Efficient wide-bandgap perovskite photovoltaics with homogeneous halogen-phase distribution

光伏 钙钛矿(结构) 同种类的 卤素 带隙 材料科学 相(物质) 光电子学 纳米技术 光伏系统 化学 结晶学 物理 生物 生态学 烷基 有机化学 热力学
作者
Rui Wang,Xiaoyu Liu,Shancheng Yan,Ni Meng,Xinmin Zhao,Yu Chen,Hongxiang Li,Saif M. H. Qaid,Shaopeng Yang,Mingjian Yuan,Tingwei He
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 8899-8899 被引量:79
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53344-9
摘要

Wide-bandgap (WBG) perovskite solar cells (PSCs) are employed as top cells of tandem cells to break through the theoretical limits of single-junction photovoltaic devices. However, WBG PSCs exhibit severe open-circuit voltage (Voc) loss with increasing bromine content. Herein, inhomogeneous halogen-phase distribution is pointed out to be the reason, which hinders efficient extraction of carriers. We thus propose to form homogeneous halogen-phase distribution to address the issue. With the help of density functional theory, we construct a double-layer structure (D-2P) based on 2-(9H-Carbazol-9-yl)ethyl]phosphonic acid molecules to provide nucleation sites for perovskite crystallization. Homogeneous perovskite phase is achieved through bottom-up templated crystallization of halogen component. The efficient carrier extraction reduces the Shockley-Read-Hall recombination, resulting in a high Voc of 1.32 V. As a result, D-2P-treated device (1.75 eV) achieves a record power conversion efficiency of 20.80% (certified 20.70%), which is the highest value reported for WBG (more than 1.74 eV) PSCs. Wide-bandgap perovskite solar cells suffer from severe open-circuit voltage loss with increasing bromine content. Here, authors tackle this issue through homogeneous halogen-phase distribution realized by bottom-up templated crystallization and demonstrate tandem devices with efficiency of 28.08%.
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