Despite the similarities of the optoelectronic properties between tin halide and lead halide perovskites, the performance of tin perovskite solar cells (PSCs) is still far below that of lead PSCs with highest reported efficiency to date of around 10%. This is due to the chemical instability of tin halide perovskite crystals and the energy band levels mismatch between the perovskite and charge transport layers. In this work, tin halide PSCs with efficiency of more than 13% has been fabricated by regulating the A site cation to achieve a tolerance factor of nearly 1. The partial substitution of formamidinium cation with ethylammonium cation affords a more stable tin perovskite crystal and at the same time suppresses the trap density by as much as 1 order of magnitude. Furthermore, the more favourable energy levels of the EA-substituted tin perovskites enhanced the charge extraction process into the charge transport layers and thus reducing the charge carrier recombination. This work provides a proof that tin-halide PSCs has the potential to compete with more toxic lead-based PSCs, and hopefully will pave the future direction for fabricating more efficient and stable lead-free PSCs.

Lead-based perovskite solar cells have gained ground in recent years, showing efficiency as high as 20%, which is on par with that of silicon solar cells. However, the toxicity of lead makes it a nonideal candidate for use in solar cells. Alternatively, tin-based perovskites have been proposed because of their nontoxic nature and abundance. Unfortunately, these solar cells suffer from low efficiency and stability. Here, we propose a new type of perovskite material based on mixed tin and germanium. The material showed a band gap around 1.4-1.5 eV as measured from photoacoustic spectroscopy, which is ideal from the perspective of solar cells. In a solar cell device with inverted planar structure, pure tin perovskite solar cell showed a moderate efficiency of 3.31%. With 5% doping of germanium into the perovskite, the efficiency improved up to 4.48% (6.90% after 72 h) when measured in air without encapsulation.

Lead-free tin perovskite solar cells (PSCs) show the most promise to replace the more toxic lead-based perovskite solar cells. However, the efficiency is significantly less than that of lead-based PSCs as a result of low open-circuit voltage. This is due to the tendency of Sn2+ to oxidize into Sn4+ in the presence of air together with the formation of defects and traps caused by the fast crystallization of tin perovskite materials. Here, post-treatment of the tin perovskite layer with edamine Lewis base to suppress the recombination reaction in tin halide PSCs results in efficiencies higher than 10%, which is the highest reported efficiency to date for pure tin halide PSCs. The X-ray photoelectron spectroscopy data suggest that the recombination reaction originates from the nonstoichiometric Sn:I ratio rather than the Sn4+:Sn2+ ratio. The amine group in edamine bonded the undercoordinated tin, passivating the dangling bonds and defects, resulting in suppressed charge carrier recombination.