Kontrollierbare zweidimensionale Perowskit-Kristallisation mittels Wasserzusatz für Hochleistungssolarzellen

Einführung

In letzter Zeit haben zweidimensionale (2D) geschichtete Perowskite aufgrund ihrer verbesserten Feuchtigkeitsbeständigkeit gegenüber ihren 3D-Gegenstücken wie CH₃ . große Aufmerksamkeit auf sich gezogen NH₃ PbI₃ (MAPbI₃ ) und HC(NH₂ )₂ PbI₃ (FAPbI₃ ). Der 2D-Perowskit mit der Formel A₂ B_{n − 1} M_n X_{3n + 1} (Ruddlesden−Popper Phase), wobei B MA ⁺ . ist , FA ⁺ , oder Cs ⁺ , M ist Pb ²⁺ oder Sn ²⁺ , X steht für Halogenidanion, n bezieht sich auf die Anzahl der Ebenen der Eckenteilung [MX₆ ] ⁴⁻ oktaedrisch, kann durch Einbau von organischen langkettigen Liganden A (wie Phenethylammonium (PEA ⁺ ) oder Butylammonium (BA ⁺ )) im anorganischen Gerüst. Diese 2D-Perowskite besitzen viele einzigartige optoelektronische Eigenschaften und wurden sowohl für den Einsatz in Solarzellen [1, 2] als auch in Leuchtdioden [3] entwickelt. Die Exzitonenbindungsenergie des geschichteten 2D-Perowskits wird jedoch aufgrund des dielektrischen Einschlusseffekts zwischen der organischen Schicht und dem anorganischen Gerüst erhöht [4], der die Exzitonendissoziation im elektrischen Feld wesentlich einschränkt [5]. Unterdessen würden die sperrigen organischen Liganden isolierende Abstandsschichten bilden und den Ladungstransport zwischen benachbarten anorganischen Platten hemmen. Somit ist der PCE von 2D-PVSCs viel niedriger als der ihrer 3D-Pendants, der bereits über 25 % liegt [6].

Um leistungsstarke 2D-PVSCs zu erhalten, wurden viele Anstrengungen unternommen, darunter Hot-Coasting [7], Additive Engineering [8,9,10,11,12,13,14], Composition Engineering [15,16,17, 18,19,20,21,22,23,24,25,26], Vorläuferlösungsmitteltechnik [27,28,29,30], Grenzflächentechnik [31,32,33,34,35] und andere spezielle Behandlungen [13, 36, 37]. Unter diesen Verfahren ist das Additive Engineering aufgrund seiner Einfachheit und Effektivität das am häufigsten verwendete Verfahren. Zhanget al. fanden heraus, dass der vertikal orientierte 2D-Schicht-Perowskitfilm durch den Einbau von Ammoniumthiocyanat (NH₄ SCN) Additiv in die Perowskit-Precursor-Lösung [8, 9]. Daher steigt der PCE von 2D-PVSCs drastisch von 0,56 auf 11,01%. Qinget al. zeigten, dass die Qualität des 2D-Perowskitfilms durch einen synergistischen Effekt zweier Additive in der Perowskitvorläuferlösung verbessert werden kann [10]. Folglich wurden hysteresefreie 2D-PVSCs mit einem PCE von über 12% erhalten. Yuet al. zeigten, dass die Filmmorphologie und der Ladungstransport in Perowskiten durch Zugabe von Ammoniumchlorid (NH₄ Cl) Additiv und Dimethylsulfoxid (DMSO) Lösungsmittel in die Vorläuferlösung und ein PCE von 13,41 % wurde erreicht [11]. Fuet al. berichteten von effizienten 2D-PVSCs, die mit NH₄ . verarbeitet wurden SCN und NH₄ Cl-Additive, was einen optimalen PCE von 14,1 % ergibt [12]. In unserer früheren Arbeit fanden wir, dass DMSO und Thiosemicarbazid (TSC) einen synergistischen Effekt bei der Verbesserung der Morphologie, Kristallisation und Orientierung von 2D-Perowskitfilmen aufweisen [14]. Es wird spekuliert, dass sowohl DMSO als auch TSC Lewis-Basen sind [38], die den Kristallisationsprozess von 2D-Perowskiten durch Koordination mit den Perowskit-Vorläuferkomponenten regulieren. Als Ergebnis wurden die effizienten und stabilen 2D-PVSCs mit einem Champion-PCE von 14,15% erhalten.

Beim Lewis‐Säure−Base‐Konzept ist ein Wassermolekül eine sauerstoffspendende Lewis‐Base, die mit dem Bleijodid (PbI₂ ) Lewis-Säure. Inzwischen unterscheiden sich die physikalischen und chemischen thermodynamischen Eigenschaften von Wassermolekülen, wie Siedepunkt, Löslichkeit und Dampfdruck, von häufig verwendeten N,N-Dimethylformamid (DMF)-Lösungsmitteln. Eine Reihe von Studien hat gezeigt, dass das der Perowskit-Vorläuferlösung zugesetzte Wasser die 3D-Perowskit-Kristallisation steuern kann, was zu einer besseren photovoltaischen Leistung führt [39,40,41,42,43,44]. Wie wir jedoch alle wissen, verwendet H₂ O als Additiv in 2D-PVSC wurde bisher noch nicht berichtet.

In dieser Studie wurden Wassermoleküle als Additiv in Perowskit-Vorläuferlösungen eingebracht, um die Kristallisation des 2D-Perowskitfilms zu kontrollieren. Der 2D-Perowskitfilm (BA₂ MA₃ Pb₄ I₁₃ , n =4) mit einer geeigneten Menge Wasser behandelt zeigt eine gute Filmmorphologie, verbesserte Kristallinität und erhöhte Orientierungsordnung. Dieser hochwertige 2D-Perowskitfilm trägt zur geringeren Fallenzustandsdichte und damit zur höheren Photovoltaikleistung von 2D-PVSCs bei. Der PCE von 2D-PVSCs wurde von 2,29 auf 12,15 % verbessert. Interessanterweise weisen Vorrichtungen auf Wasseradditivbasis eine offensichtlich verbesserte Lagerstabilität auf.

Methode

Materialien

Methylammoniumiodid (MAI), PbI₂ , PEDOT:PSS (4083) wässrige Lösung, n-Butylammoniumiodid (BAI), Phenyl-C61-buttersäuremethylester (PC₆₁ BM), Spiro-MeOTAD (2,29,7,79-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamin)-9,9-spirobifluoren), 4-tert-Butylpyridin, Lithiumbis(trifluormethylsulfonyl)imid und Bathocuproin (BCP) wurden bei Xi'an Polymer Light Technology Cory bestellt. DMF, Chlorbenzol und Acetonitril wurden von Sigma-Aldrich bezogen. Isopropanol wurde von You Xuan Tech bezogen. Alle Reagenzien und Lösungsmittel wurden ohne weitere Reinigung direkt verwendet.

Vorläuferlösung

Die makellose BA₂ MA₃ Pb₄ I₁₃ Vorläuferlösung (0,85 M) wurde durch Mischen von BAI, MAI, PbI₂ . hergestellt mit einem Molverhältnis von 0,5:0,75:1 in DMF. Die Vorstufen mit verschiedenen Mengen an entionisiertem Wasser wurden durch Zugabe verschiedener Volumenverhältnisse an entionisiertem Wasser zu der reinen Vorstufenlösung hergestellt.

Geräteherstellung

Die Indiumzinnoxid (ITO)-Substrate wurden nacheinander mit Detergens, Aceton, absolutem Ethylalkohol und entionisiertem Wasser mit Ultraschall gewaschen, gefolgt von einer 15-minütigen UV-Ozon-Behandlung. Für die Lochsammelschichten wurde eine wässrige PEDOT:PSS-Lösung auf die gereinigten ITO-Substrate bei 4000 U/min 40 Sekunden lang aufgeschleudert. Nach dem Schleuderbeschichten wurden die PEDOT:PSS-Filme in Luft bei 150°C für 15 Minuten erhitzt und dann in die Handschuhbox überführt. Für die photoelektrischen Umwandlungsschichten wurden die ITO/PEDOT:PSS-Substrate bei 100 °C für 3 min vorgewärmt, gefolgt von Spincoating verschiedener Perowskit-Vorläuferlösungen bei 5000 /min für 25 s und anschließendem Tempern bei 100 °C für 10 min. Für die Elektronenextraktionsschichten die Lösung von PC₆₁ BM (15 mg/ml in Chlorbenzol) wurde 30 s lang bei 2000 U/min auf die Perowskitschichten aufgeschleudert. Als nächstes wurde BCP in Isopropanol mit einer Konzentration von 0,8 mg/ml 30 s lang bei 5000 U/min aufgeschleudert. Schließlich wurden 70 nm Ag-Elektroden thermisch auf die BCP-Schichten durch die Lochmasken aufgedampft. Die effektive Gerätefläche betrug 0,04 cm ² . . Zur Herstellung von Nur-Loch-Bauelementen wurden die Spiro-OMeTAD-Schichten auf den 2D-Perowskit/PEDOT:PSS/ITO-Substraten durch Spin-Coating-Spiro-OMeTAD-Lösung bei 4000 rpm für 30 s abgeschieden, gefolgt von Aufdampfen einer 70 nm Goldelektrode auf die Oberseite des Geräts. Die Spiro-OMeTAD-Lösung wurde durch Auflösen von 90 mg Spiro-OMeTAD, 22 µl einer Stammlösung von 520 mg/ml Lithium-bis(trifluormethylsulfonyl)imid in Acetonitril und 36 µl 4-tert-Butylpyridin in 1 ml Chlorbenzol hergestellt.

Messung und Charakterisierung

Die Stromdichte-Spannung (J-V ). Rasterelektronenmikroskop(REM)-Messungen wurden an einem Feldemissions-Anpassungs-REM (FEI-Inspect F50, Holland) durchgeführt. Die Weitwinkel-Röntgenstreuungsmessungen mit streifendem Einfall (GIWAXS) wurden an der Strahllinie BL14B1 der Shanghai Synchrotron Radiation Facility, Shanghai, China, mit einem Primärstrahl von 0,6887 Å und einem Einfallswinkel von 0,2° durchgeführt. Das Absorptionsspektrum von 2D-Perowskit wurde mit einem Shimadzu 1500-Spektrophotometer gemessen. Externe Quanteneffizienzen wurden mit QTEST HIFINITY 5 (Crowntech) gemessen. Das zeitaufgelöste Photolumineszenzspektrum wurde mit einem Spektrofluorometer Fluo Time 300 (Pico Quant) durchgeführt.

Ergebnisse und Diskussion

Um den Einfluss von H₂ . zu untersuchen O Additiv zur Leistung von 2D-PVSCs haben wir die invertierten Bauelemente mit der Konfiguration Indium-Zinn-Oxid (ITO)/PEDOT:PSS/BA₂ . hergestellt MA₃ Pb₄ I₁₃ /PC₆₁ BM/BCP/Ag wie in Abb. 1a gezeigt. Das entionisierte Wasser wurde mit einer Perowskit-Vorläuferlösung mit einem variierten Volumenverhältnis von 0 bis 5 % gemischt. Die Photostromdichte–Spannung (J–V) Kurven der Champion 2D PVSCs basierend auf Perowskit mit unterschiedlichen Mengen an Wasserzusatz unter Beleuchtung von AM 1.5G, 100 mW/cm ² sind in Abb. 1b dargestellt, die entsprechenden photovoltaischen Parameter sind in Tabelle 1 aufgeführt. Das Steuergerät ohne Wasserzusatz weist eine niedrige Leerlaufspannung (V _ok ) von 0,84 V, eine Kurzschlussstromdichte (J _sc ) von 5,73 mA/cm ² , ein Füllfaktor (FF ) von 47,63 %, was zu einem schlechten PCE führt von 2,29 %. Aus Tabelle 1 ist klar, dass die geeignete Menge an H₂ O-Additiv verbessert die entsprechende photovoltaische Leistung der Geräte dramatisch. Bei 2D-Perowskit mit 3% H₂ O, das Gerät mit der besten Leistung zeigt einen PCE von 12,15 %, mit einem V _ok von 1,06 V, J _sc von 15,80 mA/cm ² , und FF von 72,56 %. Die signifikante Verbesserung des PCE wird dem additivbehandelten Perowskitfilm zugeschrieben, der eine höhere Kristallinität, größere ziegelartige Körner, eine einheitliche Morphologie und eine vertikale Ausrichtung senkrecht zum Substrat zeigt. Die Einzelheiten werden weiter unten besprochen. Durch weitere Erhöhung des Volumenverhältnisses von H₂ 0 bis 5 % waren die photovoltaischen Parameter von PVSCs verschlechtert. Abbildung 1c zeigt die stationäre Photostromdichte, bei der PCE eine Funktion der Zeit am Punkt maximaler Leistung (0,84  V) ist. Der PCE des Champion-Geräts mit 3 % H₂ O stabilisiert sich bei 11,78 % (schwarz) mit einer Photostromdichte von 14,02 mA/cm ² (rot) in der Scan-Zeit von 200 s und liegt nahe dem aus J-V extracted extrahierten Wert Kurve. Wichtig ist, dass die Lagerstabilität eine der Schlüsselanforderungen für die praktische Anwendung von PVSCs ist. Sowohl die unversiegelten Geräte ohne als auch mit 3% H₂ O wurden in einer Luftatmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von 25 ± 5 % bei 25 °C gelagert, um die Entwicklung ihres PCE als Funktion der Zeit zu untersuchen. Wie in Abb. 1d gezeigt, ist das Gerät mit 3% H₂ O behielt nach 720 h immer noch 85,76 % seiner anfänglichen PCE, die viel stabiler war als die des Geräts ohne H₂ O (52,76 %). Die deutlich verbesserte Stabilität wird den stabilen hydratisierten 2D-Perowskiten zugeschrieben, die während des Schleuderbeschichtungs- und Glühprozesses erzeugt werden können. Die stabilen hydratisierten 2D-Perowskite widerstehen bis zu einem gewissen Grad der Zersetzung des 2D-Perowskitfilms [39, 40]. Auf der Grundlage der obigen Ergebnisse schließen wir, dass das mit optimalem Wassergehalt behandelte Gerät nicht nur eine überragende photovoltaische Leistung liefert, sondern auch eine gute Stabilität aufweist.

a Schematische Darstellung der PVSC-Struktur. b J-V-Kurven von PVSCs basierend auf BA₂ MA₃ Pb₄ I₁₃ Filme, die aus Perowskit-Vorläuferlösungen abgeschieden wurden, die mit unterschiedlichem Volumen H₂ . dotiert sind O. c Stationärer Photostrom und PCE des Sonnenzustands des Champion-Geräts 1. d Langzeitstabilität des unversiegelten Gerätes ohne und mit 3% H₂ O

Die statistischen Daten für Photovoltaikparameter von jeweils 16 PVSCs sind in Abb. 2a–d dargestellt. Die Geräte ohne und mit 1,5 %, 3 % und 5 % H₂ O weisen den besten PCE von 2,29 %, 7,63 %, 12,15 % und 10,38 % mit einem Durchschnittswert von 1,85%, 6,59 %, 11,38 % bzw. 9,02 % auf (Tabelle 1). Diese statistischen Daten zeigen die gleichen Tendenzen wie ihre entsprechenden Champion-Geräte, was die statistisch bedeutsamen Leistungsverbesserungen des Geräts bei einer geeigneten Menge an entionisiertem Wasser beweist.

Statistikverteilung für (a ) V _ok , (b ) J _sc , (c ) FF , und (d ) PCE von 2D-PVSCs basierend auf BA₂ MA₃ Pb₄ I₁₃ Filme mit unterschiedlichen Mengen an H₂ O-Additiv

Das SEM wurde durchgeführt, um die Auswirkungen von H₂ . zu bewerten O-Additiv zur Morphologie und Bedeckung von 2D-Perowskitfilmen. Die REM-Bilder von BA₂ . in der Draufsicht MA₃ Pb₄ I₁₃ Film mit unterschiedlichen Mengen an H₂ O-Additiv sind in Fig. 3a-c gezeigt, und die entsprechenden Querschnitts-REM-Bilder sind in den Einfügungen von Fig. 3a-c gezeigt. Der Perowskitfilm ohne H₂ O (bezeichnet als Perowskit-ohne H₂ O) weist eine schlechte Morphologie mit kleinen Mengen an Rissen und Pinholes auf, während der Film mit 3% H₂ O (bezeichnet als Perowskit-3% H₂ O) zeigt eine gleichmäßigere Oberfläche ohne Risse. Bei 5 % H₂ . kann eine große Menge an Hohlräumen und Rissen beobachtet werden O (bezeichnet als Perowskit-5% H₂ O) wurde zugegeben, was hauptsächlich auf die Zersetzung des Hydratperowskits durch zu viel H₂ . zurückzuführen ist O [41]. Außerdem ist, wie im Einschub von Fig. 3a gezeigt, der Film ohne H₂ O-Additiv besteht aus zufällig orientierten kleinen kristallinen Körnern mit vielen Korngrenzen. Die Korngröße des Perowskit-3%H₂ O-Film ist größer als der des Perowskits – 5 % H₂ O-Film, obwohl beide eine vertikal orientierte, ziegelartige Morphologie aufweisen. Die größeren Körner im 2D-Perowskitfilm führen zu fast keiner Korngrenze entlang der vertikalen Richtung. Es wurde berichtet, dass Korngrenzen Regionen sind, in denen die Fallenzustände hauptsächlich verteilt sind [45, 46]. Daher ist der Perowskit-3% H₂ O-Filme mit größeren vertikal orientierten Kristallkörnern tragen zu effizienten PVSCs bei.

a -c REM-Bilder in Draufsicht und REM-Querschnittsbilder (Einschübe) von BA₂ MA₃ Pb₄ I₁₃ Filme mit unterschiedlichen Mengen an H₂ O Zusatz. GIWAXS-Muster von BA₂ MA₃ Pb₄ I₁₃ Film:(d ) ohne H₂ O Additiv und (e ) mit 3% H₂ O-Additiv

Die GIWAXS-Muster wurden verwendet, um die Rolle des Wasseradditivs beim Kristallwachstum von 2D-Perowskitfilmen weiter zu identifizieren. Wir vermuten, dass Wasseradditiv aufgrund seines niedrigeren Siedepunktes und höheren Dampfdrucks im Vergleich zu DMF den Kristallisationsprozess von Perowskit regulieren kann [40]. Darüber hinaus erhöht die Einarbeitung einer geeigneten Menge Wasser in DMF die Löslichkeit der ionischen Perowskitverbindung, was zu einer verbesserten Qualität der Perowskitfilme mit erhöhter Kristallinität führt [47]. Die Ergebnisse von SEM und GIWAXS in dieser Arbeit stimmen mit den Spekulationen überein. Wie in Abb. 3d gezeigt, ist der Perowskit ohne H₂ O-Film zeigt mehrere Bragg-Ringe bei bestimmten q Werte, die hauptsächlich zufällig orientierte Kristallkörner innerhalb dieses polykristallinen Films anzeigen. Der Perowskit-3% H₂ O-Film zeigt scharfe und diskrete Bragg-Punkte entlang desselben q (Abb. 3e), was auf gut ausgerichtete Kristallkörner mit (111)-Ebenen parallel zum Substrat hindeutet [17]. Darüber hinaus werden die dunkleren Bragg-Flecken in Perowskit-3% H₂ . beobachtet O-Film, während die weniger sichtbaren Beugungsringe in Perowskit-ohne H₂ O-Film, der die erhöhte Kristallinität von Perowskit zeigt – 3 % H₂ O Film. Der hochorientierte Perowskit-3% H₂ O-Film, der senkrecht zum Substrat steht, kann einen effizienten Trägertransportkanal bilden, was zu einer verbesserten photovoltaischen Leistung führt [14, 17].

Um den Einfluss morphologischer und kristallographischer Veränderungen aufgrund der Zugabe von Wasser auf die optischen Eigenschaften von Filmen aufzuzeigen, führten wir eine Absorptionsspektroskopie-Messung durch, wie in Abb. 4a gezeigt. Sowohl der Perowskit ohne H₂ O-Film und Perowskit-3% H₂ Der O-Film weist mehrere Exzitonen-Absorptionspeaks in den UV-Vis-Absorptionsspektren auf, was auf die Existenz mehrerer Perowskit-Phasen mit unterschiedlichen n . hinweist Werte, obwohl nominell vorbereitet als „n =4". Der Perowskit-3% H₂ O-Film zeigt eine leicht verbesserte Absorption im Bereich von 400-600 nm im Vergleich zu Perowskit-ohne H₂ O Film. Aus den Querschnitts-REM-Bildern (Einschübe von Abb. 3a-c) kann geschlossen werden, dass alle 2D-Perowskitfilme fast die gleiche Dicke aufweisen. Daher führen wir die verbesserte Absorption auf einen einheitlichen, hochkristallinen und stark orientierten Perowskitfilm zurück, der durch Wasserzusatz induziert wird [14, 48]. Die externe Quanteneffizienz (EQE ) Spektren von PVSC ohne H₂ O-Additiv und PVSC mit 3% H₂ O sind in Abb. 4b dargestellt, und die entsprechenden abgeleiteten integrierten Stromwerte sind rechts aufgetragen y -Achse. Das integrierte J _sc von EQE Spektrum von PVSC ohne H₂ O-Additiv und PVSC mit 3% H₂ O ist 5,16 mA/cm ² und 15,20 mA/cm ² , bzw. Die Werte sind nahe an den Ergebnissen gemessen aus der J-V-Kurve. Offenbar sind die EQE-Werte des Gerätes mit 3% H₂ O in den meisten sichtbaren Lichtbereichen sind viel höher als die des Geräts ohne Additiv. Dieses Phänomen resultiert nicht nur aus einer verbesserten Lichtabsorption, sondern auch hauptsächlich aus einem effizienteren Ladungstransport in hochorientierten 2D-Perowskitfilmen mit besserer Kristallinität.

a Absorptionsspektren von BA₂ MA₃ Pb₄ I₁₃ Filme ohne und mit 3% H₂ O. b EQE-Spektren und integrierte Stromkurve entsprechender Geräte. c Dunkle Strom-Spannungs-Kurven der HODs basierend auf entsprechenden 2D-Perowskitfilmen (Einschub:Konfiguration der HODs). d TRPL-Spektren entsprechender 2D-Perowskitfilme

Darüber hinaus haben wir die dunklen Strom-Spannungs-Kurven von Hole-Only Devices (HODs) mit einer Struktur aus ITO/PEDOT:PSS/2D Perowskit/Spiro-OMeTAD/Au gemessen, um die Fallenzustandsdichte (N _t ) in 2D-Perowskitfilmen (Abb. 4v). Die N _t wurde durch die mit Fallen gefüllte Grenzspannung (V _TFL ) nach Gleichung (1) [14, 46, 49]:

wo ε _o ist die Vakuumpermittivität, ε _r ist die relative Dielektrizitätskonstante von 2D-Perowskit, q ist die Elementarladung und L ist die Dicke des 2D-Perowskitfilms. Beide Perowskitfilme haben das gleiche ε _r Wert und die gleiche Dicke. Daher ist die N _t korreliert positiv mit dem V _TFL Wert. Wie in Abb. 4c gezeigt, ist das V _TFL Wert erhalten aus 2D-Perowskit-3% H₂ O-basierte HOD ist offensichtlich niedriger als die von 2D-Perowskit ohne H₂ O-basiertes HOD. Es zeigt, dass die Fallenzustandsdichte im 2D-Perowskit-3% H₂ O-Film wurde reduziert. Dies wurde weiter durch die zeitaufgelösten Photolumineszenz(TRPL)-Spektren der auf nichtleitendem Glas abgeschiedenen 2D-Perowskitfilme bestätigt. Der zeitliche Abfall der Fluoreszenzsignale wurde an zwei Exponentialfunktionen angepasst, wie in 4d dargestellt. Der 2D-Perowskit-3% H₂ . profitiert von hochwertigen Filmen mit wenigen Korngrenzen, wie in Abb. 2 gezeigt O-Film hat eine längere Fluoreszenzlebensdauer von 10 ns im Vergleich zu 2D-Perowskit ohne H₂ O-Film (2 ns), demonstriert die reduzierte Bulk-Defektdichte in 2D-Perowskit-3% H₂ O-Film.

Basierend auf allen oben genannten Ergebnissen beweisen wir, dass das Einbringen eines geeigneten Wasseradditivs in die Vorläuferlösung das Kristallwachstum von BA₂ . steuern kann MA₃ Pb₄ I₁₃ Perowskitfilm mit vergrößerter Korngröße und gleichmäßiger Filmbedeckung, was zu einer verringerten Fallenzustandsdichte führt. Und dieses hochkristalline und hochorientierte BA₂ MA₃ Pb₄ I₁₃ Durch Wasserzusatz induzierte Perowskitfilme würden den Ladungstransport erleichtern [8, 9, 14]. Daher ist der hochwertige BA₂ MA₃ Pb₄ I₁₃ Perowskitfilme bringen eine umfassende Verbesserung des V _ok , J _sc , FF der entsprechenden PVSCs.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend haben wir die Auswirkungen von H₂ . untersucht O Additiv auf 2D BA₂ MA₃ Pb₄ I₁₃ Perowskit-Dünnschichten und der entsprechenden Geräteleistung. Durch Optimierung der Menge an H₂ O-Additiv, Oberflächenmorphologie, Korngröße und Kristallinität des BA₂ MA₃ Pb₄ I₁₃ Film sind offensichtlich verbessert und eine bevorzugte kristalline Orientierung wurde erhalten. Daher optimierte 3% H₂ 2D-PVSC auf O-Additivbasis führt zu einer signifikanten Verbesserung des PCE von 2,29 auf 12,15 %. Gleichzeitig wird auch die Lagerstabilität der Geräte verbessert. Unsere Ergebnisse beweisen, dass die Kontrolle der 2D-Perowskit-Kristallisation über H₂ O-Additiv ist ein effektiver Weg, um effiziente und stabile 2D-PVSCs zu erhalten.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Alle Daten sind uneingeschränkt verfügbar.

Abkürzungen

2D:

Zweidimensional

PCE:

Leistungsumwandlungseffizienz

PVSCs:

Perowskit-Solarzellen

PEA ⁺ :

Phenethylammonium

BA ⁺ :

Butylammonium

H₂ O:

Wasser

NH₄ SCN:

Ammoniumthiocyanat

NH₄ Kl:

Ammoniumchlorid

DMSO:

Dimethylsulfoxid

TSC:

Thiosemicarbazid

MAI:

Methyl-Ammoniumjodid

BAI:

n-Butylammoniumiodid

PC₆₁ BM:

Phenyl-C61-buttersäuremethylester

BCP:

Bathocuproin

spiro-MeOTAD:

2,29,7,79-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamin)-9,9-spirobifluoren)

ITO:

Indium-Zinn-Oxid

J-V :

Stromdichte-Spannung

SEM:

Rasterelektronenmikroskop

GIWAXS:

Weitwinkel-Röntgenstreuung mit streifendem Einfall

EQE :

Externe Quanteneffizienzen

TRPL:

Zeitaufgelöste Photolumineszenz

V _ok :

Stromkreisspannung

J _sc :

Kurzschlussstromdichte

FF :

Füllfaktor

HODs:

Nur-Loch-Geräte