High-Performance Perovskite Solar Cells Based on NaCsWO3@ NaYF4@NaYF4:Yb,Er Upconversion Nanoparticles

材料科学 钙钛矿(结构) 光子上转换 能量转换效率 光电流 光电子学 纳米颗粒 表面等离子共振 兴奋剂 吸收(声学) 化学工程 纳米技术 纳米晶 复合材料 工程类
作者
Feng Xu,Ying Sun,Huiping Gao,Suyue Jin,Zhenlong Zhang,Huafang Zhang,Gencai Pan,Miao Kang,Xiang Ma,Yanli Mao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (2): 2674-2684 被引量:60
标识
DOI:10.1021/acsami.0c19475
摘要

Extending photoelectric response to the near-infrared (NIR) region using upconversion luminescent (UCL) materials is one promising approach to obtain high-efficiency perovskite solar cells (PSCs). However, challenges remain due to the shortage of highly efficient UCL materials and device structure. NaCsWO3 nanocrystals exhibit near-infrared absorption arising from the local surface plasmon resonance (LSPR) effect, which can be used to boost the UCL of rare-earth-doped upconversion nanoparticles (UCNPs). In this study, using NaCsWO3 as the LSPR center, NaCsWO3@NaYF4@NaYF4:Yb,Er nanoparticles were synthesized and the UCL intensity could be enhanced by more than 124 times when the amount of NaCsWO3 was 2.8 mmol %. Then, such efficient UCNPs were not only doped into the hole transport layer but also used to modify the perovskite film in PSCs, resulting in the highest power conversion efficiency (PCE) reaching 18.89% (that of the control device was 16.01% and the PCE improvement was 17.99%). Possible factors for the improvement of PSCs were studied and analyzed. It is found that UCNPs can broaden the response range of PSCs to the NIR region due to the LSPR-enhanced UCL and increase the visible light reabsorption of PSCs due to the scattering and reflection effect, which generate more photocurrent in PSCs. In addition, UCNPs modify the perovskite film by effectively filling the holes and gaps at the grain boundary and eliminating the perovskite surface defects, which lead to less carrier recombination and then effectively improve the performance of PSC devices.
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