Antioxidation and Energy-Level Alignment for Improving Efficiency and Stability of Hole Transport Layer-Free and Methylammonium-Free Tin–Lead Perovskite Solar Cells

材料科学 钝化 串联 能量转换效率 钙钛矿(结构) 光电子学 图层(电子) 光伏系统 纳米技术 化学工程 冶金 复合材料 电气工程 工程类
作者
Hui Liu,Jiayun Sun,Han Hu,Yan Li,Bihua Hu,Baomin Xu,Wallace C. H. Choy
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (37): 45059-45067 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsami.1c12180
摘要

Tin–lead (Sn–Pb) perovskites have shown great potential in applications of single-junction perovskite solar cells (PSCs) and tandem devices due to outstanding photoelectrical properties and low band gaps. Currently, Sn–Pb PSCs typically have a p–i–n structure, but choices of hole transport layer (HTL) materials are very limited and there are different concerns in each of them. Eliminating the HTL is a direct and promising strategy to address the concerns, but is rarely studied. In this work, we demonstrate HTL-free and MA-free based Sn–Pb PSCs and a synergistic integration strategy of simultaneously introducing a reducing agent and in situ surface passivation. With the integration strategy, Sn–Pb perovskite films with enhanced antioxidation, reduced trap density, prolonged carrier lifetime, and improved energy-level alignment are achieved. Consequently, final HTL-free PSCs exhibit a champion power conversion efficiency (PCE) of 17.4%, which is a new record for HTL-free and MA-free Sn–Pb PSCs. Meanwhile, the integration strategy-based HTL-free device maintains excellent stability with efficiency unchanged for the first 200 h, and finally retaining 81% of the efficiency after 480 h aging in the air. This study shows the potential of achieving desirable HTL-free and MA-free Sn–Pb PSCs and offers more opportunities for tandem solar cells and other photovoltaic devices.
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