Unraveling the Degradation Pathway of Inverted Perovskite Solar Cells Based on ISOS-D-1 Protocol.
ISOS-D-1 testing
degradation pathways
inverted perovskite solar cells
Journal
Small methods
ISSN: 2366-9608
Titre abrégé: Small Methods
Pays: Germany
ID NLM: 101724536
Informations de publication
Date de publication:
17 Jun 2023
17 Jun 2023
Historique:
revised:
31
05
2023
received:
21
02
2023
medline:
18
6
2023
pubmed:
18
6
2023
entrez:
18
6
2023
Statut:
aheadofprint
Résumé
Perovskite solar cells (PSCs) have shown rapid development recently, whereas nonideal stability remains the chief obstacle toward commercialization. Thus, it is of utmost importance to probe the degradation pathway for the entire device. Here, the extrinsic stability of inverted PSCs (IPSCs) is investigated by using standard shelf-life testing based on the International Summit on Organic Photovoltaic Stability protocols (ISOS-D-1). During the long-term assessment of 1700 h, the degraded power conversion efficiency is mainly caused by the fill factor (53% retention) and short-circuit current density (71% retention), while the open-circuit voltage still maintains 97% of the initial values. Further absorbance evolution and density functional theory calculations disclose that the perovskite rear-contact side, in particular for the perovskite/fullerene interface, is the predominant degradation pathway. This study contributes to understanding the aging mechanism and enhancing the durability of IPSCs for future applications.
Identifiants
pubmed: 37330642
doi: 10.1002/smtd.202300223
doi:
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e2300223Subventions
Organisme : Newton Advanced Fellowship
ID : 192097
Organisme : China Scholarship Council
ID : 201706020158
Organisme : National Key Research and Development Program of China
ID : 2019YFB1503500
Organisme : State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology
ID : 201901
Organisme : Fujian Key Laboratory of Photoelectric Functional Materials
ID : FJPFM-201902
Organisme : Innovation Group Project of Sichuan Province
ID : 20CXTD0090
Organisme : European Commission H2020 CORNET program
ID : 760949
Organisme : Equal Opportunities Foundation Hong Kong
Organisme : EPSRC standard research
ID : EP/V027131/1
Informations de copyright
© 2023 The Authors. Small Methods published by Wiley-VCH GmbH.
Références
NREL, “Best Research-Cell Efficiencies,” https://www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/best-research-cell-efficiencies.pdf (accessed: May 2023).
B. Li, Y. Xiang, K. D. G. I. Jayawardena, D. Luo, Z. Wang, X. Yang, J. F. Watts, S. Hinder, M. T. Sajjad, T. Webb, H. Luo, I. Marko, H. Li, S. A. J. Thomson, R. Zhu, G. Shao, S. J. Sweeney, S. R. P. Silva, W. Zhang, Nano Energy 2020, 78, 105249.
B. Li, J. Deng, J. A. Smith, P. Caprioglio, K. Ji, D. Luo, J. D. McGettrick, K. D. G. I. Jayawardena, R. C. Kilbride, A. Ren, S. Hinder, J. Bi, T. Webb, I. Marko, X. Liu, Y. Xiang, J. Reding, H. Li, S. Du, D. G. Lidzey, S. D. Stranks, T. Watson, S. Sweeney, H. J. Snaith, S. R. P. Silva, W. Zhang, Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2202868.
Z. Li, B. Li, X. Wu, S. A. Sheppard, S. Zhang, D. Gao, N. J. Long, Z. Zhu, Science 2022, 376, 416.
R. Azmi, E. Ugur, A. Seitkhan, F. Aljamaan, A. S. Subbiah, J. Liu, G. T. Harrison, M. I. Nugraha, M. K. Eswaran, M. Babics, Y. Chen, F. Xu, T. G. Allen, A. U. Rehman, C. Wang, T. D. Anthopoulos, U. Schwingenschlögl, M. D. Bastiani, E. Aydin, S. D. Wolf, Science 2022, 376, 73.
G. Li, Z. Su, L. Canil, D. Hughes, M. H. Aldamasy, J. Dagar, S. Trofimov, L. Wang, W. Zuo, J. J. Jerónimo-Rendon, M. M. Byranvand, C. Wang, R. Zhu, Z. Zhang, F. Yang, G. Nasti, B. Naydenov, W. C. Tsoi, Z. Li, X. Gao, Z. Wang, Y. Jia, E. Unger, M. Saliba, M. Li, A. Abate, Science 2023, 379, 399.
D. P. McMeekin, S. Mahesh, N. K. Noel, M. T. Klug, J. Lim, J. H. Warby, J. M. Ball, L. M. Herz, M. B. Johnston, H. J. Snaith, Joule 2019, 3, 387.
F. Lang, M. Jošt, K. Frohna, E. Köhnen, A. Al-Ashouri, A. R. Bowman, T. Bertram, A. B. Morales-Vilches, D. Koushik, E. M. Tennyson, K. Galkowski, G. Landi, M. Creatore, B. Stannowski, C. A. Kaufmann, J. Bundesmann, J. Rappich, B. Rech, A. Denker, S. Albrecht, H. C. Neitzert, N. H. Nickel, S. D. Stranks, Joule 2020, 4, 1054.
L. Mazzarella, Y. H. Lin, S. Kirner, A. B. Morales-Vilches, L. Korte, S. Albrecht, E. Crossland, B. Stannowski, C. Case, H. J. Snaith, R. Schlatmann, Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1803241.
Y. Hou, E. Aydin, M. De Bastiani, C. Xiao, F. H. Isikgor, D. J. Xue, B. Chen, H. Chen, B. Bahrami, A. H. Chowdhury, A. Johnston, S.-W. Baek, Z. Huang, M. Wei, Y. Dong, J. Troughton, R. Jalmood, A. J. Mirabelli, T. G. Allen, E. Van Kerschaver, M. I. Saidaminov, D. Baran, Q. Qiao, K. Zhu, S. De Wolf, E. H. Sargent, Science 2020, 367, 1135.
J. Xu, C. C. Boyd, Z. J. Yu, A. F. Palmstrom, D. J. Witter, B. W. Larson, R. M. France, J. Werner, S. P. Harvey, E. J. Wolf, W. Weigand, S. Manzoor, M. F. A. M. van Hest, J. J. Berry, J. M. Luther, Z. C. Holman, M. D. McGehee, Science 2020, 367, 1097.
D. Kim, H. J. Jung, I. J. Park, B. W. Larson, S. P. Dunfield, C. Xiao, J. Kim, J. Tong, P. Boonmongkolras, S. G. Ji, F. Zhang, S. R. Pae, M. Kim, S. B. Kang, V. Dravid, J. J. Berry, J. Y. Kim, K. Zhu, D. H. Kim, B. Shin, Science 2020, 368, 155.
B. Li, W. Zhang, Commun. Mater. 2022, 3, 65.
Y. H. Lin, N. Sakai, P. Da, J. Wu, H. C. Sansom, A. J. Ramadan, S. Mahesh, J. Liu, R. D. J. Oliver, J. Lim, L. Aspitarte, K. Sharma, P. K. Madhu, A. B. Morales-Vilches, P. K. Nayak, S. Bai, F. Gao, C. R. M. Grovenor, M. B. Johnston, J. G. Labram, J. R. Durrant, J. M. Ball, B. Wenger, B. Stannowski, H. J. Snaith, Science 2020, 369, 96.
X. Li, F. Zhang, H. He, J. J. Berry, K. Zhu, T. Xu, Nature 2020, 578, 555.
L. Shi, M. P. Bucknall, T. L. Young, M. Zhang, L. Hu, J. Bing, D. S. Lee, J. Kim, T. Wu, N. Takamure, D. R. McKenzie, S. Huang, M. A. Green, A. W. Y. Ho-Baillie, Science 2020, 368, 1309.
H. Chen, S. Teale, B. Chen, Y. Hou, L. Grater, T. Zhu, K. Bertens, S. M. Park, H. R. Atapattu, Y. Gao, M. Wei, A. K. Johnston, Q. Zhou, K. Xu, D. Yu, C. Han, T. Cui, E. H. Jung, C. Zhou, W. Zhou, A. H. Proppe, S. Hoogland, F. Laquai, T. Filleter, K. R. Graham, Z. Ning, E. H. Sargent, Nat. Photonics 2022, 16, 352.
S. Yang, S. Chen, E. Mosconi, Y. Fang, X. Xiao, C. Wang, Y. Zhou, Z. Yu, J. Zhao, Y. Gao, F. De Angelis, J. Huang, Science 2019, 365, 473.
X. Li, W. Zhang, X. Guo, C. Lu, J. Wei, J. Fang, Science 2022, 375, 434.
A. Al-Ashouri, E. Köhnen, B. Li, A. Magomedov, H. Hempel, P. Caprioglio, J. A. Márquez, A. B. Morales Vilches, E. Kasparavicius, J. A. Smith, N. Phung, D. Menzel, M. Grischek, L. Kegelmann, D. Skroblin, C. Gollwitzer, T. Malinauskas, M. Jošt, G. Matič, B. Rech, R. Schlatmann, M. Topič, L. Korte, A. Abate, B. Stannowski, D. Neher, M. Stolterfoht, T. Unold, V. Getautis, S. Albrecht, Science 2020, 370, 1300.
C. C. Boyd, R. Cheacharoen, T. Leijtens, M. D. McGehee, Chem. Rev. 2018, 119, 3418.
E. Ramasamy, V. Karthikeyan, K. Rameshkumar, G. Veerappan, Mater. Lett. 2019, 250, 51.
L. Shi, T. L. Young, J. Kim, Y. Sheng, L. Wang, Y. Chen, Z. Feng, M. J. Keevers, X. Hao, P. J. Verlinden, M. A. Green, A. W. Y. Ho-Baillie, ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 25073.
S. Ma, G. Yuan, Y. Zhang, N. Yang, Y. Li, Q. Chen, Energy Environ. Sci. 2022, 15, 13.
M. V. Khenkin, E. A. Katz, A. Abate, G. Bardizza, J. J. Berry, C. Brabec, F. Brunetti, V. Bulović, Q. Burlingame, A. Di Carlo, R. Cheacharoen, Y.-B. Cheng, A. Colsmann, S. Cros, K. Domanski, M. Dusza, C. J. Fell, S. R. Forrest, Y. Galagan, D. Di Girolamo, M. Grätzel, A. Hagfeldt, E. von Hauff, H. Hoppe, J. Kettle, H. Köbler, M. S. Leite, S. (Frank) Liu, Y. L. Loo, J. M. Luther, Nat. Energy 2020, 5, 35.
X. Xu, C. Ma, Y. Cheng, Y. M. Xie, X. Yi, B. Gautam, S. Chen, H. W. Li, C. S. Lee, F. So, S. W. Tsang, J. Power Sources 2017, 360, 157.
C. Chen, S. Zhang, S. Wu, W. Zhang, H. Zhu, Z. Xiong, Y. Zhang, W. Chen, RSC Adv. 2017, 7, 35819.
N. Shibayama, H. Kanda, T. W. Kim, H. Segawa, S. Ito, APL Mater. 2019, 7, 031117.
Q. Jiang, L. Zhang, H. Wang, X. Yang, J. Meng, H. Liu, Z. Yin, J. Wu, X. Zhang, J. You, Nat. Energy 2017, 2, 16177.
N. Mundhaas, Z. J. Yu, K. A. Bush, H. P. Wang, J. Häusele, S. Kavadiya, M. D. McGehee, Z. C. Holman, Sol. RRL 2019, 3, 1800378.
A. Guerrero, J. You, C. Aranda, Y. S. Kang, G. Garcia-Belmonte, H. Zhou, J. Bisquert, Y. Yang, ACS Nano 2016, 10, 218.
J. A. Christians, P. Schulz, J. S. Tinkham, T. H. Schloemer, S. P. Harvey, B. J. Tremolet de Villers, A. Sellinger, J. J. Berry, J. M. Luther, Nat. Energy 2018, 3, 68.
Y. Deng, Q. Dong, C. Bi, Y. Yuan, J. Huang, Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1600372.
J. S. Yun, J. Kim, T. Young, R. J. Patterson, D. Kim, J. Seidel, S. Lim, M. A. Green, S. Huang, A. Ho-Baillie, Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1705363.
G. E. Eperon, S. N. Habisreutinger, T. Leijtens, B. J. Bruijnaers, J. J. Van Franeker, D. W. Dequilettes, S. Pathak, R. J. Sutton, G. Grancini, D. S. Ginger, R. A. J. Janssen, A. Petrozza, H. J. Snaith, ACS Nano 2015, 9, 9380.
Q. Jiang, Y. Zhao, X. Zhang, X. Yang, Y. Chen, Z. Chu, Q. Ye, X. Li, Z. Yin, J. You, Nat. Photonics 2019, 13, 460.
Q. Wang, C. Bi, J. Huang, Nano Energy 2015, 15, 275.
S. Bai, P. Da, C. Li, Z. Wang, Z. Yuan, F. Fu, M. Kawecki, X. Liu, N. Sakai, J. T.-W. Wang, S. Huettner, S. Buecheler, M. Fahlman, F. Gao, H. J. Snaith, Nature 2019, 571, 245.
K. Domanski, B. Roose, T. Matsui, M. Saliba, S.-H. Turren-Cruz, J. P. Correa-Baena, C. R. Carmona, G. Richardson, J. M. Foster, F. De Angelis, J. M. Ball, A. Petrozza, N. Mine, M. K. Nazeeruddin, W. Tress, M. Grätzel, U. Steiner, A. Hagfeldt, A. Abate, Energy Environ. Sci. 2017, 10, 604.
B. Li, Y. Xiang, K. D. G. I. Jayawardena, D. Luo, J. F. Watts, S. Hinder, H. Li, V. Ferguson, H. Luo, R. Zhu, S. R. P. Silva, W. Zhang, Sol. RRL 2020, 4, 2000060.
M. Saliba, T. Matsui, J. Y. Seo, K. Domanski, J. P. Correa-Baena, M. K. Nazeeruddin, S. M. Zakeeruddin, W. Tress, A. Abate, A. Hagfeldt, M. Grätzel, Energy Environ. Sci. 2016, 9, 1989.
X. Sun, M. Gobbi, A. Bedoya-Pinto, O. Txoperena, F. Golmar, R. Llopis, A. Chuvilin, F. Casanova, L. E. Hueso, Nat. Commun. 2013, 4, 2794.
Y. Deng, S. Xu, S. Chen, X. Xiao, J. Zhao, J. Huang, Nat. Energy 2021, 6, 633.
Y. Shao, Z. Xiao, C. Bi, Y. Yuan, J. Huang, Nat. Commun. 2014, 5, 5784.
J. You, L. Meng, T. Bin Song, T. F. Guo, W. H. Chang, Z. Hong, H. Chen, H. Zhou, Q. Chen, Y. Liu, N. De Marco, Y. Yang, Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 75.
Q. Bao, X. Liu, S. Braun, M. Fahlman, Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1301272.
J. Yang, B. D. Siempelkamp, D. Liu, T. L. Kelly, ACS Nano 2015, 9, 1955.
Y. Fang, C. Bi, D. Wang, J. Huang, ACS Energy Lett. 2017, 2, 782.
X. Zheng, B. Chen, J. Dai, Y. Fang, Y. Bai, Y. Lin, H. Wei, X. C. Zeng, J. Huang, Nat. Energy 2017, 2, 17102.
B. Chen, P. N. Rudd, S. Yang, Y. Yuan, J. Huang, Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 3842.
S. Chambon, A. Rivaton, J. L. Gardette, M. Firon, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2007, 91, 394.
F. Wang, W. Geng, Y. Zhou, H. Fang, C. Tong, M. A. Loi, L. Liu, N. Zhao, 2016, 28, 9986.
Y. Kato, L. K. Ono, M. V. Lee, S. Wang, S. R. Raga, Y. Qi, Adv. Mater. Interfaces 2015, 2, 1500195.
J. Li, Q. Dong, N. Li, L. Wang, Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1602922.
E. J. Juarez-Perez, Z. Hawash, S. R. Raga, L. K. Ono, Y. Qi, Energy Environ. Sci. 2016, 9, 3406.
D. B. Khadka, Y. Shirai, M. Yanagida, K. Miyano, ACS Appl. Energy Mater. 2021, 4, 11121.