SCOPUS
SCIE
Efficient composition tuning via cation exchange and improved reproducibility of photovoltaic performance in FA<sub> <i>x</i> </sub>MA<sub>1-<i>x</i> </sub>PbI<sub>3</sub> planar heterojunction solar cells fabricated by a two-step dynamic spin-coating pr
저자
Jung, Kyungeun ; Lee, Jae-Ho ; Oh, Kwonwoo ; Im, Chan ; Do, Junghwan ; Kim, Joosun ; Chae, Weon-Sik ; Lee, Man-Jong
발행기관
학술지명
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발행연도
2018
작성언어
-주제어
등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
251-263(13쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>We synthesized uniform FA<SUB> <I>x</I> </SUB>MA<SUB>1-<I>x</I> </SUB>PbI<SUB>3</SUB> perovskite films with a single α phase by a two-step process combined with a dynamically dispensed spin-coating technique. It uses the continuous dropping of precursor solutions with a constant CH<SUB>3</SUB>NH<SUB>3</SUB>I (MAI)/HC(NH<SUB>2</SUB>)<SUB>2</SUB>I (FAI) concentration enabling the kinetically controlled grain growth. Dynamic coating cycles are also changed to facilitate a cation-exchange process, control the degree of the mutual inter-mixing between formamidinium lead triiodide (FAPbI<SUB>3</SUB>) and methylammonium lead triiodide (MAPbI<SUB>3</SUB>) and examine the formation process and properties of the mixed perovskite films formed under the excess MA/FA cation environment, which has not been clarified so far. Notably, without additional solvent washing steps, FA<SUB> <I>x</I> </SUB>MA<SUB>1-<I>x</I> </SUB>PbI<SUB>3</SUB> films are adjustable in composition, pinhole-free, and have various grain sizes depending on the coating cycles. Perovskite solar cells (PSCs) synthesized from FA<SUB> <I>x</I> </SUB>MA<SUB>1-<I>x</I> </SUB>PbI<SUB>3</SUB> films with two cycles of the dynamic spin coating have achieved a maximum power conversion efficiency (PCE) of 18.50% with an average PCE of 17.06 ± 0.42%, which shows much-improved performance as well as reproducibility compared with 14.79 ± 1.82% obtained from the conventional static spin-coating method. In addition, we first found mixed FA<SUB> <I>x</I> </SUB>MA<SUB>1-<I>x</I> </SUB>PbI<SUB>3</SUB> perovskites synthesized under an excess cation environment containing local stoichiometric inhomogeneities as well as excess residual cations (C˭N and NH<SUB>3</SUB> <SUP>+</SUP>) acting as recombination traps, which is supported by the calculation of trap densities.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Design a new two-step process combining dynamically dispensed spin-coating technique. </LI> <LI> Single α phase FA<SUB> <I>x</I> </SUB>MA<SUB>1-<I>x</I> </SUB>PbI<SUB>3</SUB> are achieved without any solvent washing steps. </LI> <LI> Depending on dynamic coating cycles, <I>x</I> can be adjusted by an active cation exchange. </LI> <LI> Maximum 18.50% with an average of 17.06 ± 0.42% shows an excellent reproducibility </LI> <LI> Perovskites formed under excess cations resulted in the adsorption of excess residual cations acting as traps, which were probed by 2D FTIR imaging. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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