In Situ Observation of Vapor-Assisted 2D–3D Heterostructure Formation for Stable and Efficient Perovskite Solar Cells

异质结 堆积 材料科学 钙钛矿(结构) 光伏系统 光电子学 八面体 化学工程 纳米技术 薄膜 结晶学 化学 晶体结构 有机化学 生物 工程类 生态学
作者
Zhou Liu,Ke Meng,Xiao Wang,Zhi Qiao,Qiaofei Xu,Shunde Li,Lei Cheng,Zhimin Li,Gang Chen
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:20 (2): 1296-1304 被引量:75
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b04759
摘要

The heterogeneous stacking of a thin two-dimensional (2D) perovskite layer over the three-dimensional (3D) perovskite film creates a sophisticated architecture for perovskite solar cells (PSCs). It combines the remarkable thermal and environmental stabilities of 2D perovskites with the superior optoelectronic properties of 3D materials which resolves the chronic stability issue with no compromise on efficiency. Herein, we propose the vapor-assisted growth strategy to fabricate high-quality 2D/3D heterostructured perovskite films by introducing long-chain organoamine gases in which the 2D layers have a uniform and tunable thickness. The 3D to 2D transformation of the widely adopted MAPbI3 (MA = methylammonium) film is initiated by the butylamine vapor and monitored through the in situ grazing-incidence X-ray diffraction technique. A variety of 2D species are observed and rationalized by the different collapsing and reconstruction models of the Pb–I octahedra. The PSC devices based on the optimized 2D/3D heterostructures show significant improvements in photovoltaic performances, owing to better energy level alignments, longer carrier lifetimes, and less defects as compared to their 3D analogues. In addition, both the butylamine vapor-treated perovskite films and the derived PSC devices demonstrate exceptional long-term stabilities.
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