Dopant-additive synergism enhances perovskite solar modules

钙钛矿(结构) 掺杂剂 结晶度 光伏 材料科学 光伏系统 化学工程 纳米技术 光电子学 兴奋剂 电气工程 复合材料 工程类
作者
Bin Ding,Yong Ding,Jun Peng,Jan Romano‐deGea,Lindsey E. K. Frederiksen,Hiroyuki Kanda,Olga A. Syzgantseva,Maria A. Syzgantseva,Jean‐Nicolas Audinot,Jérôme Bour,Song Zhang,Tom Wirtz,Zhaofu Fei,Patrick Dörflinger,Naoyuki Shibayama,Yunjuan Niu,Sixia Hu,Shunlin Zhang,Farzaneh Fadaei‐Tirani,Yan Liu
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:628 (8007): 299-305 被引量:261
标识
DOI:10.1038/s41586-024-07228-z
摘要

Abstract Perovskite solar cells (PSCs) are among the most promising photovoltaic technologies owing to their exceptional optoelectronic properties 1,2 . However, the lower efficiency, poor stability and reproducibility issues of large-area PSCs compared with laboratory-scale PSCs are notable drawbacks that hinder their commercialization 3 . Here we report a synergistic dopant-additive combination strategy using methylammonium chloride (MACl) as the dopant and a Lewis-basic ionic-liquid additive, 1,3-bis(cyanomethyl)imidazolium chloride ([Bcmim]Cl). This strategy effectively inhibits the degradation of the perovskite precursor solution (PPS), suppresses the aggregation of MACl and results in phase-homogeneous and stable perovskite films with high crystallinity and fewer defects. This approach enabled the fabrication of perovskite solar modules (PSMs) that achieved a certified efficiency of 23.30% and ultimately stabilized at 22.97% over a 27.22-cm 2 aperture area, marking the highest certified PSM performance. Furthermore, the PSMs showed long-term operational stability, maintaining 94.66% of the initial efficiency after 1,000 h under continuous one-sun illumination at room temperature. The interaction between [Bcmim]Cl and MACl was extensively studied to unravel the mechanism leading to an enhancement of device properties. Our approach holds substantial promise for bridging the benchtop-to-rooftop gap and advancing the production and commercialization of large-area perovskite photovoltaics.
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