Dual-Bidentate Thiophene-Derived Interface Engineering in Perovskite Solar Cells: Synergistic Management of Defect Passivation and Strain Relaxation

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作者
Xiangfei Song,Wanqi Zhang,Hao Zhang,He Yang,Tianci Liu,Xiang Shui Miao,Xia Tao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (3): 5495-5506
标识
DOI:10.1021/acsami.5c22927
摘要

With advances in photoelectric conversion efficiency of perovskite solar cells (PSCs), intrinsic instability originating from interfacial defects and residual tensile strain is becoming a great challenge. Herein, a versatile dual-bidentate thiophene-derived molecule, 2,2'-bithiophene-4,4'-dicarboxylic acid (BTDA), is introduced to build a bilateral interface bridge layer for synergistically enabling buried defect passivation and perovskite film strain relaxation. Combined DFT calculations and experimental results verify that the two carboxylic acid groups of BTDA act as precise bilateral grippers to preferentially chelate the uncoordinated Sn4+ upon SnO2, while its thiophene moieties function as deployed bidentate anchoring groups to stabilize the uncoordinated Pb2+ in perovskites. Particularly, the BTDA buried interlayer, as proven by HRTEM, GIXRD, and in situ XPS measurements, induces crystal lattice compression in perovskites beneficial for relaxing the residual tensile strain of the perovskite film and the enhanced thermal stability of the perovskite film. The BTDA-modified PSC yields a boosted power conversion efficiency (PCE) from 21.91% to 24.09% and sustains nearly 80% (unmodified, 57.1%) of its original PCE after 1000 h of aging under ambient conditions (25 °C, 20-50% RH). This work proposes an effective BTDA strategy to concurrently manage bilateral defect passivation and strain relaxation through dual-bidentate anchoring toward efficient and stable PSCs.
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