Marked Passivation Effect of Naphthalene‐1,8‐Dicarboximides in High‐Performance Perovskite Solar Cells

钝化 钙钛矿(结构) 材料科学 光伏系统 激发态 纳米技术 光化学 化学 结晶学 图层(电子) 电气工程 物理 工程类 核物理学
作者
Zhihao Zhang,Yifeng Gao,Zicheng Li,Lu Qiao,Qiu Xiong,Longhui Deng,Zilong Zhang,Run Long,Qin Zhou,Yitian Du,Zhang Lan,Yanfei Zhao,Chen Li,Kläus Müllen,Peng Gao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (31) 被引量:185
标识
DOI:10.1002/adma.202008405
摘要

Abstract As game‐changers in the photovoltaic community, perovskite solar cells are making unprecedented progress while still facing grand challenges such as improving lifetime without impairing efficiency. Herein, two structurally alike polyaromatic molecules based on naphthalene‐1,8‐dicarboximide (NMI) and perylene‐3,4‐dicarboximide (PMI) with different molecular dipoles are applied to tackle this issue. Contrasting the electronically pull–pull cyanide‐substituted PMI (9CN‐PMI) with only Lewis‐base groups, the push–pull 4‐hydroxybiphenyl‐substituted NMI (4OH‐NMI) with both protonic and Lewis‐base groups can provide better chemical passivation for both shallow‐ and deep‐level defects. Moreover, combined theoretical and experimental studies show that the 4OH‐NMI can bind more firmly with perovskite and the polyaromatic backbones create benign midgap states in the excited perovskite to suppress the damage by superoxide anions (energetic passivation). The polar and protonic nature of 4OH‐NMI facilitates band alignment and regulates the viscosity of the precursor solution for thicker perovskite films with better morphology. Consequently, the 4OH‐NMI‐passivated perovskite films exhibit reduced grain boundaries and nearly three‐times lower defect density, boosting the device efficiency to 23.7%. A more effective design of the passivator for perovskites with multi‐passivation mechanisms is provided in this study.
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