Three-dimensional distribution of amino groups improves perovskite crystallization and defect passivation in high-performance photovoltaics

甲脒 钙钛矿(结构) 钝化 光伏 结晶 材料科学 能量转换效率 分布(数学) 碘化物 化学工程 纳米技术 卤化物 分子 光电子学 晶体缺陷 空间分布
作者
Xiaoqing Jiang,Guangyue Yang,Bingqian Zhang,Yu Lei,Panyu Wang,Na Shi,Kaiwen Dong,Likai Zheng,Yue Qiang,Lu Li,Zhongjin Shen,Marina Freitag,Chongwen Li,Shuping Pang,Mohammad Khaja Nazeeruddin,Xin Wen Guo
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-026-75990-x
摘要

Abstract Incorporating organic molecules with diverse functional groups to improve film quality has emerged as a crucial strategy for realizing high-performance perovskite solar cells (PSCs). Nevertheless, the role of spatial distribution of those functional groups in governing passivation efficacy and perovskite crystallization remains insufficiently investigated. Here, we introduce three amino-containing molecules, bis(4-aminophenyl)methane (2APM), tris(4-aminophenyl)methane (3APM) and tetrakis(4-aminophenyl)methane (4APM), featuring distinct spatial distributions of amino groups, into the perovskite precursor solution as in-situ regulators. Among them, 4APM exhibits the strongest interactions with PbI 2 and formamidinium iodide (FAI) by virtue of its three-dimensional (3D) distribution of amino groups, most effectively suppressing undercoordinated Pb 2+ defects and enhancing perovskite film crystallinity. As a result, PSCs incorporating 4APM achieve a stabilized power conversion efficiency (PCE) of 26.26%, while retaining over 95% of their initial efficiency after 1000 h of continuous operation at maximum power point under 1-sun illumination in a N 2 atmosphere at 65 °C. Furthermore, 4APM-based perovskite solar modules (PSMs) with an active area of 14.0 cm 2 deliver a PCE of 23.16%. Our findings underscore the critical role of functional group’s spatial distribution in the rational design of molecular passivators for perovskite photovoltaics.
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