A green solvent enables precursor phase engineering of stable formamidinium lead triiodide perovskite solar cells

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作者
Benjamin M. Gallant,Philippe Holzhey,Joel A. Smith,Saqlain Choudhary,Karim A. Elmestekawy,Pietro Caprioglio,Igal Levine,Alexandra A. Sheader,Esther Y.-H. Hung,Fengning Yang,Daniel T. W. Toolan,Rachel C. Kilbride,Karl‐Augustin Zaininger,James M. Ball,M. Greyson Christoforo,Nakita K. Noel,Laura M. Herz,Dominik J. Kubicki,Henry J. Snaith
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-54113-4
摘要

Abstract Perovskite solar cells (PSCs) offer an efficient, inexpensive alternative to current photovoltaic technologies, with the potential for manufacture via high-throughput coating methods. However, challenges for commercial-scale solution-processing of metal-halide perovskites include the use of harmful solvents, the expense of maintaining controlled atmospheric conditions, and the inherent instabilities of PSCs under operation. Here, we address these challenges by introducing a high volatility, low toxicity, biorenewable solvent system to fabricate a range of 2D perovskites, which we use as highly effective precursor phases for subsequent transformation to α-formamidinium lead triiodide (α-FAPbI 3 ), fully processed under ambient conditions. PSCs utilising our α-FAPbI 3 reproducibly show remarkable stability under illumination and elevated temperature (ISOS-L-2) and “damp heat” (ISOS-D-3) stressing, surpassing other state-of-the-art perovskite compositions. We determine that this enhancement is a consequence of the 2D precursor phase crystallisation route, which simultaneously avoids retention of residual low-volatility solvents (such as DMF and DMSO) and reduces the rate of degradation of FA + in the material. Our findings highlight both the critical role of the initial crystallisation process in determining the operational stability of perovskite materials, and that neat FA + -based perovskites can be competitively stable despite the inherent metastability of the α-phase.
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