Abstract Organic-inorganic hybrid perovskite solar cells (PSCs) are continuously attracting much attention due to the poential applications in low-cost and flexible solar energy system. In this work, potassium (K+) and cesium (Cs+) were added into the perovskite (FAMA)Pb(IBr)3 (FA = CH(NH2)2+, MA = CH3NH3+) to prepare the high-quality quadruple-cation (KCsMAFA) perovskite film and PSCs via two-step solution process. The optoelectronic properties and stability of FAMA, CsFAMA and KCsFAMA perovskite film and PSC devices were systematically studied and analyzed. The power conversion efficiency (PCE) of champion KCsFAMA device reached 19.70%, and the steady output PCE was 19.40% with a simple device structure of ITO/SnO2/Perovskite/Spiro-OMeTAD/Ag. In addition, the stability of PSCs with quadruple-cation KCsMAFA was significantly improved as compared to the control ones. With the storage in air for 20 days (humidity ∼35%), the PCEs of PSCs without encapsulation could maintain 77% of the initial values, while the PCEs of PSCs with MAFA and CsMAFA only maintained 39% and 56% of their initial values, respectively. The improved efficiency and stability in PSCs with both K+ and Cs + were attributed to significant improvement in the film quality with large and dense grains, which could reduce grain boundaries and moisture immersion. Meanwhile, the incorporation of K+ and Cs+ could enhance the charge transfer resistance and suppress the charge recombination effectively, supporting in the improvement in the performance of PSCs.

中文翻译：

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两步处理高效钾和铯合金四元阳离子钙钛矿太阳能电池

摘要 有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其在低成本和灵活的太阳能系统中的潜在应用而不断受到关注。在这项工作中，钾 (K+) 和铯 (Cs+) 被添加到钙钛矿 (FAMA)Pb(IBr)3 (FA = CH(NH2)2+, MA = CH3NH3+) 中以制备高质量的四重阳离子 ( KCsMAFA) 钙钛矿薄膜和 PSCs 通过两步溶液法。系统地研究和分析了 FAMA、CsFAMA 和 KCsFAMA 钙钛矿薄膜和 PSC 器件的光电性能和稳定性。冠军KCsFAMA器件的功率转换效率（PCE）达到19.70%，稳定输出PCE为19.40%，采用ITO/SnO2/Perovskite/Spiro-OMeTAD/Ag的简单器件结构。此外，与对照相比，具有四重阳离子 KCsMAFA 的 PSC 的稳定性显着提高。在空气中储存 20 天（湿度 35%），未封装的 PSCs 的 PCEs 可以保持初始值的 77%，而含有 MAFA 和 CsMAFA 的 PSCs 的 PCEs 仅保持其初始值的 39% 和 56% ， 分别。具有 K+ 和 Cs+ 的 PSC 的效率和稳定性的提高归因于薄膜质量的显着改善，具有大而致密的晶粒，这可以减少晶界和水分浸入。同时，K+和Cs+的掺入可以提高电荷转移电阻并有效抑制电荷复合，有助于提高PSCs的性能。未封装的 PSCs 的 PCEs 可以保持初始值的 77%，而含有 MAFA 和 CsMAFA 的 PSCs 的 PCEs 分别仅保持其初始值的 39% 和 56%。具有 K+ 和 Cs+ 的 PSC 的效率和稳定性的提高归因于薄膜质量的显着改善，具有大而致密的晶粒，这可以减少晶界和水分浸入。同时，K+和Cs+的掺入可以提高电荷转移电阻并有效抑制电荷复合，有助于提高PSCs的性能。未封装的 PSCs 的 PCEs 可以保持初始值的 77%，而含有 MAFA 和 CsMAFA 的 PSCs 的 PCEs 分别仅保持其初始值的 39% 和 56%。具有 K+ 和 Cs+ 的 PSC 的效率和稳定性的提高归因于薄膜质量的显着改善，具有大而致密的晶粒，这可以减少晶界和水分浸入。同时，K+和Cs+的掺入可以提高电荷转移电阻并有效抑制电荷复合，有助于提高PSCs的性能。具有 K+ 和 Cs+ 的 PSC 的效率和稳定性的提高归因于薄膜质量的显着改善，具有大而致密的晶粒，这可以减少晶界和水分浸入。同时，K+和Cs+的掺入可以提高电荷转移电阻并有效抑制电荷复合，有助于提高PSCs的性能。具有 K+ 和 Cs+ 的 PSC 的效率和稳定性的提高归因于薄膜质量的显着改善，具有大而致密的晶粒，这可以减少晶界和水分浸入。同时，K+和Cs+的掺入可以提高电荷转移电阻并有效抑制电荷复合，有助于提高PSCs的性能。