Enhancing Charge Transport of 2D Perovskite Passivation Agent for Wide‐Bandgap Perovskite Solar Cells Beyond 21%

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作者
Jiselle Y. Ye,Jinhui Tong,Jun Hu,Chuanxiao Xiao,Haipeng Lu,Sean P. Dunfield,Dong Hoe Kim,Xihan Chen,Bryon W. Larson,Ji Hao,Kang Wang,Qian Zhao,Zheng Chen,Huamin Hu,Wei You,Joseph J. Berry,Shirong Wang,Kai Zhu
出处
期刊:Solar RRL [Wiley]
卷期号:4 (6): 2000082-2000082 被引量:70
标识
DOI:10.1002/solr.202000082
摘要

The replacement of a small amount of organic cations with bulkier organic spacer cations in the perovskite precursor solution to form a 2D perovskite passivation agent (2D-PPA) in 3D perovskite thin films has recently become a promising strategy for developing perovskite solar cells (PSCs) with long-term stability and high efficiency. However, the long, bulky organic cations often form a barrier, hindering charge transport. Herein, for the first time, 2D-PPA engineering based on wide-bandgap (≈1.68 eV) perovskites are reported. Pentafluorophenethylammonium (F5PEA+) is introduced to partially replace phenylethylammonium (PEA+) as the 2D-PPA, forming a strong noncovalent interaction between the two bulky cations. The charge transport across and within the planes of pure 2D perovskites, based on mixed ammoniums, increases by a factor of five and three compared with that of mono-cation 2D perovskites, respectively. The perovskite films based on mixed-ammonium (F5PEA+-PEA+) 2D-PPA exhibit similar surface morphology and crystal structure, but longer carrier lifetime, lower exciton binding energy, less trap density and higher conductivity, in comparison with those using mono-cation (PEA+) 2D-PPA. The performance of PSCs based on mixed-cation 2D-PPA is enhanced from 19.58% to 21.10% along with improved stability, which is the highest performance for reported wide-bandgap PSCs.
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