Межфазная модификация квантовых точек перовскита галогенидной солью метиламмония / тройная

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5387 (2023) Цитировать эту статью

1031 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Перовскитные солнечные элементы (PeSC) были представлены в качестве нового фотоэлектрического устройства благодаря их превосходной эффективности преобразования энергии (PCE) и низкой стоимости. Однако из-за ограничений самой перовскитной пленки существование дефектов было неизбежным, что серьезно влияет на количество и подвижность носителей в перовскитных солнечных элементах, таким образом ограничивая повышение эффективности и стабильности PeSC. Пассивация интерфейса для повышения стабильности перовскитных солнечных элементов является важной и эффективной стратегией. Здесь мы используем галогенидные соли метиламмония (MAX, X = Cl, Br, I) для эффективной пассивации дефектов на границе раздела перовскитных квантовых точек (PeQD) / пленок перовскита с тройным катионом или вблизи нее. Пассивирующий слой MAI увеличил напряжение холостого хода PeQD/PESC с тройным катионом на 63 мВ до 1,04 В, с высокой плотностью тока короткого замыкания 24,6 мА см-2 и PCE 20,4%, что продемонстрировало значительное подавление межфазной рекомбинации.

Благодаря множеству превосходных свойств материала, демонстрируемых органо-неорганическими галогенидными перовскитными материалами, таких как высокий коэффициент экстинкции, высокая подвижность носителей и диффузионная длина носителей в микронном масштабе1,2,3,4,5. Перовскитные солнечные элементы (PeSC) привлекли широкое внимание научного исследовательского сообщества в последнее десятилетие и считаются очень перспективными фотоэлектрическими материалами6,7. Его эффективность преобразования энергии (PCE) также выросла с 3,8 до 25,7% всего за несколько лет8. Однако из-за низкой температуры приготовления перовскитных материалов и сложности управления процессом кристаллизации на поверхности и границах зерен конечной перовскитной пленки легко образовалось большое количество дефектов9,10, включая некоординированные Pb2+, вакансии йода , межузельные атомы йода, вакансии свинца и дефекты транспозиции свинец-йод и т. д. Эти дефекты часто вызывают безызлучательную рекомбинацию и ионную миграцию носителей, тем самым снижая PCE и долговременную стабильность PeSCs11.

В настоящее время аддитивная инженерия12 и интерфейсная инженерия13 являются основными методами уменьшения дефектов в пассивационных перовскитных пленках. В частности, разработка добавок может контролировать процесс кристаллизации и пассивировать дефекты путем введения пассивирующих веществ в раствор-предшественник, что имеет преимущества простоты эксплуатации и замечательного эффекта. В процессе реализации пассивации дефекта большое значение имела функциональная группа молекулы пассиватора. Карбонильная группа14, аминогруппа15, карбоксильная группа16 и йодид фенэтиламмония17 пассивируют дефекты, образуя координационные связи с ненасыщенными оборванными связями, тем самым продлевая время жизни носителей и улучшая эксплуатационные параметры устройства. На сегодняшний день в предшественники перовскита в качестве пассивирующих агентов введено множество молекул с разными функциональными группами. Например, Ван и др.18 ввели кофеин в предшественник перовскита, использовали сильное взаимодействие между кофеином C = O и Pb2+ для увеличения энергии активации нуклеации, тем самым замедляя скорость нуклеации перовскита и повышая качество перовскитов, в конечном устройстве получается 20,25 % ПКЭ. Чен и др.19 синтезировали π-сопряженную и растворимую в спирте небольшую молекулу с двусторонними карбоксильными и тиофеновыми группами, а именно 2,5-ди(тиофен-2-ил)терефталевую кислоту (ДТА), и добавили ее к предшественнику аммониевой соли. Для приготовления перовскитной пленки используются ее богатые электронами карбоксильные группы для образования кислотно-основных аддуктов Льюиса с некоординированным Pb2+ в перовскитной пленке для пассивации границ зерен и поверхностных дефектов и, наконец, снижения потерь напряжения в устройстве до 0,38 В. Хотя эти сообщенные пассивирующие молекулы показывают очевидный эффект пассивации на дефекты в пленках перовскита, существовали также такие проблемы, как сложная молекулярная структура и трудный синтез. Кроме того, некоторые пассиваторы поверхности вынуждены использовать в качестве растворителей бензольные вещества, вредные для окружающей среды, когда они использовались для поверхностной обработки перовскитных пленок, что не способствовало охране окружающей среды и здоровью человека20. Поэтому поиск новых пассиваторов с простой структурой и экологичностью в качестве добавок для введения в перовскиты для получения высококачественных перовскитных пленок и высокоэффективных ПеСК по-прежнему имел большое значение. В этой работе сообщается об эффективном пассиваторе для устранения поверхностных дефектов перовскита, а именно галогенидной соли метиламмония, для модификации интерфейса между пленкой перовскитных квантовых точек (PeQD) и трехкатионной перовскитной пленкой Cs0.05FA0.81MA0.14PbBr0.14I2.86 (CsFAMA). уменьшение дефектов в перовскитах. Кроме того, использование пленки PeQD в нижнем слое пленки перовскита с тройным катионом может повысить коэффициент использования света, напряжение холостого хода (Voc) и плотность тока короткого замыкания (Jsc), тем самым улучшая характеристики PeQD/тройного катиона. Эффективность катионных ПеСК.