Modificazione interfacciale del sale di alogenuro di metilammonio di punti quantici/tripli di perovskite

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5387 (2023) Citare questo articolo

1006 accessi

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Le celle solari alla perovskite (PeSC) sono state introdotte come nuovo dispositivo fotovoltaico grazie alla loro eccellente efficienza di conversione di potenza (PCE) e al basso costo. Tuttavia, a causa delle limitazioni del film di perovskite stesso, l’esistenza di difetti era inevitabile, il che influenza gravemente il numero e la mobilità dei portatori nelle celle solari di perovskite, limitando così la migliore efficienza e stabilità dei PeSC. La passivazione dell'interfaccia per migliorare la stabilità delle celle solari in perovskite è una strategia importante ed efficace. Qui, utilizziamo sali di alogenuro di metilammonio (MAX, X = Cl, Br, I) per passivare efficacemente i difetti in corrispondenza o vicino all'interfaccia dei punti quantici di perovskite (PeQD)/film di perovskite a triplo catione. Lo strato di passivazione MAI ha aumentato la tensione a circuito aperto dei PeQD/PeSC a triplo catione di 63 mV fino a 1,04 V, con un'elevata densità di corrente di cortocircuito di 24,6 mA cm−2 e un PCE del 20,4%, che ha dimostrato una soppressione significativa di ricombinazione interfacciale.

A causa delle numerose eccellenti proprietà dei materiali esibiti dai materiali a base di perovskite alogenuri organici-inorganici, come elevato coefficiente di estinzione, elevata mobilità dei portatori e lunghezza di diffusione dei portatori su scala micron1,2,3,4,5. Le celle solari in perovskite (PeSC) hanno attirato molta attenzione nella comunità di ricerca scientifica negli ultimi dieci anni e sono considerate materiali fotovoltaici molto promettenti6,7. Anche la sua efficienza di conversione energetica (PCE) è aumentata in pochi anni dal 3,8 al 25,7%8. Tuttavia, a causa della bassa temperatura di preparazione dei materiali di perovskite e della difficoltà nel controllare il processo di cristallizzazione, era facile causare un gran numero di difetti sulla superficie e sui bordi dei grani del film di perovskite finale9,10, inclusi posti vacanti di Pb2+ e iodio non coordinati , Atomi interstiziali di iodio, posti vacanti di piombo e difetti di trasposizione piombo-iodio, ecc. Questi difetti spesso causano ricombinazione non radiativa e migrazione ionica dei portatori, riducendo così il PCE e la stabilità a lungo termine dei PeSC11.

Allo stato attuale, l’ingegneria degli additivi12 e l’ingegneria delle interfacce13 erano i metodi principali per ridurre i difetti nei film di perovskite di passivazione. In particolare, l'ingegneria degli additivi può controllare il processo di cristallizzazione e passivare i difetti introducendo sostanze passivanti nella soluzione precursore, che presenta i vantaggi di un funzionamento semplice e di un effetto notevole. Nel processo di realizzazione della passivazione del difetto, il gruppo funzionale della molecola passivante era molto importante. Il gruppo carbonile14, il gruppo amminico15, il gruppo carbossilico16 e lo ioduro di fenetilammonio17 passivano i difetti formando legami di coordinazione con legami penzolanti insaturi, prolungando così la durata del trasportatore e migliorando i parametri di prestazione del dispositivo. Ad oggi, una varietà di molecole con diversi gruppi funzionali sono state introdotte nei precursori della perovskite come agenti passivanti. Ad esempio, Wang et al.18 hanno introdotto la caffeina nel precursore della perovskite, hanno utilizzato la forte interazione tra C = O e Pb2+ della caffeina per aumentare l'energia di attivazione della nucleazione, ritardando così il tasso di nucleazione della perovskite e aumentando la qualità delle perovskiti, il dispositivo finale ottiene 20,25 % PCE. Chen et al.19 hanno sintetizzato una piccola molecola coniugata con π e solubile in alcol con gruppi carbossilici e tiofene bilaterali, vale a dire acido 2,5-di(tiofen-2-il)tereftalico (DTA), e l'hanno aggiunta al precursore del sale di ammonio per preparare il film di perovskite utilizza i suoi gruppi carbossilici ricchi di elettroni per formare addotti acido-base di Lewis con Pb2+ non coordinato nel film di perovskite per passivare i bordi dei grani e i difetti superficiali e infine ridurre la perdita di tensione del dispositivo a 0,38 V. Sebbene questi riportino molecole passivatrici mostrano un evidente effetto di passivazione sui difetti nei film di perovskite, c'erano anche problemi come la struttura molecolare complessa e la sintesi difficile. Inoltre, alcuni passivatori superficiali devono utilizzare come solventi sostanze benzeniche dannose per l'ambiente quando vengono utilizzate per il trattamento superficiale delle pellicole di perovskite, il che non favorisce la protezione dell'ambiente e la salute umana20. Pertanto, era ancora di grande importanza trovare nuovi passivatori con struttura semplice e rispettosi dell’ambiente come additivi da introdurre nelle perovskiti per preparare film di perovskite di alta qualità e PeSC ad alte prestazioni. Questo lavoro riporta un passivatore efficace per risolvere i difetti superficiali della perovskite, vale a dire il sale di alogenuro di metilammonio, per modificare l'interfaccia tra la pellicola di perovskite quantum dots (PeQDs) e la pellicola di perovskite a triplo catione Cs0.05FA0.81MA0.14PbBr0.14I2.86 (CsFAMA), riducendo i difetti nelle perovskiti. Inoltre, l'uso della pellicola PeQDs nello strato sottostante della pellicola di perovskite a triplo catione può aumentare il tasso di utilizzo della luce, la tensione a circuito aperto (Voc) e la densità di corrente di cortocircuito (Jsc), migliorando così il PeQDs/triplo- prestazioni dei PeSC.