In-situ boundary bridging unlocks multi-grain-domain carrier diffusion in polycrystalline metal halide perovskites

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作者
Minhuan Wang,Yanfeng Yin,Pengfei Wang,Wenzhe Shang,Yaling Han,Jing Gao,Kwun Nam Hui,Ting Feng,Ummugulsum Gunes,Tristan Georges,Lyndon Emsley,Peng Xu,Jiming Bian,Jing Cao,Zhehan Ying,Rui Cai,Jingyi Xiao,Shengye Jin,Xiaoqing Jiang,Shaik M. Zakeeruddin
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-63777-5
摘要

Charge transport and extraction in polycrystalline perovskite films are often hindered by inefficient carrier transfer across grain domain boundaries (GDBs). Herein, we present a universal post-treatment strategy leveraging supramolecular crown ether-assisted slow release and precise delivery of Rb⁺ cations to GDBs, achieving in-situ GDB bridging. The solid-state nuclear magnetic resonance (NMR), transmission electron microscopic (TEM), and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) analyses confirm that Rb+ forms a non-perovskite phase, primarily localized at the surface and GDBs. Ultrafast time-resolved photoluminescence mapping revealed accelerated carrier diffusion across the grain boundaries for the Rb+-treated perovskite thin films which enables photo-generated charge carriers to travels over two grain domain boundaries before recombination. As a result, perovskite solar cells treated with this strategy achieved a champion efficiency of 26.02% (certified as 25.77%) and demonstrated remarkable stability, retaining 99.2% of their initial efficiency after 1300 h of continuous one-sun illumination under maximum power point tracking (ISOS-L-1I). Charge transport and extraction in polycrystalline perovskite films are often hindered by inefficient carrier transfer across grain domain boundaries (GDBs). Here, authors employ supramolecular assisted Rb+ delivery for in-situ GDB bridging, achieving efficiency of 26.02% for perovskite solar cells.
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