Blade-Coated Hybrid Perovskite Solar Cells with Efficiency > 17%: An In Situ Investigation

结晶 材料科学 涂层 钙钛矿(结构) 化学工程 能量转换效率 产量(工程) 制作 旋涂 光电子学 太阳能电池 纳米技术 复合材料 工程类 病理 医学 替代医学
作者
Yufei Zhong,Rahim Munir,Jianbo Li,Ming‐Chun Tang,Muhammad Rizwan Niazi,Detlef‐M. Smilgies,Kui Zhao,Aram Amassian
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:3 (5): 1078-1085 被引量:199
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.8b00428
摘要

Blade-coating has recently emerged as a scalable fabrication method for hybrid perovskite solar cells, but it currently underperforms spin-coating, yielding a power conversion efficiency (PCE) of ∼15% for CH3NH3PbI3 (MAPbI3). We investigate the solidification of MAPbI3 films in situ during spin/blade-coating using optical and X-ray scattering methods. We find that the coating method and conditions profoundly influence the crystallization process, which proceeds through intermediate crystalline solvates. The polymorphism and composition of the solvates are mediated by the solvent removal rate dictated by the process temperature in blade-coating. Low to intermediate temperatures (25–80 °C) yield solvates with differing compositions and yield poor PCEs (∼5–8%) and a large spread (±2.5%). The intermediate solvates are not observed at elevated temperatures (>100 °C), pointing to direct crystallization of the perovskite from the sol–gel ink. These conditions yield large and compact spherulitic domains of perovskite and improve the PCE to ∼13–15% with a narrower spread (< ± 0.5%), while coating at 150 °C yields 17.5% solar cells by inducing in situ decomposition of a small amount of MAPbI3 into PbI2. The insights into the crystallization pathway highlight the current challenges and future opportunities associated with scaling up hybrid perovskite solar cell manufacturing.
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