Reducing Photovoltage Loss in Highly Efficient p–i–n Perovskite Solar Cells via Alkyl Chain Engineering

材料科学 钙钛矿(结构) 烷基 钝化 离域电子 异质结 光化学 能量转换效率 碘化物 化学工程 光电子学 光伏系统 载流子 表面光电压 电子结构 化学物理 载流子寿命 光致发光 电介质 溶解过程 聚合物太阳能电池
作者
Yì Wáng,Zeyuan Hu,Jinuo Huang,Yuyang Chen,Xin Shang,Jiayu Li,H. Li,Dongxiang Luo,Nianqing Fu,Fei Guo,Xiaotian Hu,Muhammad Bilal Khan Niazi,Yonggang Min,Qifan Xue
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (39)
标识
DOI:10.1002/adfm.74689
摘要

ABSTRACT Surface defect passivation using organic ammonium salts (OASs) has become a widely adopted strategy in perovskite solar cells (PSCs). However, the influence of the alkyl chain structure in OASs on the interfacial energy alignment and defect passivation mechanism remains largely unexplored. In this work, we systematically investigate two diammonium iodide salts, 1,4‐butanediammonium diiodide (BDADI, linear) and 1,4‐piperidinium diiodide (PDI, cyclic), to elucidate their effects on perovskite surface passivation, energy‐level alignment, and photovoltage loss. Structural and electronic analyses reveal that PDI induces the in situ formation of a well‐defined 2D/3D perovskite heterojunction at the surface, attributed to its more delocalized electron distribution within the cyclic alkyl backbone compared to the localized electronic structure of the linear BDAD + cation. PDI‐modified devices exhibit reduced trap‐state density, optimized band alignment, and enhanced carrier transport. Consequently, the PDI‐passivated PSCs achieve a remarkable power conversion efficiency of 26.0% (25.74% certified) with a minimized photovoltage loss of 0.36 eV, while maintaining 95% of their initial efficiency after 1000 h of unencapsulated storage, which exhibits outstanding performance among the reported values for applying OASs on the perovskite surface in PSCs. This work demonstrates an effective molecular‐engineering approach to modulate interfacial properties via alkyl chain design.
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