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Zwitterion Coordination Induced Highly Orientational Order of CH3NH3PbI3 Perovskite Film Delivers a High Open Circuit Voltage Exceeding 1.2 V

两性离子 钙钛矿(结构) 材料科学 开路电压 磺酸盐 兴奋剂 电压 光电子学 电子迁移率 化学工程 结晶学 分子 有机化学 物理 化学 冶金 工程类 量子力学
作者
Weiran Zhou,Dan Li,Zhengguo Xiao,Zhilin Wen,Mengmeng Zhang,Wanpei Hu,Xiaojun Wu,Mingtai Wang,Wen‐Hua Zhang,Yalin Lu,Shihe Yang,Shangfeng Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:29 (23) 被引量:154
标识
DOI:10.1002/adfm.201901026
摘要

Abstract The organic–inorganic halide CH 3 NH 3 PbI 3 (MAPbI 3 ) has been the most commonly used light absorber layer of perovskite solar cells (PSCs); however, solution‐processed MAPbI 3 films usually suffer from random crystal orientation and high trap density, resulting in inferior power conversion efficiency (PCE) with open circuit voltage ( V oc ) being typically below 1.2 V for PSC devices. Herein, for the first time an imidazole sulfonate zwitterion, 4‐(1H‐imidazol‐3‐ium‐3‐yl)butane‐1‐sulfonate (IMS), is applied as a bifunctional additive in regular‐structure planar heterojunction PSC devices to regulate the crystal orientation, yielding highly ordered MAPbI 3 film and passivating the trap states of the film. Such a dual effect of IMS is fulfilled via coordination interactions between the sulfonate moiety of IMS with the Pb2 + ion and the electrostatic interaction between the imidazole of IMS with the I – ion of MAPbI 3 . As a result, under a optimized IMS doping ratio of 0.5 wt%, the PSC device exhibits a significant increase in PCE from 18.77% to 20.84%, with suppressed current–voltage hysteresis and promoted ambient stability. Moreover, a high V oc of 1.208 V is achieved under a higher IMS doping ratio of 1.2 wt%, which is the highest V oc for regular‐structure MAPbI 3 planar PSC devices based on TiO 2 electron transport layer.
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