Self-assembled bilayer for perovskite solar cells with improved tolerance against thermal stresses

材料科学 双层 钙钛矿(结构) 能量转换效率 图层(电子) 单层 热稳定性 化学工程 纳米技术 光电子学 化学 生物化学 工程类
作者
Bitao Dong,Mingyang Wei,Yuheng Li,Yingguo Yang,Wei Ma,Yueshuai Zhang,Yanbiao Ran,Meijie Cui,Zhongbo Su,Qunping Fan,Zhaozhao Bi,Tomas Edvinsson,Zhiqin Ding,Huanxin Ju,Shuai You,Shaik M. Zakeeruddin,Xiong Li,Anders Hagfeldt,Michaël Grätzel,Yuhang Liu
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:10 (3): 342-353 被引量:186
标识
DOI:10.1038/s41560-024-01689-2
摘要

The adoption of perovskite solar cells (PSCs) requires improved resistance to high temperatures and temperature variations. Hole-selective self-assembled monolayers (SAMs) have enabled progress in the performance of inverted PSCs, yet they may compromise temperature stability owing to desorption and weak interfacial contact. Here we developed a self-assembled bilayer by covalently interconnecting a phosphonic acid SAM with a triphenylamine upper layer. This polymerized network, formed through Friedel–Crafts alkylation, resisted thermal degradation up to 100 °C for 200 h. Meanwhile, the face-on-oriented upper layer exhibited adhesive contact with perovskites, leading to a 1.7-fold improvement in adhesion energy compared with the SAM–perovskite interface. We reported power conversion efficiencies exceeding 26% for inverted PSCs. The champion devices demonstrated less than 4% and 3% efficiency loss after 2,000 h damp heat exposure (85 °C and 85% relative humidity) and over 1,200 thermal cycles between −40 °C and 85 °C, respectively, meeting the temperature stability criteria outlined in the International Electrotechnical Commission 61215:2021 standards. To improve the tolerance of perovskite solar cells against high temperatures and temperature variations, Dong et al. covalently cross-link two molecules in the charge transport layer to strengthen adhesion with the perovskite layer.
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