Additive‐Free, Low‐Temperature Crystallization of Stable α‐FAPbI3 Perovskite

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作者
Tian Du,Thomas J. Macdonald,Ruoxi Yang,Meng Li,Zhongyao Jiang,Lokeshwari Mohan,Weidong Xu,Zhenhuang Su,Xingyu Gao,Richard M. Whiteley,Chieh‐Ting Lin,Ganghong Min,Saif A. Haque,James R. Durrant,Kristin A. Persson,Martyn A. McLachlan,Joe Briscoe
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (9) 被引量:108
标识
DOI:10.1002/adma.202107850
摘要

Formamidinium lead triiodide (FAPbI3 ) is attractive for photovoltaic devices due to its optimal bandgap at around 1.45 eV and improved thermal stability compared with methylammonium-based perovskites. Crystallization of phase-pure α-FAPbI3 conventionally requires high-temperature thermal annealing at 150 °C whilst the obtained α-FAPbI3 is metastable at room temperature. Here, aerosol-assisted crystallization (AAC) is reported, which converts yellow δ-FAPbI3 into black α-FAPbI3 at only 100 °C using precursor solutions containing only lead iodide and formamidinium iodide with no chemical additives. The obtained α-FAPbI3 exhibits remarkably enhanced stability compared to the 150 °C annealed counterparts, in combination with improvements in film crystallinity and photoluminescence yield. Using X-ray diffraction, X-ray scattering, and density functional theory simulation, it is identified that relaxation of residual tensile strains, achieved through the lower annealing temperature and post-crystallization crystal growth during AAC, is the key factor that facilitates the formation of phase-stable α-FAPbI3 . This overcomes the strain-induced lattice expansion that is known to cause the metastability of α-FAPbI3 . Accordingly, pure FAPbI3 p-i-n solar cells are reported, facilitated by the low-temperature (≤100 °C) AAC processing, which demonstrates increases of both power conversion efficiency and operational stability compared to devices fabricated using 150 °C annealed films.
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