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Colloidal Stabilizer-Mediated Crystal Growth Regulation and Defect Healing for High-Quality Perovskite Solar Cells
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2024-09-10 , DOI: 10.1002/aenm.202403018 Zhe Xin 1 , Yang Ding 2 , Yuanyuan Zhao 3 , Yue Peng 4 , Qing Zhang 3 , Yusheng Cao 1 , Qiyao Guo 4 , Jialong Duan 4 , Jie Dou 4 , Liqing Sun 1 , Qiang Zhang 1 , Qunwei Tang 4
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2024-09-10 , DOI: 10.1002/aenm.202403018 Zhe Xin 1 , Yang Ding 2 , Yuanyuan Zhao 3 , Yue Peng 4 , Qing Zhang 3 , Yusheng Cao 1 , Qiyao Guo 4 , Jialong Duan 4 , Jie Dou 4 , Liqing Sun 1 , Qiang Zhang 1 , Qunwei Tang 4
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High-quality perovskite (PVK) films is essential for the fabrication of efficient and stable perovskite solar cells (PSCs). However, unstable colloidal particles in PVK suspensions often hinder the formation of crystalline films with low defect densities. Herein, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) as a colloidal stabilizer into lead iodide (PbI2) is introduced colloidal solutions. EDTA forms chelated complexes with Pb2+, enhancing the electrostatic repulsion and steric hindrance between colloidal particles. This stabilizes the particles and inhibits disordered motion (Brownian motion) and excessive aggregation. As a result, PbI2 films with a uniform hole distribution are formed, providing ample pathways for subsequent PVK film growth and sufficient space. During the film formation process, the replacement of molecules by formamidinium iodide (FAI) and EDTA slows down crystallization, ultimately leading to PVK films with large grain sizes and low defect density. By using this approach, champion power conversion efficiencies (PCEs) of 24.05% for FA0.97Cs0.03PbI3 PSC, 11.08% for CsPbBr3 PSC, and 25.19% for FA0.945MA0.025Cs0.03Pb(I0.975Br0.025)3 PSC are achieved. Moreover, the EDTA-based FA0.97Cs0.03PbI3 device retains over 90% of its initial PCE after 1000 h at the maximum power point (MPP) under continuous illumination.
中文翻译：
胶体稳定剂介导的高质量钙钛矿太阳能电池的晶体生长调节和缺陷修复
高质量钙钛矿（PVK）薄膜对于制造高效稳定的钙钛矿太阳能电池（PSC）至关重要。然而，PVK 悬浮液中不稳定的胶体颗粒通常会阻碍低缺陷密度结晶薄膜的形成。在此，将乙二胺四乙酸(EDTA)作为胶体稳定剂引入到碘化铅(PbI 2 )胶体溶液中。 EDTA与Pb 2+形成螯合络合物，增强胶体颗粒之间的静电斥力和空间位阻。这可以稳定颗粒并抑制无序运动（布朗运动）和过度聚集。结果形成孔分布均匀的PbI 2薄膜，为后续PVK薄膜的生长提供了充足的路径和足够的空间。在成膜过程中，碘化甲脒 (FAI) 和 EDTA 取代分子会减慢结晶速度，最终形成晶粒尺寸大、缺陷密度低的 PVK 薄膜。通过使用这种方法，FA 0.97 Cs 0.03 PbI 3 PSC 的功率转换效率 (PCE) 为 24.05%，CsPbBr 3 PSC 为 11.08%，FA 0.945 MA 0.025 Cs 0.03 Pb(I 0.975 Br 0.025 ) 3 PSC 的功率转换效率 (PCE) 为 25.19%都实现了。此外，基于 EDTA 的 FA 0.97 Cs 0.03 PbI 3器件在连续照明下在最大功率点 (MPP) 下运行 1000 小时后仍保留超过 90% 的初始 PCE。
更新日期：2024-09-10
中文翻译：
胶体稳定剂介导的高质量钙钛矿太阳能电池的晶体生长调节和缺陷修复
高质量钙钛矿（PVK）薄膜对于制造高效稳定的钙钛矿太阳能电池（PSC）至关重要。然而，PVK 悬浮液中不稳定的胶体颗粒通常会阻碍低缺陷密度结晶薄膜的形成。在此，将乙二胺四乙酸(EDTA)作为胶体稳定剂引入到碘化铅(PbI 2 )胶体溶液中。 EDTA与Pb 2+形成螯合络合物，增强胶体颗粒之间的静电斥力和空间位阻。这可以稳定颗粒并抑制无序运动（布朗运动）和过度聚集。结果形成孔分布均匀的PbI 2薄膜，为后续PVK薄膜的生长提供了充足的路径和足够的空间。在成膜过程中，碘化甲脒 (FAI) 和 EDTA 取代分子会减慢结晶速度，最终形成晶粒尺寸大、缺陷密度低的 PVK 薄膜。通过使用这种方法，FA 0.97 Cs 0.03 PbI 3 PSC 的功率转换效率 (PCE) 为 24.05%，CsPbBr 3 PSC 为 11.08%，FA 0.945 MA 0.025 Cs 0.03 Pb(I 0.975 Br 0.025 ) 3 PSC 的功率转换效率 (PCE) 为 25.19%都实现了。此外，基于 EDTA 的 FA 0.97 Cs 0.03 PbI 3器件在连续照明下在最大功率点 (MPP) 下运行 1000 小时后仍保留超过 90% 的初始 PCE。
京公网安备 11010802027423号