Heterojunction formed via 3D-to-2D perovskite conversion for photostable wide-bandgap perovskite solar cells

钙钛矿(结构) 材料科学 异质结 带隙 能量转换效率 串联 光电子学 卤化物 光伏系统 钙钛矿太阳能电池 纳米技术 化学 无机化学 结晶学 复合材料 生态学 生物
作者
Jin‐Kun Wen,Yicheng Zhao,Pu Wu,Yuxuan Liu,Xuntian Zheng,Renxing Lin,Sushu Wan,Ke Li,Haowen Luo,Yuxi Tian,Ludong Li,Hairen Tan
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:85
标识
DOI:10.1038/s41467-023-43016-5
摘要

Light-induced halide segregation constrains the photovoltaic performance and stability of wide-bandgap perovskite solar cells and tandem cells. The implementation of an intermixed two-dimensional/three-dimensional heterostructure via solution post-treatment is a typical strategy to improve the efficiency and stability of perovskite solar cells. However, owing to the composition-dependent sensitivity of surface reconstruction, the conventional solution post-treatment is suboptimal for methylammonium-free and cesium/bromide-enriched wide-bandgap PSCs. To address this, we develop a generic three-dimensional to two-dimensional perovskite conversion approach to realize a preferential growth of wider dimensionality (n ≥ 2) atop wide-bandgap perovskite layers (1.78 eV). This technique involves depositing a well-defined MAPbI3 thin layer through a vapor-assisted two-step process, followed by its conversion into a two-dimensional structure. Such a two-dimensional/three-dimensional heterostructure enables suppressed light-induced halide segregation, reduced non-radiative interfacial recombination, and facilitated charge extraction. The wide-bandgap perovskite solar cells demonstrate a champion power conversion efficiency of 19.6% and an open-circuit voltage of 1.32 V. By integrating with the thermal-stable FAPb0.5Sn0.5I3 narrow-bandgap perovskites, our all-perovskite tandem solar cells exhibit a stabilized PCE of 28.1% and retain 90% of the initial performance after 855 hours of continuous 1-sun illumination.
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