Dual Optimization of Bulk and Surface via Guanidine Halide for Efficient and Stable 2D/3D Hybrid Perovskite Solar Cells

钝化 材料科学 钙钛矿(结构) 卤化物 能量转换效率 从头算 化学工程 纳米技术 光电子学 无机化学 有机化学 工程类 化学 图层(电子)
作者
Xiaobo Zhang,Wencai Zhou,Xiaoqing Chen,Yichuan Chen,Xuhong Li,Manqi Wang,Ying Zhou,Hui Yan,Zilong Zheng,Yongzhe Zhang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (26) 被引量:65
标识
DOI:10.1002/aenm.202201105
摘要

Abstract In order to improve both performance and stability of perovskite solar cells, a design is provided by combining the advantages of high‐efficiency 3D perovskite solar cells (PSCs) and long‐term stability 2D PSCs. A 2D/3D hybrid perovskite film with a dual (bulk‐ and surface‐) passivation approach is realized, based on in‐depth discussion of the guanidine halide (GuX) passivation mechanisms. The approach can reduce the charge carrier losses in the bulk and prevent decomposition at the surface. Based on a combination of ab initio molecular dynamics simulations, Urbach energy, and photovoltage measurements, it is indicated that the engineered components of GuX salts are GuCl for bulk treatment and GuI surface treatment, respectively. The former can lower the nonradiative recombination, and the latter can prevent the halogen‐out. Moreover, drive‐level capacitance profiling is employed in the context of the 2D/3D perovskite structure for revealing and proving the passivation mechanism. The 2D/3D hybrid perovskites achieve long‐term stability (efficiency degradation <10% after 30 days without encapsulation) and significant enhanced efficiency (22.53%) compared with the efficiency (20.31%) of the control device. This work represents a rational design strategy for bulk and surface passivation treatment in 2D/3D hybrid perovskites.
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