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Enhancing the Performance of Inverted Perovskite Solar Cells via Grain Boundary Passivation with Carbon Quantum Dots

材料科学 钝化 钙钛矿(结构) 晶界 光致发光 钙钛矿太阳能电池 粒度 能量转换效率 量子点 载流子寿命 量子效率 光电子学 纳米技术 化学工程 复合材料 微观结构 图层(电子) 工程类
作者
Yuhui Ma,Heyi Zhang,Ye-Wei Zhang,Ruiyuan Hu,Mao Fa Jiang,Rui Zhang,Hao Lv,Jingjing Tian,Liang Chu,Jian Zhang,Qifan Xue,Hin‐Lap Yip,Ruidong Xia,Xing’ao Li,Wei Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (3): 3044-3052 被引量:168
标识
DOI:10.1021/acsami.8b18867
摘要

Nonradiative recombination, the main energy loss channel for open circuit voltage ( Voc), is one of the crucial problems for achieving high power conversion efficiency (PCE) in inverted perovskite solar cells (PSCs). Usually, grain boundary passivation is considered as an effective way to reduce nonradiative recombination because the defects (uncoordinated ions) on grain boundaries are passivated. We added the hydroxyl and carbonyl functional groups containing carbon quantum dots (CQDs) into a perovskite precursor solution to passivate the uncoordinated lead ions on grain boundaries. Higher photoluminescence intensity and longer carrier lifetime were demonstrated in the perovskite film with the CQD additive. This confirmed that the addition of CQDs can reduce nonradiative recombination by grain boundary passivation. Additionally, the introduction of CQDs could increase the thickness of the perovskite film. Consequently, we achieved a champion device with a PCE of 18.24%. The device with CQDs retained 73.4% of its initial PCE after being aged for 48 h under 80% humidity in the dark at room temperature. Our findings reveal the mechanisms of how CQDs passivate the grain boundaries of perovskite, which can improve the efficiency and stability of PSCs.
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