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Co-Solvent Engineering Contributing to Achieve High-Performance Perovskite Solar Cells and Modules Based on Anti-Solvent Free Technology
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2023-03-29 , DOI: 10.1002/smll.202301323 Gu Li 1 , Zhen Wang 1 , Yuqi Wang 1 , Zhengchi Yang 1 , Pengyu Dong 1 , Yancong Feng 2 , Yue Jiang 1 , Shien-Ping Feng 3 , Guofu Zhou 2 , Jun-Ming Liu 4 , Jinwei Gao 1
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2023-03-29 , DOI: 10.1002/smll.202301323 Gu Li 1 , Zhen Wang 1 , Yuqi Wang 1 , Zhengchi Yang 1 , Pengyu Dong 1 , Yancong Feng 2 , Yue Jiang 1 , Shien-Ping Feng 3 , Guofu Zhou 2 , Jun-Ming Liu 4 , Jinwei Gao 1
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The pinhole-free and defect-less perovskite film is crucial for achieving high efficiency and stable perovskite solar cells (PSCs), which can be prepared by widely used anti-solvent crystallization strategies. However, the involvement of anti-solvent requires precise control and inevitably brings toxicity in fabrication procedures, which limits its large-scale industrial application. In this work, a facile and effective co-solvent engineering strategy is introduced to obtain high- quality perovskite film while avoiding the usage of anti-solvent. The uniform and compact perovskite polycrystalline films have been fabricated through the addition of co-solvent that owns strong coordination capacity with perovskite components , meanwhile possessing the weaker interaction with main solvent . With those strategies, a champion power conversion efficiency (PCE) of 22% has been achieved with the optimal co-solvent, N-methylpyrrolidone (NMP) and without usage of anti-solvent. Subsequently, PSCs based on NMP show high repeatability and good shelf stability (80% PCE remains after storing in ambient condition for 30 days). Finally, the perovskite solar module (5 × 5 cm) with 7 subcells connects in series yielding champion PCE of 16.54%. This strategy provides a general guidance of co-solvent selection for PSCs based on anti-solvent free technology and promotes commercial application of PSCs.
中文翻译：
共溶剂工程有助于实现基于无溶剂技术的高性能钙钛矿太阳能电池和模块
无针孔、无缺陷的钙钛矿薄膜对于实现高效、稳定的钙钛矿太阳能电池（PSC）至关重要，可以通过广泛使用的反溶剂结晶策略来制备。然而，反溶剂的参与需要精确控制，并且不可避免地在制造过程中带来毒性，这限制了其大规模工业应用。在这项工作中，引入了一种简便有效的共溶剂工程策略，以获得高质量的钙钛矿薄膜，同时避免使用反溶剂。通过添加助溶剂，制备出均匀致密的钙钛矿多晶薄膜，助溶剂与钙钛矿组分具有较强的配位能力，同时与主溶剂的相互作用较弱。有了这些策略，使用最佳助溶剂 N-甲基吡咯烷酮 (NMP) 且不使用反溶剂，可实现 22% 的冠军功率转换效率 (PCE)。随后，基于NMP的PSC表现出高重复性和良好的储存稳定性（在环境条件下储存30天后仍保留80%的PCE）。最后，具有 7 个子电池的钙钛矿太阳能模块（5 × 5 cm）串联连接，产生了 16.54% 的冠军 PCE。该策略为基于无反溶剂技术的PSCs共溶剂选择提供了总体指导，促进了PSCs的商业化应用。具有 7 个子电池的钙钛矿太阳能模块（5 × 5 cm）串联连接，产生 16.54% 的冠军 PCE。该策略为基于无反溶剂技术的PSCs共溶剂选择提供了总体指导，促进了PSCs的商业化应用。具有 7 个子电池的钙钛矿太阳能模块（5 × 5 cm）串联连接，产生 16.54% 的冠军 PCE。该策略为基于无反溶剂技术的PSCs共溶剂选择提供了总体指导，促进了PSCs的商业化应用。
更新日期：2023-03-29
中文翻译：
共溶剂工程有助于实现基于无溶剂技术的高性能钙钛矿太阳能电池和模块
无针孔、无缺陷的钙钛矿薄膜对于实现高效、稳定的钙钛矿太阳能电池（PSC）至关重要，可以通过广泛使用的反溶剂结晶策略来制备。然而，反溶剂的参与需要精确控制，并且不可避免地在制造过程中带来毒性，这限制了其大规模工业应用。在这项工作中，引入了一种简便有效的共溶剂工程策略，以获得高质量的钙钛矿薄膜，同时避免使用反溶剂。通过添加助溶剂，制备出均匀致密的钙钛矿多晶薄膜，助溶剂与钙钛矿组分具有较强的配位能力，同时与主溶剂的相互作用较弱。有了这些策略，使用最佳助溶剂 N-甲基吡咯烷酮 (NMP) 且不使用反溶剂，可实现 22% 的冠军功率转换效率 (PCE)。随后，基于NMP的PSC表现出高重复性和良好的储存稳定性（在环境条件下储存30天后仍保留80%的PCE）。最后，具有 7 个子电池的钙钛矿太阳能模块（5 × 5 cm）串联连接，产生了 16.54% 的冠军 PCE。该策略为基于无反溶剂技术的PSCs共溶剂选择提供了总体指导，促进了PSCs的商业化应用。具有 7 个子电池的钙钛矿太阳能模块（5 × 5 cm）串联连接，产生 16.54% 的冠军 PCE。该策略为基于无反溶剂技术的PSCs共溶剂选择提供了总体指导，促进了PSCs的商业化应用。具有 7 个子电池的钙钛矿太阳能模块（5 × 5 cm）串联连接，产生 16.54% 的冠军 PCE。该策略为基于无反溶剂技术的PSCs共溶剂选择提供了总体指导，促进了PSCs的商业化应用。
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