Electron Acceptor Molecule Doping Induced π–π Interaction to Promote Charge Transport Kinetics for Efficient and Stable 2D/3D Perovskite Solar Cells

钙钛矿(结构) 化学物理 兴奋剂 接受者 材料科学 能量转换效率 电子迁移率 密度泛函理论 结合能 电子转移 化学 光电子学 结晶学 计算化学 光化学 凝聚态物理 原子物理学 物理
作者
Lian Wang,Bohong Chang,Hui Li,Yutong Wu,Luyuan Zhang,Longwei Yin
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (26): e202304256-e202304256 被引量:27
标识
DOI:10.1002/anie.202304256
摘要

Although the incorporation of 2D perovskite into 3D perovskite can greatly enhance intrinsic stability, power conversion efficiency (PCE) of 2D/3D perovskite is still inferior to its 3D counterpart due to poor carrier transport kinetics resulted from the quantum and dielectric confinement of 2D component. To overcome this issue, the electron acceptor molecule 1,2,4,5-tetracyanobenzene (TCNB) was introduced to trigger intermolecular π-π interaction in 2D perovskite along with the electronic doping of 2D/3D perovskite to improve charge transfer efficiency. By virtue of high electron affinity, TCNB can undergo electron transfer reaction and subsequently establish π-π interaction with 1-naphthalenemethylammonium (NMA) cations, greatly strengthening lattice rigidity and reducing exciton binding energy. Transmission electron microscopy results demonstrate that 2D phases are mainly distributed at grain boundaries, reducing defect density and weakening nonradiative recombination. Meanwhile, the p-type doping of perovskite by TCNB optimizes energy level alignment at perovskite/hole transport layer interface. Consequently, PCE of champion device is significantly boosted to 24.01 %. The unencapsulated device retains an initial efficiency close to 94 % after exposure to ambient environment for over 1000 h. This work paves a novel path for designing new mixed-dimensional perovskite solar cells with high PCE and superior stability.
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