Additive‐Free, Low‐Temperature Crystallization of Stable α‐FAPbI3 Perovskite

甲脒 材料科学 钙钛矿(结构) 三碘化物 结晶度 退火(玻璃) 结晶 带隙 热稳定性 亚稳态 光致发光 化学工程 碘化物 分析化学(期刊) 光电子学 电解质 复合材料 物理化学 无机化学 色素敏化染料 化学 工程类 有机化学 色谱法 电极
作者
Tian Du,Thomas J. Macdonald,Ruoxi Yang,Meng Li,Zhongyao Jiang,Lokeshwari Mohan,Weidong Xu,Zhenhuang Su,Xingyu Gao,Richard M. Whiteley,Chieh‐Ting Lin,Ganghong Min,Saif A. Haque,James R. Durrant,Kristin A. Persson,Martyn A. McLachlan,Joe Briscoe
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (9): e2107850-e2107850 被引量:146
标识
DOI:10.1002/adma.202107850
摘要

Abstract Formamidinium lead triiodide (FAPbI 3 ) is attractive for photovoltaic devices due to its optimal bandgap at around 1.45 eV and improved thermal stability compared with methylammonium‐based perovskites. Crystallization of phase‐pure α‐FAPbI 3 conventionally requires high‐temperature thermal annealing at 150 °C whilst the obtained α‐FAPbI 3 is metastable at room temperature. Here, aerosol‐assisted crystallization (AAC) is reported, which converts yellow δ‐FAPbI 3 into black α‐FAPbI 3 at only 100 °C using precursor solutions containing only lead iodide and formamidinium iodide with no chemical additives. The obtained α‐FAPbI 3 exhibits remarkably enhanced stability compared to the 150 °C annealed counterparts, in combination with improvements in film crystallinity and photoluminescence yield. Using X‐ray diffraction, X‐ray scattering, and density functional theory simulation, it is identified that relaxation of residual tensile strains, achieved through the lower annealing temperature and post‐crystallization crystal growth during AAC, is the key factor that facilitates the formation of phase‐stable α‐FAPbI 3 . This overcomes the strain‐induced lattice expansion that is known to cause the metastability of α‐FAPbI 3 . Accordingly, pure FAPbI 3 p–i–n solar cells are reported, facilitated by the low‐temperature (≤100 °C) AAC processing, which demonstrates increases of both power conversion efficiency and operational stability compared to devices fabricated using 150 °C annealed films.
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