First‐Principles Optimization of Out‐of‐Plane Charge Transport in Dion–Jacobson CsPbI3 Perovskites with π‐Conjugated Aromatic Spacers

材料科学 共轭体系 钙钛矿(结构) 插层(化学) 电荷(物理) 化学物理 光电子学 载流子 纳米技术 结晶学 无机化学 聚合物 化学 物理 量子力学 复合材料
作者
Zhi Fang,Xinmei Hou,Yapeng Zheng,Zuobao Yang,Kuo‐Chih Chou,Gang Shao,Minghui Shang,Weiyou Yang,Tom Wu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (28) 被引量:71
标识
DOI:10.1002/adfm.202102330
摘要

Abstract Quasi‐2D CsPbI3 perovskites have emerged as excellent candidates for advanced photovoltaic technologies due to their fundamentally enhanced stability than conventional 3D counterparts. However, the applications of quasi‐2D perovskites are plagued with their poor out‐of‐plane carrier mobility induced by the intercalated insulating organic layers. In this work, a new strategy is explored to significantly enhance the out‐of‐plane charge transport in quasi‐2D Dion–Jacobson (DJ) CsPbI3 perovskites via leveraging the intercalation of aromatic diamine cations (p‐phenylenediamine, PPDA) with unique π‐conjugated bond based on the first‐principles calculations. The strong interactions between PPDA2+ cations and inorganic Pb‐I framework (i.e., I–I interaction, p‐π coupling, and H‐bonds) provide three carrier pathways to facilitate the out‐of‐plane charge transport. Furthermore, the restricted in‐plane and out‐of‐plane structural distortion induced by the π‐conjugated bond could improve the electronic coupling and charge mobility along the out‐of‐plane direction with reduced bandgaps. As a proof of concept, the calculated average photovoltaic conversion efficiency of such engineered DJ CsPbI3 perovskite solar cells is ≈17%, which is very close to the certificated champion efficiency of 3D α‐CsPbI3, underscoring their potential for solar cell applications.
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