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Efficient Bulk Defect Suppression Strategy in FASnI3 Perovskite for Photovoltaic Performance Enhancement
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2021-12-02 , DOI: 10.1002/adfm.202107710 Bohong Chang 1 , Bo Li 1 , Zhongxiao Wang 1 , Hui Li 1 , Lian Wang 1 , Lu Pan 1 , Zihao Li 1 , Longwei Yin 1
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2021-12-02 , DOI: 10.1002/adfm.202107710 Bohong Chang 1 , Bo Li 1 , Zhongxiao Wang 1 , Hui Li 1 , Lian Wang 1 , Lu Pan 1 , Zihao Li 1 , Longwei Yin 1
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Despite Sn-based perovskite solar cells (PSCs) prevailing over lead-free candidates, the Sn vacancies (VSn) and Sn4+ defects seriously deteriorate device photovoltaic performance. The presently reported methods can only effectively achieve surface defect passivation, and it is of great challenge and fundamental importance to develop efficient strategy to deal with the intrinsic defects located inside the lattice. Herein, a novel bulk defect suppression strategy is proposed, introducing large organic piperazine cations (PZ2+) into the lattice of 3D FASnI3 perovskite to restrain the generation of bulk defects. The incorporation of PZ2+ results in forming a FA1−2yPZ2ySn1−yI3 (0 ≤ y ≤ 0.25) structure with no reduction in dimensionality, which guarantees the continuity of [SnI6] octahedral structures with unobstructed carrier transport and reduced charged defects. The potent interactions between PZ2+ and [SnI6] structures enhance VSn formation energy and effectively suppress bulk defect formation. As a result, the FASnI3+1%PZ films exhibit optimized crystalline quality, decreased background carrier density, lower p-type self-doping, and reduced trap state density. Benefiting from the above advantages, the FASnI3+1%PZ device achieves an optimal PCE of 9.15% and unencapsulated device maintains over 95% of initial PCE after aging for 1000 h in N2 golvebox. The bulk defect suppression strategy provides fire-new building bricks toward high-performance Sn-based PSCs.
中文翻译：
用于提高光伏性能的 FASnI3 钙钛矿的高效体缺陷抑制策略
尽管 Sn 基钙钛矿太阳能电池 (PSC) 优于无铅候选电池，但 Sn 空位 (V Sn ) 和 Sn 4+缺陷严重降低了器件的光伏性能。目前报道的方法只能有效地实现表面缺陷的钝化，制定有效的策略来处理位于晶格内部的内在缺陷具有很大的挑战和根本意义。在此，提出了一种新的体缺陷抑制策略，将大的有机哌嗪阳离子（PZ 2+）引入3D FASnI 3钙钛矿的晶格中以抑制体缺陷的产生。PZ 2+的掺入导致形成 FA 1−2 y PZ2 y Sn 1− y I 3 (0 ≤ y ≤ 0.25) 结构，没有降维，保证了[SnI 6 ]八面体结构的连续性，载流子传输畅通，带电缺陷减少。PZ 2+和[SnI 6 ] 结构之间的有效相互作用提高了V Sn的形成能并有效地抑制了体缺陷的形成。结果，FASnI 3 +1%PZ 薄膜表现出优化的结晶质量、降低的背景载流子密度、降低的p型自掺杂和降低的陷阱态密度。得益于上述优势，FASnI 3+1%PZ 器件实现了 9.15% 的最佳 PCE，未封装器件在 N 2高尔夫球箱中老化 1000 小时后保持超过 95% 的初始 PCE 。体缺陷抑制策略为高性能 Sn 基 PSC 提供了全新的建筑砖。
更新日期：2021-12-02
中文翻译：
用于提高光伏性能的 FASnI3 钙钛矿的高效体缺陷抑制策略
尽管 Sn 基钙钛矿太阳能电池 (PSC) 优于无铅候选电池，但 Sn 空位 (V Sn ) 和 Sn 4+缺陷严重降低了器件的光伏性能。目前报道的方法只能有效地实现表面缺陷的钝化，制定有效的策略来处理位于晶格内部的内在缺陷具有很大的挑战和根本意义。在此，提出了一种新的体缺陷抑制策略，将大的有机哌嗪阳离子（PZ 2+）引入3D FASnI 3钙钛矿的晶格中以抑制体缺陷的产生。PZ 2+的掺入导致形成 FA 1−2 y PZ2 y Sn 1− y I 3 (0 ≤ y ≤ 0.25) 结构，没有降维，保证了[SnI 6 ]八面体结构的连续性，载流子传输畅通，带电缺陷减少。PZ 2+和[SnI 6 ] 结构之间的有效相互作用提高了V Sn的形成能并有效地抑制了体缺陷的形成。结果，FASnI 3 +1%PZ 薄膜表现出优化的结晶质量、降低的背景载流子密度、降低的p型自掺杂和降低的陷阱态密度。得益于上述优势，FASnI 3+1%PZ 器件实现了 9.15% 的最佳 PCE，未封装器件在 N 2高尔夫球箱中老化 1000 小时后保持超过 95% 的初始 PCE 。体缺陷抑制策略为高性能 Sn 基 PSC 提供了全新的建筑砖。
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