An entropy-regulating molecular lock stabilizes formamidinium lead halide perovskite

甲脒 钙钛矿(结构) 卤化物 材料科学 碘化物 八面体 吸附 能量转换效率 化学物理 不稳定性 铋 相对湿度 相变 格子(音乐) 接受者 电极 无机化学 化学工程 化学 熵(时间箭头) 纳米技术 六方晶系 相(物质)
作者
Tianyin Miao,Sanwan Liu,Xia Lei,Yong Zhang,Wenpei Li,Qisen Zhou,Jianan Wang,Nikita A. Emelianov,Victoria V. Ozerova,Valeriya S. Bolshakova,W WANG,Zheng Zhou,Z G Zhu,Lanlu Lu,Z J Chen,Jingyuan Ma,Erxiang Xu,L S Wang,Li Yunfei,Zhengtian Tan
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:392 (6799): 742-748 被引量:39
标识
DOI:10.1126/science.aeb9953
摘要

A critical limitation of formamidinium lead iodide (FAPbI 3 ) perovskite solar cells (PSCs) lies in the intrinsic instability of the ionic–covalent Pb–I octahedral lattice, relative to the unfavorable hexagonal δ-phase under operating conditions. We report an entropy-regulating molecular-lock strategy using 1-pyridin-3-ylmethyl-piperazine hydrochloride (3-PMPCl). Strong interactions between the perovskite lattice surface and 3-PMPCl modulate the rotational freedom of organic cations and suppress the detrimental entropy increase associated with [PbI 6 ] 4− octahedra disorder or expansion. This entropy-favored environment intrinsically increases the phase transition energy barrier. The uniform distribution and strong adsorption of 3-PMPCl stabilize the α-phase under elevated temperature and humidity conditions. We achieved a certified power conversion efficiency (PCE) of 27.6% in FAPbI 3 -based PSCs. However, the operational stability of such champion devices remains below the state of the art. Adopting a stable bismuth electrode addresses this issue with a slight reduction in efficiency, yielding a device that retains 93.0% of its initial PCE (26.8%) after 1011 hours at 85°C under 1-sun illumination.
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