Alkyl Fluorination Aromatic Acetamidine Cation Enhances the Lattice Stability and Performance of 2D Ruddlesden‐Popper Perovskite Solar Cells

材料科学 烷基 钙钛矿(结构) 能量转换效率 晶体结构 酰胺 结晶学 化学工程 无机化学 化学 立体化学 光电子学 有机化学 工程类 冶金
作者
Yunxin Zhang,Rui Wang,Haolin Lu,Mingqian Chen,Hebin Wang,Tengfei He,Tianyin Shao,Yongsheng Liu,Yong‐Sheng Chen,Guankui Long
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (11) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/smll.202410546
摘要

Abstract Fluorinated organic cations are used to enhance the power conversion efficiency (PCE) of quasi‐2D Ruddlesden‐Popper perovskite solar cells (2DRP PSCs), however, most of them focus fluorine substitution on the benzene ring. Herein, a novel α ‐fluorophenylethanimidamide ( α ‐FPEIA) spacer cation with a fluorine atom at α ‐carbon of the amidine group is designed and employed to enhance the performance and stability of 2DRP PSCs. The single‐crystal structure of ( α ‐FPEIA) 2 PbI 4 exhibits stronger interaction between the organic cations and inorganic skeleton, with a larger angle of Pb‐I‐Pb, thus benefiting the charge transfer and improving lattice stability of perovskite film. Furthermore, the theoretical results indicate that ( α ‐FPEIA) 2 PbI 4 exhibits a reduction in the quantum confinement effect, which is conducive to carrier transfer. Additionally, the α ‐FPEIA‐based perovskite film exhibits excellent crystal quality, suitable energy level arrangement, decreased trap states, and extended carrier lifetime. These enhancements boost the PCE of ( α ‐FPEIA) 2 (Cs 0.05 FA 0.8 MA 0.15 ) 4 Pb 5 I 16 ( n = 5) device reaching 18.15% (vs phenethylammonium (PEA)‐based PSCs of 15.38%) along with improving the stability of unencapsulated PSCs. The findings demonstrate that introducing a fluorine atom into the alkyl group of the PEA and replacing the ammonium with the amidine group represents a novel approach for fabricating high‐performance and stable inverted 2DRP PSCs.
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