Efficient ambient-air-stable solar cells with 2D–3D heterostructured butylammonium-caesium-formamidinium lead halide perovskites

钙钛矿(结构) 甲脒 卤化物 铯 材料科学 带隙 能量转换效率 光电子学 化学 无机化学 结晶学
作者
Zhiping Wang,Qianqian Lin,Francis Chmiel,Nobuya Sakai,Laura M. Herz,Henry J. Snaith
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:2 (9) 被引量:1388
标识
DOI:10.1038/nenergy.2017.135
摘要

Perovskite solar cells are remarkably efficient; however, they are prone to degradation in water, oxygen and ultraviolet light. Cation engineering in 3D perovskite absorbers has led to reduced degradation. Alternatively, 2D Ruddlesden–Popper layered perovskites exhibit improved stability, but have not delivered efficient solar cells so far. Here, we introduce n-butylammonium cations into a mixed-cation lead mixed-halide FA0.83Cs0.17Pb(IyBr1−y)3 3D perovskite. We observe the formation of 2D perovskite platelets, interspersed between highly orientated 3D perovskite grains, which suppress non-radiative charge recombination. We investigate the relationship between thin-film composition, crystal alignment and device performance. Solar cells with an optimal butylammonium content exhibit average stabilized power conversion efficiency of 17.5 ± 1.3% with a 1.61-eV-bandgap perovskite and 15.8 ± 0.8% with a 1.72-eV-bandgap perovskite. The stability under simulated sunlight is also enhanced. Cells sustain 80% of their ‘post burn-in’ efficiency after 1,000 h in air, and close to 4,000 h when encapsulated. Various strategies are developed to combine high efficiency and stability in perovskite solar cells. Here, Wang et al. mix 2D and 3D mixed-cation and mixed-halide perovskite phases in solar cells with stabilized efficiencies up to 19.5% and improved stability under full illumination and ambient air.
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