Low-bandgap mixed tin–lead iodide perovskites with reduced methylammonium for simultaneous enhancement of solar cell efficiency and stability

能量转换效率 材料科学 带隙 甲脒 串联 光电子学 钙钛矿太阳能电池 钙钛矿(结构) 双层 钝化 化学工程 纳米技术 化学 冶金 图层(电子) 复合材料 工程类 生物化学
作者
Chongwen Li,Zhaoning Song,Cong Chen,Chuanxiao Xiao,Biwas Subedi,Steven P. Harvey,Niraj Shrestha,Kamala Khanal Subedi,Lei Chen,Dachang Liu,You Li,Yong‐Wah Kim,Chun‐Sheng Jiang,Michael J. Heben,Dewei Zhao,Randy J. Ellingson,Nikolas J. Podraza,Mowafak Al‐Jassim,Yanfa Yan
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:5 (10): 768-776 被引量:246
标识
DOI:10.1038/s41560-020-00692-7
摘要

High-performance perovskite/perovskite tandem solar cells require high-efficiency and stable low-bandgap perovskite subcells. State-of-the-art low-bandgap mixed tin–lead iodide perovskite solar cells exhibit either a high power-conversion efficiency or improved stability, but not both. Here we report a two-step bilayer interdiffusion growth process to simultaneously meet both requirements for formamidinium-based low-bandgap mixed tin–lead iodide perovskite solar cells. The bilayer interdiffusion growth process allows for the formation of high-quality and large-grained perovskite films with only 10 mol% volatile methylammonium. Additionally, one-dimensional pyrrolidinium perovskite was applied to passivate the perovskite film and improve the junction quality, which resulted in a carrier lifetime of 1.1 μs and an open circuit voltage of 0.865 V for our perovskite film and device with a bandgap of 1.28 eV. Our strategies enabled a power-conversion efficiency of 20.4% for low-bandgap perovskite solar cells under AM 1.5G illumination. More importantly, an encapsulated device can retain 92% of its initial efficiency after 450 h of continuous 1 sun illumination. Low-bandgap tin–lead perovskites are key to all-perovskite tandem solar cells but simultaneous improvement in efficiency and stability has proven challenging. Now, Li et al. fabricate tin–lead perovskite cells with reduced methylammonium content that are 20.4% efficient and stable under illumination for 450 h.
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