Design of two-dimensional perovskite solar cells with superior efficiency and stability

Abstract

ABSTRACT : Pervskite solar cells have attracted extensive attention from researchers worldwide due to their rapid development and efficiency. Nevertheless, stability is still an issue that limits the advance of this technology. In this work, we present the fabrication and characterization of two-dimensional perovskites of the Ruddlesden-Popper’s family (A)2(MA)n−1PbnI3n+1 (three different A-site large cations were investigated: A=n-propylammonium, t-Butylammonium or Benzylammonium). The modulation of the large organic cations increased the band gap of the materials and improved moisture and thermal stability, making it possible to fabricate PSCs. Even though the organic interlayers intrinsically reduce the transport properties of the devices and therefore lower currents are obtained in the layered systems, a remarkable efficiency of 10.35% was obtained for (BUA)2(MA)2Pb3I10, with superior stability, and therefore, it was possible to retain 68% of its initial value after 1700 h for devices without encapsulation.

RESUMEN : Las celdas solares de Perovskita han atraído la atención de la comunidad científica en los últimos años debido a los avances significativos en su eficiencia. Sin embargo, su estabilidad es todavía un problema que limita el avance de esta tecnología. En este trabajo se presenta la fabricación y caracterización de pervoskitas bidimiensionales pertenecientes a la familia Ruddlesden-Poppery (A)2(MA)n−1PbnI3n+1 (se estudiaron 3 cationes grandes en la posición A: n-propilamonio, t-Butilamonio o Bencilamonio). La modulación de estos cationes que promueven la formación de una estructura bidimensional, generó un incremento en el bandgap de los materiales, así como una mejora en su estabilidad térmica y a la humedad. Aunque naturalmente la introducción de estos cationes genera una disminución en las propiedades de transporte, reduciendo la corriente de los dispositivos, se lograron obtener dispositivos con eficiencias de 10,35% para (BUA)2(MA)2Pb3I10, que, presentando una estabilidad mejorada, lograron retener el 68% de valor inicial luego de 1700h sin encapsulamiento.