Bifunctional Tetramethylammonium Acetate Modifier Synchronizes Defect Passivation and Energy-Level Alignment for HTL-Free Carbon-Based Inorganic Perovskite Solar Cells

四甲基铵 钙钛矿(结构) 钝化 双功能 四甲基氢氧化铵 无机化学 材料科学 图层(电子) 化学工程 卤素 化学 离子 卤化物 甲脒 极性(国际关系) 偶极子 工作(物理) 催化作用 路易斯酸 纳米技术
作者
Xiaonan Huo,Yan Zhang,Longyang Zhang,Jiaojie Liu,Meiqi Kang,Dongdong Wang,Tingting You,Penggang Yin
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:9 (18): 12602-12610
标识
DOI:10.1021/acsaem.6c02463
摘要

Abstract Carbon-based HTL-free CsPbI2.75Br0.25 all-inorganic perovskite solar cells face challenges from interfacial defects and suboptimal energy-level alignment. In this work, tetramethylammonium acetate (TMMAc) is employed for the first time as a multifunctional surface modifier to concurrently address these issues. TMMAc features a unique zwitterionic structure that enables synergistic passivation: its acetate anion (CH3COO–) acts as a strong Lewis base, exhibiting strong interaction with uncoordinated Pb2+ ions, thereby effectively passivating lead-related defects. Meanwhile, its tetramethylammonium cation ((CH3)4N+) passivates halogen vacancies. Moreover, the intrinsic strong polarity of TMMAc and the formed oriented dipole layer at the interface modulate the surface work function, inducing a favorable gradient energy-level alignment between the perovskite and the carbon electrode, which significantly reduces the hole extraction barrier. As a result, the TMMAc-modified device achieves a PCE of 17.93% and an open–circuit voltage of 1.19 V, along with markedly improved operational stability.

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