Solvent Esterification and Stoichiometric Control in Ambient-Grown FAPbI 3 Single-Crystal Solar Cells

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作者
Parinaz Moazzezi,I Teng Cheong,Kushal Dhake,Yafeng Xu,Vishal Yeddu,Mohammad Reza Kokaba,Antoine Pavesic,Sergey Dayneko,Augusto Amaro,Selene Matta,Daniela Marongiu,David C. Leitch,Omar F. Mohammed,Makhsud I. Saidaminov
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (27): 28642-28650
标识
DOI:10.1021/jacs.6c05502
摘要

Inverse temperature crystallization (ITC) is widely used to grow high-quality perovskite single crystals, yet prolonged thermal exposure during this process can introduce chemical instabilities that hinder controlled crystal growth. In this work, we uncover unexpected solvent-dependent redissolution of formamidinium lead iodide (FAPbI 3 ) during ITC. While a mixed γ-butyrolactone (GBL) and 2-methoxyethanol (2ME) solvent system beneficially enables α-FAPbI 3 growth in ambient conditions, we discover that FAPbI 3 facilitates an esterification reaction of the two solvents that modifies the coordination environment and destabilizes perovskite during extended heating. Lead iodide (PbI 2 ) deficiency effectively delays the redissolution process, resulting in reduced δ-FAPbI 3 formation and stabilized growth of thin α-FAPbI 3 single crystals. Single-crystal solar cells based on phase-pure α-FAPbI 3 crystals achieve 22.99% power conversion efficiency, setting a record for such devices fabricated under ambient air conditions. These results reveal an overlooked solvent-precursor interaction during ITC and demonstrate stoichiometry control as a practical strategy for stabilizing α-FAPbI 3 single crystals for high-performance photovoltaic applications.
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