High open circuit voltages in pin-type perovskite solar cells through strontium addition

文献情報

出版日 2019-01-09
DOI 10.1039/C8SE00509E
インパクトファクター 6.367
著者

Christian M. Wolff, José A. Márquez Prieto, Martin Stolterfoht, Pascal Becker, Thomas Unold, Bernd Rech, Dieter Neher


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要旨

The incorporation of even small amounts of strontium (Sr) into lead-base hybrid quadruple cation perovskite solar cells results in a systematic increase of the open circuit voltage (Voc) in pin-type perovskite solar cells. We demonstrate via absolute and transient photoluminescence (PL) experiments how the incorporation of Sr significantly reduces the non-radiative recombination losses in the neat perovskite layer. We show that Sr segregates at the perovskite surface, where it induces important changes of morphology and energetics. Notably, the Sr-enriched surface exhibits a wider band gap and a more n-type character, accompanied with significantly stronger surface band bending. As a result, we observe a significant increase of the quasi-Fermi level splitting in the neat perovskite by reduced surface recombination and more importantly, a strong reduction of losses attributed to non-radiative recombination at the interface to the C60 electron-transporting layer. The resulting solar cells exhibited a Voc of 1.18 V, which could be further improved to nearly 1.23 V through addition of a thin polymer interlayer, reducing the non-radiative voltage loss to only 110 meV. Our work shows that simply adding a small amount of Sr to the precursor solutions induces a beneficial surface modification in the perovskite, without requiring any post treatment, resulting in high efficiency solar cells with power conversion efficiency (PCE) up to 20.3%. Our results demonstrate very high Voc values and efficiencies in Sr-containing quadruple cation perovskite pin-type solar cells and highlight the imperative importance of addressing and minimizing the recombination losses at the interface between perovskite and charge transporting layer.

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