Defect mitigation using d-penicillamine for efficient methylammonium-free perovskite solar cells with high operational stability

钝化 甲脒 结晶度 钙钛矿(结构) 光致发光 材料科学 带隙 能量转换效率 光电子学 化学 纳米技术 化学工程 结晶学 工程类 冶金 复合材料 图层(电子)
作者
Jianchao Yang,Weijian Tang,Ruihan Yuan,Yu Chen,Jing Wang,Yihui Wu,Wan‐Jian Yin,Xiaoshuang Zhou,Jianning Ding,Wen‐Hua Zhang
出处
期刊:Chemical Science [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:12 (6): 2050-2059 被引量:92
标识
DOI:10.1039/d0sc06354a
摘要

Trap-dominated non-radiative charge recombination is one of the key factors that limit the performance of perovskite solar cells (PSCs), which was widely studied in methylammonium (MA) containing PSCs. However, there is a need to elucidate the defect chemistry of thermally stable, MA-free, cesium/formamidinium (Cs/FA)-based perovskites. Herein, we show that d-penicillamine (PA), an edible antidote for treating heavy metal ions, not only effectively passivates the iodine vacancies (Pb2+ defects) through coordination with the -SH and -COOH groups in PA, but also finely tunes the crystallinity of Cs/FA-based perovskite film. Benefiting from these merits, a reduction of non-radiative recombination and an increase in photoluminescence lifetime have been achieved. As a result, the champion MA-free device exhibits an impressive power conversion efficiency (PCE) of 22.4%, an open-circuit voltage of 1.163 V, a notable fill factor of 82%, and excellent long-term operational stability. Moreover, the defect passivation strategy can be further extended to a mini module (substrate: 4 × 4 cm2, active area: 7.2 cm2) as well as a wide-bandgap (∼1.73 eV) Cs/FA perovskite system by delivering PCEs of 16.3% and 20.2%, respectively, demonstrating its universality in defect passivation for efficient PSCs.
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