Ordered Element Distributed C3N Quantum Dots Manipulated Crystallization Kinetics for 2D CsPbI3 Solar Cells with Ultra‐High Performance

结晶 成核 材料科学 量子点 位阻效应 纳米晶 化学工程 动力学 能量转换效率 结晶学 化学物理 纳米技术 化学 光电子学 立体化学 有机化学 工程类 物理 量子力学
作者
Zhizai Li,Siwei Yang,Caichao Ye,Gang Wang,Bo Ma,Huanhuan Yao,Qian Wang,Guoqiang Peng,Qian Wang,Hao‐Li Zhang,Zhiwen Jin
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (15) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/smll.202108090
摘要

Two-dimensional (2D) CsPbI3 is developed to conquer the phase-stability problem of CsPbI3 by introducing bulky organic cations to produce a steric hindrance effect. However, organic cations also inevitably increase the formation energy and difficulty in crystallization kinetics regulation. Such poor crystallization process modulation of 2D CsPbI3 leads to disordered phase-arrangement, which impedes the transport of photo-generated carriers and worsens device performance. Herein, a type of C3 N quantum dots (QDs) with ordered carbon and nitrogen atoms to manipulate the crystallization process of 2D CsPbI3 for improving the crystallization pathway, phase-arrangement and morphology, is introduced. Combination analyses of theoretical simulation, morphology regulation and femtosecond transient absorption (fs-TA) characterization, show that the C3 N QDs induce the formation of electron-rich regions to adsorb bulky organic cations and provide nucleation sites to realize a bi-directional crystallization process. Meanwhile, the quality of 2D CsPbI3 film is improved with lower trap density, higher surface potential, and compact morphology. As a result, the power conversion efficiency (PCE) of the optimized device (n = 5) boosts to an ultra-high value of 15.63% with strengthened environmental stability. Moreover, the simple C3 N QDs insertion method shows good universality to other bulky organic cations of Ruddlesden-Popper and Dion-Jacobson, providing a good modulation strategy for other optoelectronic devices.
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