Unraveling the Formation Mechanisms of Highly Oriented Tin Perovskite with a 3D-over-2D Heterostructure

异质结 钙钛矿(结构) 结晶 能量转换效率 材料科学 光伏系统 纳米技术 极性(国际关系) 兴奋剂 光电子学 化学 化学工程 冶金 电气工程 生物化学 工程类 细胞
作者
Yuanze Xu,Juno Kim,Shripathi Ramakrishnan,Taiyi Chen,Xiaoyu Zhang,Yugang Zhang,Andrew J. Musser,Qiuming Yu
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:9 (9): 4734-4745 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.4c01725
摘要

Tin-based perovskites (TinPVKs) have become the most promising candidates for lead-free perovskite solar cells, owing to its low toxicity and improved photovoltaic performance. However, due to the absence of 4f shell, TinPVKs suffer from uncontrolled crystallization, limiting the power conversion efficiency (PCE) of tin perovskite solar cells (TinPSCs). Here, we systematically study the ligand regulated crystallization process of TinPVK. We find that with elongated spin time, TinPVK crystals undergo reorientation and lateral growth. 3D α-phase FASnI3 and 2D (n = 2) and 2D (n = 1) phases emerge sequentially to form a "3D-over-2D" heterostructure via a proposed "diffusion-propagation" mechanism. TinPSCs exhibit improved open circuit voltage (VOC) due to favorable energy level alignment of the 3D-over-2D heterostructure, with a champion PCE value of 13.07% and T80 value of over 1200 h. This work provides mechanistic insights on controlled crystallization and heterostructure formation of TinPVKs, paving the way toward high-efficiency TinPSCs.
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