Synergistic Enhancement of Tin–Lead Perovskite Solar Cells Using NH 4 SCN and Guanidinium-Based Additive for Superior Efficiency and Stability

材料科学 钙钛矿(结构) 结晶 钝化 串联 化学工程 能量转换效率 磁滞 动力学 甲脒 相(物质) 成核 油胺 硫氰酸盐 无机化学 工作(物理) 晶体生长 纳米晶 纳米技术
作者
Zhongqi Xie,Mengyuan Wei,Xiao Yang,Wanjie Yin,Jiawen Tian,Chuanxiang Sheng,Zhihui Wang,Qingsong Jiang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (45): 62193-62204 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.5c17535
摘要

Tin–lead mixed perovskites have emerged as promising absorber materials for tandem and low-bandgap photovoltaics, yet their development is hindered by rapid crystallization and severe oxidation of Sn2+. In this work, we propose a synergistic dual-additive strategy using ammonium thiocyanate (NH4SCN) and 4-guanidinobenzoic acid hydrochloride (GBAC) to simultaneously modulate crystallization kinetics and suppress defect formation in FA0.7MA0.3Pb0.5Sn0.5I3 perovskite films. We demonstrate that NH4SCN coordinates with Sn2+ to create a uniform crystalline scaffold by suppressing random nucleation, while GBAC not only passivates iodine vacancies and inhibits Sn2+ oxidation through its multifunctional groups but also efficiently promotes large-grained growth via hydrogen-bonding interactions upon this optimized scaffold. The resulting perovskite films exhibit enhanced crystallinity, reduced trap density, and suppressed nonradiative recombination. Consequently, the inverted tin–lead perovskite solar cells (PSCs) achieve a champion power conversion efficiency (PCE) of 20.41% with negligible hysteresis and significantly improved operational stability, retaining over 91% of their initial efficiency after 1500 h in nitrogen atmosphere. This work provides a deeper understanding of sequential and synergistic additive-driven crystallization and passivation mechanisms, offering a practical route toward efficient and stable low-bandgap perovskite photovoltaics.
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