Spontaneous Construction of Multidimensional Heterostructure Enables Enhanced Hole Extraction for Inorganic Perovskite Solar Cells to Exceed 20% Efficiency

材料科学 钙钛矿(结构) 异质结 纳秒 载流子 能量转换效率 光电子学 光伏系统 钙钛矿太阳能电池 热稳定性 磁滞 化学物理 化学工程 凝聚态物理 激光器 光学 工程类 物理 生物 生态学
作者
Shiang Zhang,Lu Zhang,Qingwen Tian,Xiaojing Gu,Yachao Du,Kui Zhao,Shengzhong Liu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (1) 被引量:54
标识
DOI:10.1002/aenm.202103007
摘要

Abstract CsPbI 3− x Br x ‐based organic‐free perovskite has emerged as a superstar photovoltaic material not only because of its superior photoelectronic properties but also its outstanding thermal and chemical stability. Unfortunately, the significant energy loss resulting from its nonradiative recombination has become a major obstacle to further improvement of device performance. Here, a 2D/3D multidimensional structure formed spontaneously at room temperature is developed. The results reveal that the formed Ruddlesden–Popper 2D ( n = 1) perovskite atop CsPbI 3− x Br x plays an active role in mediating carrier transport, maintaining a long‐life charge separation state on the nanosecond time scale and promoting the efficiency of carrier injection into the hole transport layer, and thus enhances the hole extraction efficiency, which greatly reduces severe interfacial nonradiative charge recombination. In addition, the undercoordinated Pb 2+ is effectively passivated, resulting in significantly reduced surface trap density and prolonged charge lifetime within the perovskite films. Consequently, the combination of the above increases the solar cell efficiency from 19.05% to 20.31%, with an open‐circuit voltage raised to 1.23 from 1.17 V, which corresponds to an energy loss reduction from 0.54 to 0.49 eV. Also, the optimized solar cells exhibit better long‐term and thermal stability.
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