimizing and Controlling Hydrogen for Highly Efficient Formamidinium Lead Triiodide Solar Cells

三碘化物 甲脒 化学 离子 钙钛矿(结构) 光化学 能量转换效率 化学物理 光电子学 材料科学 物理化学 有机化学 色素敏化染料 电极 电解质
作者
Yuhang Liang,Xiangyuan Cui,Feng Li,Catherine Stampfl,Simon P. Ringer,Jun Huang,Rongkun Zheng
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (15): 6770-6778 被引量:13
标识
DOI:10.1021/jacs.2c00038
摘要

Formamidinium lead triiodide (FAPbI3) currently holds the record conversion efficiency in the single-junction perovskite solar cell. Iodine management is known to be essential to suppress defect-induced nonradiative losses in FAPbI3 active layers. However, the origin of nonradiative losses and the underlying mechanism of suppressing such losses by iodine-concentration management remain unknown. Here, through first-principles simulation, we demonstrate that native point defects are not responsible for the nonradiative losses in FAPbI3. Instead, hydrogen ions, which can be abundant under both iodine-rich and iodine-poor conditions in FAPbI3, act as efficient nonradiative recombination centers and are proposed to be responsible for the suppressed power conversion efficiency. Moreover, iodine-moderate synthesis conditions can favor the formation of electrically inactive molecular hydrogen, which can dramatically suppress the detrimental hydrogen ions. This work identifies the dominant nonradiative recombination centers in the widely used FAPbI3 layers and rationalizes how the prevailing iodine management reduces the nonradiative losses. Minimizing the unintentional hydrogen incorporation in the perovskite is critical for achieving high device performance.
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