Controlled Templated Growth of Low-Dimensional Perovskite for Improved Interfacial Electronic Coupling and Passivation in Wide Bandgap Perovskite Solar Cells

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作者
Deeksha Gupta,Pradhi Srivastava,Pralay Paul,Bhupesh Bhardwaj,Kashimul Hossain,Johns Aji,Phalguna Srinivasan,Laxmi Laxmi,Sudip Chakraborty,Dinesh Kabra
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (8): 12702-12717 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsami.5c23217
摘要

High-efficiency inverted ( p-i-n ) wide-bandgap (WBG ≥ 1.67 eV) perovskite solar cells (PSCs) are essential for tandem photovoltaics but remain constrained by surface defects and interfacial recombination at the perovskite/electron transport layer (ETL) interface. This study introduces an interfacial engineering approach involving the formation of a phase-pure quasi-2D perovskite layer ( n = 2; PEA 2 FAPb 2 X 7, X = I/Br) atop a WBG perovskite (1.67 eV). By optimizing the 2D precursor concentration, we enable a templated epitaxial-like growth of low-dimensional perovskite along the (110) plane of the 3D perovskite absorber layer, enhancing interfacial electronic coupling and defect passivation. Density functional theory (DFT) calculations reveal that phenylethylammonium (PEA + ) cations preferentially adsorb at Pb 2+ and I – vacancies, effectively passivating surface defects, suppressing nonradiative recombination, and improving interfacial band alignment. This interfacial modification results in a 100 mV increase in open-circuit voltage ( V OC ) and 17% improvement in power conversion efficiency (PCE). The optimized 3D/2D PSCs demonstrate a champion PCE of 21.22% (0.06 cm 2 ), 20.58% (0.175 cm 2 ), and 18.72% (0.805 cm 2 ), and an improved V OC of 1.23 V. Additionally, unencapsulated devices retain over 80% of their initial PCE after 4000 h of storage in N 2 environment, along with excellent thermal and photostability. These findings underscore the potential of templated quasi-2D perovskite interlayers in improving both the efficiency and long-term stability of WBG perovskite top cells for tandem photovoltaics.
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