Defect compensation in formamidinium–caesium perovskites for highly efficient solar mini-modules with improved photostability

甲脒 碘化物 材料科学 热稳定性 太阳能电池 相(物质) 离子 量子效率 光电子学 钙钛矿(结构) 化学 无机化学 结晶学 有机化学 冶金
作者
Yehao Deng,Shuang Xu,Shangshang Chen,Xun Xiao,Jingjing Zhao,Jinsong Huang
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:6 (6): 633-641 被引量:294
标识
DOI:10.1038/s41560-021-00831-8
摘要

Formamidinium–caesium mixed-cation perovskites have shown better thermal stability than their methylammonium-containing counterparts but they suffer from photoinstability induced by iodide migration and phase segregation. Here we improve their photostability by adding slightly excessive AX (at a molar percentage of 0.25% to Pb2+ ions), where A is formamidinium or caesium and X is iodine. The excessive AX does not improve the initial solar cell efficiency. It compensates iodide vacancies and suppresses ion migration and defects generation during long-term illumination by around tenfold compared with AX-deficient devices. Consequently, generation of hole traps and phase segregation is impeded, with the former limiting solar cell efficiency after degradation. The perovskite mini-modules reached a certified stabilized efficiency of 18.6% with an aperture area of ~30 cm2, corresponding to an active area efficiency of 20.2%. The mini-module maintains 93.6% of the initial efficiency after continuous operation under 1 sun illumination for >1,000 h at 50 ± 5 °C in air. Methylammonium-free perovskite solar cells have achieved promising efficiency and thermal stability yet iodide migration limits their operational stability. Deng and colleagues show that an excess of formamidinium or caesium iodide precursor suppresses iodide vacancies preventing ion migration and eventually the generation of hole traps during device operation.
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