Direct Observation on p- to n-Type Transformation of Perovskite Surface Region during Defect Passivation Driving High Photovoltaic Efficiency

钝化 钙钛矿(结构) 光伏系统 材料科学 工程物理 光电子学 转化(遗传学) 图层(电子) 化学工程 纳米技术 电气工程 化学 工程类 生物化学 基因
作者
Shaobing Xiong,Zhangyu Hou,Shi‐Jie Zou,Xiaoshuang Lu,Jianming Yang,Tianyu Hao,Zihao Zhou,Jianhua Xu,Yihan Zeng,Wei Xiao,Dong Wei,Danqin Li,Xiang Wang,Zhigao Hu,Lin Sun,Yu‐Ning Wu,Xianjie Liu,Liming Ding,Zhenrong Sun,Mats Fahlman
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:5 (2): 467-480 被引量:353
标识
DOI:10.1016/j.joule.2020.12.009
摘要

Perovskite solar cells (PSCs) suffer from significant nonradiative recombination, limiting their power conversion efficiencies. Here, for the first time, we directly observe a complete transformation of perovskite MAPbI3 surface region energetics from p- to n-type during defect passivation caused by natural additive capsaicin, attributed to the spontaneous formation of a p-n homojunction in perovskite active layer. We demonstrate that the p-n homojunction locates at ∼100 nm below perovskite surface. The energetics transformation and defect passivation promote charge transport in bulk perovskite layer and at perovskite/PCBM interface, suppressing both defect-assisted recombination and interface carrier recombination. As a result, an efficiency of 21.88% and a fill factor of 83.81% with excellent device stability are achieved, both values are the highest records for polycrystalline MAPbI3 based p-i-n PSCs reported to date. The proposed new concept of synergetic defect passivation and energetic modification via additive provides a huge potential for further improvement of PSC performance.
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