Organic–inorganic lead halide perovskites have attracted great interest as low-cost and high efficiency solar cells. However, the excessive surface defects of perovskite crystal grains are still a crucial factor that limits further improvement in the performance of corresponding devices. Here, we introduce potassium chloride (KCl) into the precursor of a triple A-cation mixed-halide perovskite to passivate the surface defects and provide an insight into the underlying passivation mechanism of this common salt. We reveal that KCl exists on the surface of perovskite grains, suppressing the grain surface defects and modulating the energy level alignment of the perovskite solar cell (PSC). KCl added PSCs achieved a high open circuit voltage of 1.162 V compared with that of a control device (1.087 V), due to suppressed non-radiative recombination losses. Our work investigates the synergetic effect of K+ and Cl on the enhancement of the device performance and provides an effective strategy of defect passivation toward highly efficient perovskite solar cells.

1.
F.
Hao
,
C. C.
Stoumpos
,
D. H.
Cao
,
R. P. H.
Chang
, and
M. G.
Kanatzidis
,
Nat. Photonics
8
,
489
(
2014
).
2.
M. M.
Lee
,
J.
Teuscher
,
T.
Miyasaka
,
T. N.
Murakami
, and
H. J.
Snaith
,
Science
338
,
643
(
2012
).
3.
G.
Xing
,
N.
Mathews
,
S.
Sun
,
S. S.
Lim
,
Y. M.
Lam
,
M.
Gratzel
,
S.
Mhaisalkar
, and
T. C.
Sum
,
Science
342
,
344
(
2013
).
4.
S. D.
Stranks
,
G. E.
Eperon
,
G.
Grancini
,
C.
Menelaou
,
M. J.
Alcocer
,
T.
Leijtens
,
L. M.
Herz
,
A.
Petrozza
, and
H. J.
Snaith
,
Science
342
,
341
(
2013
).
5.
A.
Kojima
,
K.
Teshima
,
Y.
Shirai
, and
T.
Miyasaka
,
J. Am. Chem. Soc.
131
,
6050
(
2009
).
6.
See https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html for NREL Chart (last accessed August 2019).
7.
J.
Wang
,
W.
Fu
,
S.
Jariwala
,
I.
Sinha
,
A. K. Y.
Jen
, and
D. S.
Ginger
,
ACS Energy Lett.
4
,
222
(
2018
).
8.
J. M.
Azpiroz
,
E.
Mosconi
,
J.
Bisquert
, and
F.
De Angelis
,
Energy Environ. Sci.
8
,
2118
(
2015
).
9.
C.
Eames
,
J. M.
Frost
,
P. R.
Barnes
,
B. C.
O'Regan
,
A.
Walsh
, and
M. S.
Islam
,
Nat. Commun.
6
,
7497
(
2015
).
10.
D.
Meggiolaro
,
S. G.
Motti
,
E.
Mosconi
,
A. J.
Barker
,
J.
Ball
,
C.
Andrea Riccardo Perini
,
F.
Deschler
,
A.
Petrozza
, and
F.
De Angelis
,
Energy Environ. Sci.
11
,
702
(
2018
).
11.
M. H.
Du
,
J. Mater. Chem. A
2
,
9091
(
2014
).
12.
Z.
Xiao
,
Y.
Yuan
,
Y.
Shao
,
Q.
Wang
,
Q.
Dong
,
C.
Bi
,
P.
Sharma
,
A.
Gruverman
, and
J.
Huang
,
Nat. Mater.
14
,
193
(
2015
).
13.
G. J.
Wetzelaer
,
M.
Scheepers
,
A. M.
Sempere
,
C.
Momblona
,
J.
Ávila
, and
H. J.
Bolink
,
Adv. Mater.
27
,
1837
(
2015
).
14.
J.
Kim
,
S. H.
Lee
,
J. H.
Lee
, and
K. H.
Hong
,
J. Phys. Chem. Lett.
5
,
1312
(
2014
).
15.
J. M.
Ball
and
A.
Petrozza
,
Nat. Energy
1
,
16149
(
2016
).
16.
T. S.
Sherkar
,
C.
Momblona
,
L.
Gil-Escrig
,
J.
Ávila
,
M.
Sessolo
,
H. J.
Bolink
, and
L. J. A.
Koster
,
ACS Energy Lett.
2
,
1214
(
2017
).
17.
K.
Liu
,
Y.
Jiang
,
Y.
Jiang
,
Y.
Guo
,
Y.
Liu
, and
E.
Nakamura
,
J. Am. Chem. Soc.
141
,
1406
(
2018
).
18.
T.
Li
,
Y.
Pan
,
Z.
Wang
,
Y.
Xia
,
Y.
Chen
, and
W.
Huang
,
J. Mater. Chem. A
5
,
12602
(
2017
).
19.
A.
Fakharuddin
,
L.
Schmidt-Mende
,
G.
Garcia-Belmonte
,
R.
Jose
, and
I.
Mora-Sero
,
Adv. Energy Mater.
7
,
1700623
(
2017
).
20.
N.
De Marco
,
H.
Zhou
,
Q.
Chen
,
P.
Sun
,
Z.
Liu
,
L.
Meng
,
E. P.
Yao
,
Y.
Liu
,
A.
Schiffer
, and
Y.
Yang
,
Nano Lett.
16
,
1009
(
2016
).
21.
J. W.
Lee
,
H. S.
Kim
, and
N. G.
Park
,
Acc. Chem. Res.
49
,
311
(
2016
).
22.
Y.
Guo
,
W.
Sato
,
K.
Shoyama
, and
E.
Nakamura
,
J. Am. Chem. Soc.
138
,
5410
(
2016
).
23.
Y.
Zhang
,
P.
Gao
,
E.
Oveisi
,
Y.
Lee
,
Q.
Jeangros
,
G.
Grancini
,
S.
Paek
,
Y.
Feng
, and
M. K.
Nazeeruddin
,
J. Am. Chem. Soc.
138
,
14380
(
2016
).
24.
W.-Q.
Wu
,
Z.
Yang
,
P. N.
Rudd
,
Y.
Shao
,
X.
Dai
,
H.
Wei
,
J.
Zhao
,
Y.
Fang
,
Q.
Wang
,
Y.
Liu
,
Y.
Deng
,
X.
Xiao
,
Y.
Feng
, and
J.
Huang
,
Sci. Adv.
5
,
eaav8925
(
2019
).
25.
M.
Saliba
,
T.
Matsui
,
K.
Domanski
,
J. Y.
Seo
,
A.
Ummadisingu
,
S. M.
Zakeeruddin
,
J. P.
Correa-Baena
,
W. R.
Tress
,
A.
Abate
,
A.
Hagfeldt
, and
M.
Gratzel
,
Science
354
,
206
(
2016
).
26.
T.
Bu
,
X.
Liu
,
Y.
Zhou
,
J.
Yi
,
X.
Huang
,
L.
Luo
,
J.
Xiao
,
Z.
Ku
,
Y.
Peng
,
F.
Huang
,
Y.-B.
Cheng
, and
J.
Zhong
,
Energy Environ. Sci.
10
,
2509
(
2017
).
27.
C.
Li
,
A.
Wang
,
L.
Xie
,
X.
Deng
,
K.
Liao
,
J.-a.
Yang
,
T.
Li
, and
F.
Hao
,
J. Mater. Chem. A
7
,
24150
(
2019
).
28.
M.
Yang
,
Z.
Li
,
M. O.
Reese
,
O. G.
Reid
,
D. H.
Kim
,
S.
Siol
,
T. R.
Klein
,
Y.
Yan
,
J. J.
Berry
,
M. F. A. M.
van Hest
, and
K.
Zhu
,
Nat. Energy
2
,
17038
(
2017
).
29.
M. M.
Tavakoli
,
P.
Yadav
,
D.
Prochowicz
,
M.
Sponseller
,
A.
Osherov
,
V.
Bulović
, and
J.
Kong
,
Adv. Energy Mater.
9
,
1803587
(
2019
).
30.
F.
Zhang
,
J.
Cong
,
Y.
Li
,
J.
Bergstrand
,
H.
Liu
,
B.
Cai
,
A.
Hajian
,
Z.
Yao
,
L.
Wang
,
Y.
Hao
,
X.
Yang
,
J. M.
Gardner
,
H.
Ågren
,
J.
Widengren
,
L.
Kloo
, and
L.
Sun
,
Nano Energy
53
,
405
(
2018
).
31.
H.
Zhang
,
Y.
Lv
,
J.
Wang
,
H.
Ma
,
Z.
Sun
, and
W.
Huang
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
11
,
6022
(
2019
).
32.
X.
Liu
,
Y.
Zhang
,
L.
Shi
,
Z.
Liu
,
J.
Huang
,
J. S.
Yun
,
Y.
Zeng
,
A.
Pu
,
K.
Sun
,
Z.
Hameiri
,
J. A.
Stride
,
J.
Seidel
,
M. A.
Green
, and
X.
Hao
,
Adv. Energy Mater.
8
,
1800138
(
2018
).
33.
N.
Zhu
,
X.
Qi
,
Y.
Zhang
,
G.
Liu
,
C.
Wu
,
D.
Wang
,
X.
Guo
,
W.
Luo
,
X.
Li
,
H.
Hu
,
Z.
Chen
,
L.
Xiao
, and
B.
Qu
,
ACS Appl. Energy Mater.
2
,
3676
(
2019
).
34.
J.
Dagar
,
K.
Hirselandt
,
A.
Merdasa
,
A.
Czudek
,
R.
Munir
,
F.
Zu
,
N.
Koch
,
T.
Dittrich
, and
E. L.
Unger
,
Sol. RRL
3
,
1900088
(
2019
).
35.
K. M.
Boopathi
,
R.
Mohan
,
T.-Y.
Huang
,
W.
Budiawan
,
M.-Y.
Lin
,
C.-H.
Lee
,
K.-C.
Ho
, and
C.-W.
Chu
,
J. Mater. Chem. A
4
,
1591
(
2016
).
36.
P.
Wang
,
J.
Wang
,
X.
Zhang
,
H.
Wang
,
X.
Cui
,
S.
Yuan
,
H.
Lu
,
L.
Tu
,
Y.
Zhan
, and
L.
Zheng
,
J. Mater. Chem. A
6
,
15853
(
2018
).
37.
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
, and
M.
Grätzel
,
Energy Environ. Sci.
9
,
1989
(
2016
).
38.
Y.
Yang
,
L.
Wu
,
X.
Hao
,
Z.
Tang
,
H.
Lai
,
J.
Zhang
,
W.
Wang
, and
L.
Feng
,
RSC Adv.
9
,
28561
(
2019
).
39.
M.
Abdi-Jalebi
,
Z.
Andaji-Garmaroudi
,
S.
Cacovich
,
C.
Stavrakas
,
B.
Philippe
,
J. M.
Richter
,
M.
Alsari
,
E. P.
Booker
,
E. M.
Hutter
,
A. J.
Pearson
,
S.
Lilliu
,
T. J.
Savenije
,
H.
Rensmo
,
G.
Divitini
,
C.
Ducati
,
R. H.
Friend
, and
S. D.
Stranks
,
Nature
555
,
497
(
2018
).
40.
P.
Zeng
,
G.
Feng
,
X.
Cui
, and
M.
Liu
,
J. Phys. Chem. C
124
,
6290
(
2020
).
41.
S.
Tao
,
I.
Schmidt
,
G.
Brocks
,
J.
Jiang
,
I.
Tranca
,
K.
Meerholz
, and
S.
Olthof
,
Nat. Commun.
10
,
2560
(
2019
).
42.
S.
Yuan
,
J.
Wang
,
K.
Yang
,
P.
Wang
,
X.
Zhang
,
Y.
Zhan
, and
L.
Zheng
,
Nanoscale
10
,
18909
(
2018
).
43.
F.
Tan
,
H.
Tan
,
M. I.
Saidaminov
,
M.
Wei
,
M.
Liu
,
A.
Mei
,
P.
Li
,
B.
Zhang
,
C. S.
Tan
,
X.
Gong
,
Y.
Zhao
,
A. R.
Kirmani
,
Z.
Huang
,
J. Z.
Fan
,
R.
Quintero-Bermudez
,
J.
Kim
,
Y.
Zhao
,
O.
Voznyy
,
Y.
Gao
,
F.
Zhang
,
L. J.
Richter
,
Z. H.
Lu
,
W.
Zhang
, and
E. H.
Sargent
,
Adv. Mater.
31
,
1807435
(
2019
).
44.
F.
Li
,
Y.
Xie
,
Y.
Hu
,
M.
Long
,
Y.
Zhang
,
J.
Xu
,
M.
Qin
,
X.
Lu
, and
M.
Liu
,
ACS Energy Lett.
5
,
1422
(
2020
).
45.
W.
Deng
,
F.
Li
,
J.
Li
,
M.
Wang
,
Y.
Hu
, and
M.
Liu
,
Nano Energy
70
,
104505
(
2020
).
46.
C.
Chen
,
Y.
Xu
,
S.
Wu
,
S.
Zhang
,
Z.
Yang
,
W.
Zhang
,
H.
Zhu
,
Z.
Xiong
,
W.
Chen
, and
W.
Chen
,
J. Mater. Chem. A
6
,
7903
(
2018
).
47.
W.
Chen
,
H.
Chen
,
G.
Xu
,
R.
Xue
,
S.
Wang
,
Y.
Li
, and
Y.
Li
,
Joule
3
,
191
(
2019
).
48.
Z.
Liu
,
B.
Sun
,
X.
Liu
,
J.
Han
,
H.
Ye
,
Y.
Tu
,
C.
Chen
,
T.
Shi
,
Z.
Tang
, and
G.
Liao
,
J. Mater. Chem. A
6
,
7409
(
2018
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.