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2D Ruddlesden-Popper perovskite (RPP) solar cells have excellent environmental stability. However, the power conversion efficiency (PCE) of RPP cells remains inferior to 3D perovskite-based cells. Herein, 2D (CH3(CH2)(3)NH3)(2)(CH3NH3)(n-1)PbnI3n+1 perovskite cells with different numbers of [PbI6](4-) sheets (n = 2-4) are analyzed. Photoluminescence quantum yield (PLQY) measurements show that nonradiative open-circuit voltage (V-OC) losses outweigh radiative losses in materials with n > 2. The n = 3 and n = 4 films exhibit a higher PLQY than the standard 3D methylammonium lead iodide perovskite although this is accompanied by increased interfacial recombination at the top perovskite/C-60 interface. This tradeoff results in a similar PLQY in all devices, including the n = 2 system where the perovskite bulk dominates the recombination properties of the cell. In most cases the quasi-Fermi level splitting matches the device V-OC within 20 meV, which indicates minimal recombination losses at the metal contacts. The results show that poor charge transport rather than exciton dissociation is the primary reason for the reduction in fill factor of the RPP devices. Optimized n = 4 RPP solar cells had PCEs of 13% with significant potential for further improvements.
Ihre außergewöhnlich hohen Konversionseffizienzen von über 20 % und die einfache Zellherstellung machen Hybridperowskite zu heißen Kandidaten für alternative Solarzellenmaterialien. CH3NH3PbI3 als Archetyp dieser Materialklasse besitzt außergewöhnliche Eigenschaften wie eine sehr effiziente Umwandlung von Solarenergie, wobei besonders Ferroelektrizität als mögliche Erklärung in den Fokus gerückt ist. Diese erfordert allerdings eine nicht-zentrosymmetrische Kristallstruktur als notwendige Voraussetzung. Wir stellen hier eine Erklärung des Symmetriebruchs in diesem Material auf kristallographischem, d. h. fernordnungs-basiertem, Wege vor. Während das Molekülkation CH3NH3+ intrinsisch polar ist, ist es extrem fehlgeordnet und kann deshalb nicht die einzige Erklärung darstellen. Es verzerrt allerdings das umgebende Kristallgitter und ruft dadurch eine Verschiebung der Iod-Atome von den zentrosymmetrischen Positionen hervor.
Ihre außergewöhnlich hohen Konversionseffizienzen von über 20 % und die einfache Zellherstellung machen Hybridperowskite zu heißen Kandidaten für alternative Solarzellenmaterialien. CH3NH3PbI3 als Archetyp dieser Materialklasse besitzt außergewöhnliche Eigenschaften wie eine sehr effiziente Umwandlung von Solarenergie, wobei besonders Ferroelektrizität als mögliche Erklärung in den Fokus gerückt ist. Diese erfordert allerdings eine nicht-zentrosymmetrische Kristallstruktur als notwendige Voraussetzung. Wir stellen hier eine Erklärung des Symmetriebruchs in diesem Material auf kristallographischem, d. h. fernordnungs-basiertem, Wege vor. Während das Molekülkation CH3NH3+ intrinsisch polar ist, ist es extrem fehlgeordnet und kann deshalb nicht die einzige Erklärung darstellen. Es verzerrt allerdings das umgebende Kristallgitter und ruft dadurch eine Verschiebung der Iod-Atome von den zentrosymmetrischen Positionen hervor.