Preparation of Efficient and Stable Perovskite Solar Cells Based on Amino Acid Derivative Hydrochloride Additives

doi:10.7503/cjcu20240044

Abstract

Abstract:

The rapid development of perovskite solar cells（PSCs） has made them one of the most competitive photovoltaic devices in the field of new energy. However， there is still great room for improvement in photoelectric conversion efficiency（PCE） and stability. Here， an amino acid derivative hydrochloride was introduced as an additive in perovskite， D-phenylglycine methyl ester hydrochloride（PGMECl）. PGMECl contains a benzene ring， an ester group， —NH₃⁺ terminal and Cl^- ions. The multiple functional groups worked together to react with uncoordinated Pb²⁺， passivating defects in perovskite. The perovskite grains became denser， surface roughness decreased， and non-radiative recombination of charge carriers was reduced. By adjusting the energy level arrangement， it is more suitable for charge transfer in inverted perovskite solar cells. The results showed that the champion power conversion efficiency（PCE） of PGMECl modification device is 21.04%， which is much higher than that of control devices（17.79%）. The decrease in hysteresis effect also indicates a decrease in ion migration. Under unencapsulated conditions， devices containing PGMECl additives can still maintain a PCE of 70% of the initial efficiency after aging in the dark in air［（40±5）% relative humidity（RH）］ for 1000 h， while the efficiency of the basic device decreases to 50% after 500 h of storage.

Key words: D-phenylglycine methyl ester hydrochloride, Perovskite solar cell, Power conversion efficiency, Stability

CLC Number:

O646

TrendMD:

HU Die, SUN Qing, MENG Xiangxin, LING Jinxiang, CHENG Bin, KANG Bonan. Preparation of Efficient and Stable Perovskite Solar Cells Based on Amino Acid Derivative Hydrochloride Additives[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(5): 20240044.

Figures/Tables 12

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PSC	V_OC/V	J_SC/（mA·cm^-2）	FF（%）	PCE（%）
Control	1.108	21.324	75.26	17.79
With 0.3% PGMECl	1.114	22.653	81.68	20.61
With 0.5% PGMECl	1.134	22.883	81.07	21.04
With 1.0% PGMECl	1.128	21.733	79.06	19.38

PSC	V_OC/V	J_SC/（mA·cm^-2）	FF（%）	PCE（%）
Control	1.108	21.324	75.26	17.79
With 0.3% PGMECl	1.114	22.653	81.68	20.61
With 0.5% PGMECl	1.134	22.883	81.07	21.04
With 1.0% PGMECl	1.128	21.733	79.06	19.38

PSCs	Scan direction	V_OC/V	J_SC/（mA·cm^-2）	FF（%）	PCE（%）	HI
Control	Reverse	1.074	22.019	78.76	18.63	4.8
Control	Forward	1.064	21.971	75.86	17.73
With PGMECl	Reverse	1.134	22.883	81.07	21.04	3.7
With PGMECl	Forward	1.128	22.571	79.17	20.26

PSCs	Scan direction	V_OC/V	J_SC/（mA·cm^-2）	FF（%）	PCE（%）	HI
Control	Reverse	1.074	22.019	78.76	18.63	4.8
Control	Forward	1.064	21.971	75.86	17.73
With PGMECl	Reverse	1.134	22.883	81.07	21.04	3.7
With PGMECl	Forward	1.128	22.571	79.17	20.26

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