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Crystallinity and Phase Control in Formamidinium-Based Dion–Jacobson 2D Perovskite via Seed-Induced Growth for Efficient Photovoltaics
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2023-05-26 , DOI: 10.1002/adma.202303061 Guangbao Wu 1 , Tanghao Liu 2 , Mengxiao Hu 1 , Zhipeng Zhang 2 , Shilin Li 3 , Linge Xiao 4 , Jia Guo 2 , Yueyang Wang 2 , Annan Zhu 2 , Wang Li 2 , Huiqiong Zhou 4 , Yuan Zhang 3 , Runfeng Chen 1 , Guichuan Xing 2
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2023-05-26 , DOI: 10.1002/adma.202303061 Guangbao Wu 1 , Tanghao Liu 2 , Mengxiao Hu 1 , Zhipeng Zhang 2 , Shilin Li 3 , Linge Xiao 4 , Jia Guo 2 , Yueyang Wang 2 , Annan Zhu 2 , Wang Li 2 , Huiqiong Zhou 4 , Yuan Zhang 3 , Runfeng Chen 1 , Guichuan Xing 2
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2D perovskites based on Formamidinium (FA) hold the potential for excellent stability and a broad absorption range, making them attractive materials for solar cells. However, FA-based 2D perovskites produced via one-step processing exhibit poor crystallinity and random quasi-quantum wells (QWs), leading to subpar photovoltaic performance. In this study, a seed-induced growth approach is introduced employing MAPbCl3 and BDAPbI4 in the deposition of FA-based Dion-Jacobson 2D perovskite films. This method yields high-quality perovskite films as the seeds preferentially precipitate and serve as templates for the epitaxial growth of FA-based counterparts, effectively suppressing the δ phase. Moreover, the epitaxial growth facilitated by uniformly dispersed seeds results in simultaneous crystallization from top to bottom, efficiently mitigating random phases (n = 2, 3, 4…) induced by the diffusion of organic cations and, in turn, minimizing energy loss. The impact of seed-induced growth on the crystallization and phase distribution of FA-based 2D perovskites is systematically investigated. As a result, the optimized FA-based 2D perovskite solar cell delivers an outstanding efficiency of 20.0%, accompanied by a remarkable fill factor of 0.823. Additionally, the unencapsulated device demonstrates exceptional stability, maintaining 98% of its initial efficiency after 1344 h of storage.
中文翻译：
通过种子诱导生长实现高效光伏发电的甲脒基 Dion-Jacobson 2D 钙钛矿的结晶度和相控制
基于甲脒 (FA) 的二维钙钛矿具有优异的稳定性和广泛的吸收范围的潜力，使其成为太阳能电池的有吸引力的材料。然而，通过一步加工生产的基于 FA 的二维钙钛矿表现出较差的结晶度和随机准量子阱 (QW)，导致光伏性能低于标准。在本研究中，引入了一种种子诱导生长方法，在基于 FA 的 Dion-Jacobson 2D 钙钛矿薄膜的沉积中采用 MAPbCl 3和 BDAPbI 4 。该方法可产生高质量的钙钛矿薄膜，因为晶种优先沉淀并作为 FA 基对应物外延生长的模板，有效抑制 δ相。此外，均匀分散的晶种促进外延生长，导致从上到下同时结晶，有效减轻有机阳离子扩散引起的随机相（n = 2、3、4…），从而最大限度地减少能量损失。系统研究了种子诱导生长对 FA 基二维钙钛矿结晶和相分布的影响。因此，优化后的基于 FA 的 2D 钙钛矿太阳能电池具有 20.0% 的出色效率，以及 0.823 的出色填充因子。此外，未封装的器件表现出卓越的稳定性，在存储 1344 小时后仍保持其初始效率的 98%。
更新日期：2023-05-26
中文翻译：
通过种子诱导生长实现高效光伏发电的甲脒基 Dion-Jacobson 2D 钙钛矿的结晶度和相控制
基于甲脒 (FA) 的二维钙钛矿具有优异的稳定性和广泛的吸收范围的潜力，使其成为太阳能电池的有吸引力的材料。然而，通过一步加工生产的基于 FA 的二维钙钛矿表现出较差的结晶度和随机准量子阱 (QW)，导致光伏性能低于标准。在本研究中，引入了一种种子诱导生长方法，在基于 FA 的 Dion-Jacobson 2D 钙钛矿薄膜的沉积中采用 MAPbCl 3和 BDAPbI 4 。该方法可产生高质量的钙钛矿薄膜，因为晶种优先沉淀并作为 FA 基对应物外延生长的模板，有效抑制 δ相。此外，均匀分散的晶种促进外延生长，导致从上到下同时结晶，有效减轻有机阳离子扩散引起的随机相（n = 2、3、4…），从而最大限度地减少能量损失。系统研究了种子诱导生长对 FA 基二维钙钛矿结晶和相分布的影响。因此，优化后的基于 FA 的 2D 钙钛矿太阳能电池具有 20.0% 的出色效率，以及 0.823 的出色填充因子。此外，未封装的器件表现出卓越的稳定性，在存储 1344 小时后仍保持其初始效率的 98%。
京公网安备 11010802027423号