2D Phase Formation on 3D Perovskite: Insights from Molecular Stiffness

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Scalon, Lucas ; Nogueira, Charles Alves ; Fonseca, Andre Felipe Vale ; Marchezi, Paulo E. ; Moral, Raphael Fernando ; Grancini, Giulia ; Kodalle, Tim ; Sutter-Fella, Carolin M. ; Oliveira, Caio Costa ; Zagonel, Luiz F. ; Nogueira, Ana F.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES; v. 16, n. 38, p. 11-pg., 2024-09-13.

Resumo

Several studies have demonstrated that low-dimensional structures (e.g., two-dimensional (2D)) associated with three-dimensional (3D) perovskite films enhance the efficiency and stability of perovskite solar cells. Here, we aim to track the formation sites of the 2D phase on top of the 3D perovskite and to establish correlations between molecular stiffness and steric hindrance of the organic cations and their influence on the formation and crystallization of 2D/3D. Using cathodoluminescence combined with a scanning electron microscopy technique, we verified that the formation of the 2D phase occurs preferentially on the grain boundaries of the 3D perovskite. This helps explain some passivation mechanisms conferred by the 2D phase on 3D perovskite films. Furthermore, by employing in situ grazing-incidence wide-angle X-ray scattering, we monitored the formation and crystallization of the 2D/3D perovskite using three cations with varying molecular stiffness. In this series of molecules, the formation and crystallization of the 2D phase are found to be dependent on both steric hindrance around the ammonium group and molecular stiffness. Finally, we employed a 2D/3D perovskite heterointerface in a solar cell. The presence of the 2D phase, particularly those formed from flexible cations, resulted in a maximum power conversion efficiency of 21.5%. This study provides insight into critical aspects related to how bulky organic cations' stiffness and steric hindrance influence the formation, crystallization, and distribution of 2D perovskite phases. (AU)

• Processo FAPESP: 21/06893-3 - Materiais opticamente ativos estudados por microscopia de varredura de tunelamento
• Beneficiário: Luiz Fernando Zagonel
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores - Fase 2
• Processo FAPESP: 20/04406-5 - Células solares de perovskita a partir de fontes baratas, fáceis e verdes: uma abordagem sinérgica da síntese de novos materiais transportadores de buracos e do uso de solventes mais ecológicos
• Beneficiário: Lucas Scalon
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 23/10395-4 - Passivação com pontos quânticos em células solares de perovskita de alta estabilidade
• Beneficiário: André Felipe Vale da Fonseca
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 18/01669-5 - Novos complexos metálicos quirais e suas aplicações em catálise assimétrica
• Beneficiário: Caio Costa Oliveira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Processo FAPESP: 22/06645-2 - Identificação de inomogeneidades morfológicas e espectrais em perovskitas via luminescência e topografia
• Beneficiário: Charles Alves Nogueira de Almeida
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Processo FAPESP: 17/11986-5 - Geração e Armazenamento de Novas Energias: trazendo desenvolvimento tecnológico para o país
• Beneficiário: Ana Flávia Nogueira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa em Engenharia