Unraveling the influence of CsCl/MACl on the formation of nanotwins, stacking faults and cubic supercell structure in FA-based perovskite solar cells

材料科学 光致发光 钙钛矿(结构) 堆积 结晶学 晶体结构 带隙 相(物质) 超单元 光电子学 化学 物理 雷雨 气象学 有机化学
作者
H.T.M. Pham,Yanting Yin,Gunther G. Andersson,Klaus Weber,The Duong,J. Wong‐Leung
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:87: 106226-106226 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106226
摘要

The incorporation of Cl anion and MA/Cs cations into FAPbI3 perovskite has been shown to dramatically improve solar cell performance. However, the microscopic properties of hybrid metal halide perovskite materials are not well understood yet, and it is still unclear how ion incorporation stabilizes the cubic FAPbI3 perovskite. In this work, we conduct a systematic study on the effect of the CsCl/MACl additives on the microstructure, crystal structure, and defects (nanotwins and stacking faults) of FA-based perovskite solar cells (PSCs). We find that the cubic α-phase in pure FAPbI3 is unstable with evidence of additional phases in the experimental electron diffraction analyses, namely the hexagonal δ-phase, the cubic supercell structure (with double the lattice constant of the α-phase) and a rhombohedral phase. The addition of CsCl/MACl effectively stabilizes the cubic FAPbI3 with a 2 × 2 × 2 supercell expansion and the Im3̅ space group. X-ray diffraction and photoluminescence studies show that the addition of CsCl/MACl results in a change in both the lattice parameter and the optical bandgap, respectively. The lattice contraction is a result of the incorporation of Cs/MA cations and Cl anion in the FAPbI3 perovskites. Moreover, the addition of CsCl is shown to minimize the density of defects and improve the photoluminescence yield as well as the minority carrier lifetime of the perovskite films. All of these factors contribute to the improved device performance with a maximum efficiency of 21.98% measured for the 10 mol% CsCl perovskite layer.
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