Machine Learning‐Driven Vapor Passivation Enables Efficient Perovskite Solar Cells

钝化 钙钛矿(结构) 材料科学 能量转换效率 卤化物 纳米技术 纳米晶材料 卤素 光电子学 分子 纳米晶 化学工程 八面体 光伏
作者
Yu Su,Kongxiang Wang,Wenru Lv,Zhongtao Duan,Hong Liu,Yaqing Li,Xiang Li,Qi Huang,Ziyang Song,Hong Zhang,Jian Mao,Junhao Chu,Fengxian Xie
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.71732
摘要

ABSTRACT Perovskite solar cells (PSCs) have achieved remarkable power conversion efficiency (PCE) recently, yet the device instability induced by defects remains a bottleneck. Despite the effectiveness of passivation strategies in reducing defects, conventional solution‐based methods may compromise the perovskite crystallinity. Thus, vapor‐based molecules are expected to penetrate into crystals and reduce defects. Screening effective vapor‐assisted passivation materials usually takes substantial trial‐and‐error costs. Here, we propose a hybrid workflow integrating machine learning models with first‐principles calculations to screen the key functional groups for vapor‐assisted passivation molecules and provide physical insights. The phenyl and halogen atoms were identified by Shapley additive explanation (SHAP) analysis to be effective. Theoretical calculations also indicated that there was a strong cation‐ π interaction between Pb 2+ and benzene ring. Besides, halogenated benzene could intercalate into the iodine vacancies on perovskite surfaces. Such robust interactions synergistically contribute to the stability of [PbI 6 ] 4− octahedral framework, and thus the formation of defects and structural collapse could be effectively suppressed. Moreover, the thermal conductivity of modified perovskite films was remarkably enhanced. Finally, the device modified with iodobenzene vapor achieved the champion PCE of 26.94%. This workflow integrating data‐driven discovery and atomistic understandings, provides an innovative strategy to screen vapor‐assisted passivation materials.
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