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Surface Defect Formation and Passivation in Formamidinium Lead Triiodide (FAPbI3) Perovskite Solar Cell Absorbers
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 4.8 ) Pub Date : 2022-01-03 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c03645
S M Oner 1 , E Sezen 1 , M S Yordanli 2 , E Karakoc 2 , C Deger 1, 3 , I Yavuz 1
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 4.8 ) Pub Date : 2022-01-03 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c03645
S M Oner 1 , E Sezen 1 , M S Yordanli 2 , E Karakoc 2 , C Deger 1, 3 , I Yavuz 1
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Formamidinium lead iodide based hybrid perovskite materials with improved efficiency and stability still lack well-understood surface defect formation mechanisms. Controlling the surface termination and defects has the potential to improve the performance of both conventional 3D and latterly reduced-dimensional perovskites photovoltaics. Here, we characterized the termination and all possible defect formations in FAPbI3 surface by the first-principles calculations. We found that, among the surfaces we considered, FAI-termination exhibits the most stable surface with a high defect tolerance. The PbI2-terminated surface is also found to be relatively stable; however, certain defects, such as electron-donating FA-interstitial and Pb-interstitial defects, can create deep-level stable charge-traps, potentially limiting the optoelectronic performance. We further investigate the surface treatment on these deep defects by model small molecule additives. We found that benzene additive with delocalized electron distribution can effectively passivate the deep FA-interstitial and Pb-interstitial defects by electron donating to the surface defect through charge-transfer.
中文翻译：
甲脒三碘化铅 (FAPbI3) 钙钛矿太阳能电池吸收器的表面缺陷形成和钝化
具有改进的效率和稳定性的基于甲脒碘化铅的杂化钙钛矿材料仍然缺乏众所周知的表面缺陷形成机制。控制表面终止和缺陷有可能提高传统 3D 和后来降维钙钛矿光伏器件的性能。在这里，我们通过第一性原理计算表征了 FAPbI 3表面中的终止和所有可能的缺陷形成。我们发现，在我们考虑的表面中，FAI 终止表现出最稳定的表面，具有高缺陷容限。PbI 2-终止的表面也被发现是相对稳定的；然而，某些缺陷，例如供电子 FA 间隙和 Pb 间隙缺陷，会产生深能级稳定的电荷陷阱，可能会限制光电性能。我们通过模型小分子添加剂进一步研究了对这些深层缺陷的表面处理。我们发现具有离域电子分布的苯添加剂可以通过电荷转移向表面缺陷提供电子，从而有效地钝化深 FA 间隙和 Pb 间隙缺陷。
更新日期：2022-01-13
中文翻译：
甲脒三碘化铅 (FAPbI3) 钙钛矿太阳能电池吸收器的表面缺陷形成和钝化
具有改进的效率和稳定性的基于甲脒碘化铅的杂化钙钛矿材料仍然缺乏众所周知的表面缺陷形成机制。控制表面终止和缺陷有可能提高传统 3D 和后来降维钙钛矿光伏器件的性能。在这里，我们通过第一性原理计算表征了 FAPbI 3表面中的终止和所有可能的缺陷形成。我们发现，在我们考虑的表面中，FAI 终止表现出最稳定的表面，具有高缺陷容限。PbI 2-终止的表面也被发现是相对稳定的；然而，某些缺陷，例如供电子 FA 间隙和 Pb 间隙缺陷，会产生深能级稳定的电荷陷阱，可能会限制光电性能。我们通过模型小分子添加剂进一步研究了对这些深层缺陷的表面处理。我们发现具有离域电子分布的苯添加剂可以通过电荷转移向表面缺陷提供电子，从而有效地钝化深 FA 间隙和 Pb 间隙缺陷。
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