Electrohydrodynamic-Mediated Molecular Coordination for Stabilizing α-Phase Perovskite Solar Cells

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作者
Xin Meng,Xiuxiu Niu,Ran Luo,Nengxu Li,Xinyi Du,Zhouyin Wei,Xi Wang,Yuduan Wang,Zhuojie Shi,Zijing Dong,Yoshiki Sugai,Eduardo Solano,Junxue Liu,Xiaohu Zhou,Xianchang Yan,Yuzhong Chen,Chao Luo,Jinxi Chen,Tao Wang,Ling Kai Lee
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (39): 41862-41872
标识
DOI:10.1021/jacs.6c05442
摘要

Abstract Formamidinium-rich perovskite solar cells (PSCs) have achieved remarkable efficiencies, yet their phase purity is often compromised by the competitive nucleation of the nonperovskite δ-phase during rapid processing. Herein, we demonstrate an electrohydrodynamic (EHD)-mediated chemical strategy to bypass this kinetic trap using a multifunctional molecular, tetramethylthiourea (TeMTU). By precision tuning of the surface tension-Coulombic repulsion balance, TeMTU orchestrates the EHD-driven microdroplet evolution, effectively locking the in-flight precursor into a critically supersaturated state that fundamentally suppresses δ-phase nucleation. Beyond macroscopic fluid dynamics, molecular-level investigations reveal that TeMTU forms robust coordination complexes with the lead halide framework. This chemical intervention significantly elevates the activation energy barrier for the α-to-δ phase transition by 42%, as corroborated by Density Functional Theory and variable-cell double-ended surface walking analysis. The resulting α-phase FA-based films exhibit exceptional crystallinity and a minimized defect density, enabling electrospray-fabricated PSCs to achieve an impressive power conversion efficiency (PCE) of 26.24% (0.05 cm2) and 25.39% (1.0 cm2). Furthermore, the chemically stabilized lattice demonstrates operational durability, retaining 95% of its initial PCE after 3000 h of continuous maximum power point tracking at 65 °C.
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