Tailoring the Interface by a Multifunctional Amphiphilic Molecule Enabled 24.84%-Efficiency and Stable Perovskite Solar Cells

钙钛矿(结构) 两亲性 材料科学 接口(物质) 分子 纳米技术 化学工程 化学 共聚物 复合材料 工程类 有机化学 聚合物 吉布斯等温线
作者
Kai Wang,Qi Zhang,Qiangqiang Zhao,Chenyang Zhang,Caidong Cheng
标识
DOI:10.2139/ssrn.4570202
摘要

Surface defects are detrimental to the performance and stability of perovskite solar cells (PSCs). Herein, an amphiphilic molecule of tert-butyl carbazate (TBC) with multiple functional groups is employed for interface passivation between perovskite and Spiro-OMeTAD. We unveil the synergistic mechanism of a) defect-passivation of Pb-related involving coordination and chelation; b) immobilization components through three types of hydrogen bonding interactions; c) enhanced crystallinity and preferential orientation induced by crystal regrowth. These effects minimize the nonradiative recombination and inhibit ion migration. Moreover, TBC introduces a dipole interlayer that facilitates favorable and efficient hole extraction and transport. As a result, the TBC-treated PSCs exhibited a remarkable power conversion efficiency of 24.84%, higher than the control efficiency of 22.04%. Notably, the hydrophobic terminal tert-butyl group confers excellent stability upon the device. Unpackaged devices stored in open-air conditions for 1200 hours, experienced only a 5.3% reduction in efficiency. They retained their initial efficiency of 82.7% following 800 h of operation under one-sun illumination in ambient conditions without encapsulation. This proposed interfacial engineering strategy using multiple anchoring groups of amphiphilic molecules presents a new approach for obtaining highly efficient and stable PSCs.
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