Amidinium versus Ammonium Ligands for Thermal Stability and Efficiency Boost in CsPbI3 Perovskite Solar Cells

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作者
Xihong Ding,Demeng Qian,Dongli Yu,Hui Wang,Hui Chen,Tao Xu,Wei Hong
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:41 (35): 23909-23916
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.5c03287
摘要

Inorganic CsPbI3 perovskite solar cells (PSCs) hold notable promise but suffer from instability in maintaining the photoactive black phase under ambient and thermal conditions; this work systematically investigates the impacts of p-phenylenediamine dihydrochloride (PPD·2HCl, containing ammonium groups) and terephthalimidamide dihydrochloride (TPID·2HCl, featuring amidinium groups) ligands on device performance and stability, with a focus on dissecting TPID's thermal stabilization mechanisms. While both ligands enhance room-temperature phase stability via surface defect passivation, TPID·2HCl-treated devices exhibit superior thermal resilience: its amidinium group features delocalized electron density across the N-C-N skeleton, strengthening coordination with undercoordinated sites and mitigating lattice distortion under heat; thermogravimetric analysis (TGA) shows TPID·2HCl decomposes at ∼350 °C with gradual mass loss, surpassing PPD·2HCl's rapid degradation at ∼300 °C; density functional theory (DFT) calculations reveal TPID2+ binds more strongly to the CsPbI3 surface (adsorption energy: -1.51 eV vs -1.18 eV for PPD2+), ensuring stable surface interaction; X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) confirms TPID·2HCl retains its chemical environment even after 100 °C aging for 150 min, whereas PPD·2HCl dissociates. These mechanisms collectively boost device performance, with TPID·2HCl-treated cells achieving a power conversion efficiency (PCE) of 18.59% (vs 17.23% for PPD·2HCl and 16.22% for untreated) and delaying efficiency decay at 85 °C, highlighting amidinium ligands as a viable approach to enhance CsPbI3 stability under thermal stress.
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