Anion effect on properties of Zn-doped CH3NH3PbI3 based perovskite solar cells

兴奋剂 钙钛矿(结构) 离子 材料科学 化学工程 无机化学 光电子学 化学 结晶学 冶金 有机化学 工程类
作者
Chuanming Tian,Xuefei Han,Yu Zhao,Zhijian Sun,Chengyi Hou,Hongzhi Wang,Jiabin Qi,Yaogang Li,Wei Jia,Qinghong Zhang
出处
期刊:Solar Energy Materials and Solar Cells [Elsevier BV]
卷期号:233: 111400-111400 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.solmat.2021.111400
摘要

High-quality perovskite films are crucial for developing efficient planar perovskite solar cells (PSCs). As-prepared perovskite films have low crystallinity and high level of trap densities, resulting in the deterioration of PSCs performances. Herein, a facile approach is adopted to fabricate high-quality CH 3 NH 3 PbI 3 films by incorporating different types of zinc salt, including zinc iodide (ZnI 2 ), zinc chloride (ZnCl 2 ), and zinc acetate (Zn(Ac) 2 ). It is demonstrated that zinc ions (Zn 2+ ) substitute a part of the lead ion (Pb 2+ ) sites, enlarging the grain size, and suppressing the formation of metallic lead. Moreover, the acetate anion bearing the carbonyl species (C O) effectively passivates the under-coordinated Pb 2+ defects and further reduces the defect densities at both the grain boundaries and interfaces. As a result, the planar PSCs with the Zn(Ac) 2 additive yield a champion power conversion efficiency (PCE) of 19.32%, which is 15% higher than that of the control device. Simultaneously, the outperforming device delivers remarkable stability, retaining 87% of its original efficiency after aging for 500 h under ambient conditions. • Enhanced Gibbs free energy of nucleation induced by zinc salt leads to larger grains. • A more stable perovskite lattice was obtained due to the partly replacement of Zn 2+ and Ac − . • The Ac − group takes superior role than I − and Cl − in passivating the under-coordinated Pb 2+ defects. • The synergistic effect of the Zn(Ac) 2 yields a PCE of 19.32%, enhancement of ∼15%.
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