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Kinetic‐Controlled Crystallization of α‐FAPbI3 Inducing Preferred Crystallographic Orientation Enhances Photovoltaic Performance

结晶 材料科学 光伏系统 方向(向量空间) 化学工程 动能 结晶学 化学 几何学 数学 电气工程 物理 量子力学 工程类
作者
Sooeun Shin,Seongrok Seo,Seonghwa Jeong,Anir S. Sharbirin,Jeongyong Kim,Hyungju Ahn,Nam‐Gyu Park,Hyunjung Shin
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:10 (14) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/advs.202300798
摘要

Abstract Crystallization kinetic controls the crystallographic orientation, inducing anisotropic properties of the materials. As a result, preferential orientation with advanced optoelectronic properties can enhance the photovoltaic devices' performance. Although incorporation of additives is one of the most studied methods to stabilize the photoactive α ‐phase of formamidinium lead tri‐iodide ( α ‐FAPbI 3 ), no studies focus on how the additives affect the crystallization kinetics. Along with the role of methylammonium chloride (MACl) as a “stabilizer” in the formation of α ‐FAPbI 3 , herein, the additional role as a “controller” in the crystallization kinetics is pointed out. With microscopic observations, for example, electron backscatter diffraction and selected area electron diffraction, it is examined that higher concentration of MACl induces slower crystallization kinetics, resulting in larger grain size and [100] preferred orientation. Optoelectronic properties of [100] preferentially oriented grains with less non‐radiative recombination, a longer lifetime of charge carriers, and lower photocurrent deviations in between each grain induce higher short‐circuit current density ( J sc ) and fill factor. Resulting MACl40 mol% attains the highest power conversion efficiency (PCE) of 24.1%. The results provide observations of a direct correlation between the crystallographic orientation and device performance as it highlights the importance of crystallization kinetics resulting in desirable microstructures for device engineering.
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