Effect of Cation Composition on the Mechanical Stability of Perovskite Solar Cells

材料科学 甲脒 钙钛矿(结构) 晶界 断裂韧性 钙钛矿太阳能电池 化学工程 复合材料 无机化学 图层(电子) 微观结构 工程类 化学
作者
Nicholas Rolston,Adam D. Printz,Jared Tracy,Hasitha C. Weerasinghe,Doojin Vak,Lew Jia Haur,Anish Priyadarshi,Nripan Mathews,Daniel J. Slotcavage,Michael D. McGehee,Roghi E. Kalan,Kenneth Zielinski,Ronald L. Grimm,Hsinhan Tsai,Wanyi Nie,Aditya D. Mohite,Somayeh Gholipour,Michael Saliba,Michaël Grätzel,Reinhold H. Dauskardt
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (9) 被引量:163
标识
DOI:10.1002/aenm.201702116
摘要

Abstract Photoactive perovskite semiconductors are highly tunable, with numerous inorganic and organic cations readily incorporated to modify optoelectronic properties. However, despite the importance of device reliability and long service lifetimes, the effects of various cations on the mechanical properties of perovskites are largely overlooked. In this study, the cohesion energy of perovskites containing various cation combinations of methylammonium, formamidinium, cesium, butylammonium, and 5‐aminovaleric acid is reported. A trade‐off is observed between the mechanical integrity and the efficiency of perovskite devices. High efficiency devices exhibit decreased cohesion, which is attributed to reduced grain sizes with the inclusion of additional cations and PbI 2 additives. Microindentation hardness testing is performed to estimate the fracture toughness of single‐crystal perovskite, and the results indicated perovskites are inherently fragile, even in the absence of grain boundaries and defects. The devices found to have the highest fracture energies are perovskites infiltrated into a porous TiO 2 /ZrO 2 /C triple layer, which provide extrinsic reinforcement and shielding for enhanced mechanical and chemical stability.
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