Interfacial Passivation Engineering for Highly Efficient Perovskite Solar Cells with a Fill Factor over 83%

钝化 材料科学 钙钛矿(结构) 能量转换效率 载流子寿命 开路电压 钙钛矿太阳能电池 图层(电子) 电子迁移率 纳米技术 光电子学 化学工程 电压 电气工程 工程类
作者
Xiaofei Ji,Kui Feng,Suxiang Ma,Junwei Wang,Qiaogan Liao,Zhaojin Wang,Bolin Li,Jiachen Huang,Huiliang Sun,Kai Wang,Xugang Guo
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (8): 11902-11911 被引量:74
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c01547
摘要

Charge carrier nonradiative recombination (NRR) caused by interface defects and nonoptimal energy level alignment is the primary factor restricting the performance improvement of perovskite solar cells (PSCs). Interfacial modification is a vital strategy to restrain NRR and enable high-performance PSCs. We report here two interfacial materials, PhI-TPA and BTZI-TPA, consisting of phthalimide and a 2,1,3-benzothiadiazole-5,6-dicarboxylicimide core, respectively. The difunctionalized BTZI-TPA with imide and thiadiazole shows higher hole mobility, better aligned energy levels, and stronger interaction with uncoordinated Pb2+ on the perovskite surface, suppressing NRR and carrier accumulation at the interface of perovskite/spiro-OMeTAD and yielding enhanced open-circuit voltage and fill factor. Consequently, the PSC based on BTZI-TPA delivers a high efficiency of 24.06% with an excellent fill factor of 83.10%, superior to that (21.47%) of the reference cell without an interfacial layer, and 21.45% efficiency for the device with a scaled-up area (1.00 cm2). These results underscore the potential of imide and thiadiazole groups in developing interfacial layers with strong passivation capability, effective charge transport property, and fine-tuned energetics for stable and efficient PSCs.
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