un, b Il diagramma schematico strutturale e il diagramma di banda del livello energetico di un PSC modificato con BP con una struttura normale. C, d Curve densità di corrente-tensione (J-V) (scansione inversa) e spettri di efficienza quantica esterna (EQE) di PSC senza (controllo) e con deposizione di BP (1~3 volte) sulla superficie del film di perovskite. e Istogramma delle efficienze di conversione di potenza (PCE) di PSC senza (controllo) e con modifica BP (rivestimento BP per 2 volte). I PCE sono derivati dalle scansioni inverse delle curve J-V. f Il miglioramento medio della PCE dopo la modifica di film di perovskite con diversi materiali 2-D. Credito:Peng You, Guanqi Tang, Jiupeng Cao, Dong Shen, Tsz-Wai Ng, Zafer Hawash, Naixiang Wang, Chun Ki Liu, Wei Lu, Qidong Tai, Yab Qi, Chun-Sing Lee, Feng Yan
È stato riscontrato che i bordi del grano (GB) nei PSC sono dannosi per le prestazioni fotovoltaiche dei dispositivi. Numerosi articoli hanno riportato che i difetti della perovskite GB dovrebbero essere passivati con materiali idonei, come l'alogenuro di ammonio quaternario, derivati fullerenici e CH 3 NH 3 IO, per alleviare la ricombinazione del vettore e di conseguenza migliorare le prestazioni del dispositivo.
In un nuovo articolo pubblicato su Luce:scienza e applicazioni, un team di scienziati, guidato dal Professor Feng Yan del Dipartimento di Fisica Applicata, Il Politecnico di Hong Kong, Hung Hom, Kowloon, Hong Kong, e collaboratori hanno sviluppato un nuovo metodo per superare l'inconveniente dei GB di perovskite senza passivazione dei difetti su di essi. Diversi materiali 2D, compreso il fosforo nero (BP), MoS 2 e ossido di grafene (GO), sono specificamente modificati ai margini dei GB di perovskite da un processo di soluzione.
I materiali 2D hanno un'elevata mobilità dei portatori, spessori ultrasottili e superfici lisce senza legami penzolanti. I PCE dei dispositivi sono sostanzialmente migliorati dai fiocchi 2D, in cui i fiocchi di BP possono indurre il massimo miglioramento relativo di circa il 15%. Più interessante, scoprono che, a determinate condizioni, I GB modificati con i materiali 2D sono favorevoli alle prestazioni del dispositivo. Perciò, si osserva per la prima volta un effetto sinergico tra i fiocchi 2D e i GB di perovskite.
Sebbene la nanotecnologia dell'utilizzo di materiali 2D nei PSC sia stata riportata in alcuni articoli, l'effetto sinergico tra i fiocchi 2D e i GB di perovskite non è stato segnalato fino ad ora. Per comprendere meglio il meccanismo alla base dell'effetto di cui sopra, la simulazione del dispositivo è stata condotta utilizzando un software commerciale. I processi di conduzione del foro dai GB ai fiocchi 2D nei PSC sono chiaramente dimostrati, mostrando che i GB e i fiocchi 2D agiscono tutti come canali di fori nei dispositivi.
I risultati della simulazione confermano che il miglioramento delle prestazioni indotto da BP è superiore a quello di altri materiali 2D a causa della maggiore mobilità del foro di BP. Inoltre, la modifica dei fiocchi 2D sui grani di perovskite lontano dai GB ha scarso effetto sulle prestazioni del dispositivo, indicando che l'effetto sinergico dei fiocchi 2D e dei GB di perovskite è essenziale per il miglioramento delle prestazioni nei nostri dispositivi.
un, b La distribuzione della densità di corrente del foro nei PSC simulati senza (a) e con (b) modifica della BP. c Le curve J-V simulate dei PSC modificate con diversi materiali 2-D. d Il relativo miglioramento PCE dei PSC dopo le modifiche con diversi materiali 2-D. Credito:Peng You, Guanqi Tang, Jiupeng Cao, Dong Shen, Tsz-Wai Ng, Zafer Hawash, Naixiang Wang, Chun Ki Liu, Wei Lu, Qidong Tai, Yab Qi, Chun-Sing Lee, Feng Yan
Sebbene la copertura dei fiocchi 2D sui film di perovskite sia solo di diverse percentuali, la maggior parte dei fiocchi si trova su GB di perovskite. A causa delle elevate mobilità dei portatori dei materiali 2D, in particolare BP, il trasferimento del foro da GB è notevolmente migliorato nei PSC, con conseguenti miglioramenti sostanziali dell'efficienza nonché della stabilità dei dispositivi. Questi risultati indicano anche che i GB nei PSC non sono dannosi per le prestazioni del dispositivo se i buchi accumulati nei GB possono essere eliminati in modo efficiente.
A determinate condizioni, I GB possono anche essere favorevoli alle prestazioni fotovoltaiche dei PSC a causa dei campi elettrici incorporati che li circondano, che può facilitare la separazione e il trasferimento del fotoportatore nei dispositivi. Perciò, i GB di perovskite sono elettricamente benigni, che è coerente con alcuni calcoli teorici riportati in precedenza. Ma ancora più importante, hanno osservato per la prima volta l'effetto sinergico dei fiocchi 2D sui GB nelle PSC. Sia la mobilità del vettore che la posizione dei fiocchi 2D sulla superficie della perovskite sono essenziali per il miglioramento delle prestazioni.
Questo lavoro fornisce una linea guida per la modifica degli strati di perovskite con nuovi materiali 2D ad alta mobilità per migliorare le prestazioni fotovoltaiche e la stabilità dei PSC.
un, b Le curve J-V sperimentali (a) e simulate (b) delle PSC miste modificate con diversi fiocchi 2-D su GB di perovskite. c Le efficienze del dispositivo simulato di PSC misti con mobilità variabile di fiocchi 2-D. Le tre regioni (I, II, III) corrispondono alle mobilità dei portatori dei tre diversi fiocchi 2-D (GO, MoS2, BP), ei simboli a stella rappresentano le efficienze sperimentali delle PSC modificate con tre diversi fiocchi 2-D in 6a. d Dispositivi simulati PCE e miglioramento dell'efficienza per i fiocchi di BP situati in diverse posizioni sui grani di perovskite. Credito:Peng You, Guanqi Tang, Jiupeng Cao, Dong Shen, Tsz-Wai Ng, Zafer Hawash, Naixiang Wang, Chun Ki Liu, Wei Lu, Qidong Tai, Yab Qi, Chun-Sing Lee, Feng Yan
