Американо-канадская группа ученых использовала молекулы основания Льюиса для улучшения пассивации поверхности перовскитного солнечного элемента.Команда создала устройство с высоким напряжением холостого хода и замечательным уровнем стабильности.
Американо-канадская исследовательская группа изготовила перевернутый перовскит.солнечная батареяиспользуя молекулы основания Льюиса для пассивации поверхности.Основания Льюиса обычно используются в солнечных исследованиях перовскита для пассивации поверхностных дефектов в слое перовскита.Это оказывает положительное влияние на выравнивание энергетических уровней, кинетику межфазной рекомбинации, поведение гистерезиса и эксплуатационную стабильность.
«Ожидается, что основность Льюиса, которая обратно пропорциональна электроотрицательности, будет определять энергию связи и стабилизацию границ раздела и границ зерен», — заявили ученые, отметив, что молекулы оказались очень эффективными в создании прочных связей между клеточными слоями на уровне зерен. уровень интерфейса.«Молекула основания Льюиса с двумя атомами-донорами электронов потенциально может связывать и перекрывать границы раздела и границы заземления, предлагая потенциал для улучшения адгезии и усиления механической прочности перовскитных солнечных элементов».
Ученые использовали молекулу основания дифосфина Льюиса, известную как 1,3-бис(дифенилфосфино)пропан (DPPP), для пассивации одного из наиболее многообещающих галогенидных перовскитов – йодида свинца формамидиния, известного как FAPbI3 – для использования в абсорбирующем слое клетки.
Они нанесли слой перовскита на слой транспорта дырок (HTL), легированный DPPP, изготовленный из оксида никеля (II) (NiOx).Они заметили, что некоторые молекулы DPPP повторно растворялись и сегрегировались как на границе раздела перовскит/NiOx, так и на поверхностных участках перовскита, и что кристалличность пленки перовскита улучшалась.Они заявили, что этот шаг усилилмеханическийпрочность границы раздела перовскит/NiOx.
Исследователи построили ячейку с подложкой из стекла и оксида олова (FTO), HTL на основе NiOx, слояметилзамещенный карбазол(Me-4PACz) в качестве слоя переноса дырок, слоя перовскита, тонкого слоя йодида фенэтиламмония (PEAI), слоя переноса электронов из бакминстерфуллерена (C60), буферного слоя оксида олова (IV) (SnO2) и металлический контакт из серебра (Ag).
Команда сравнила характеристики солнечного элемента, легированного DPPP, с эталонным устройством, которое не прошло обработку.Легированная ячейка достигла эффективности преобразования энергии 24,5%, напряжения холостого хода 1,16 В и коэффициента заполнения 82%.Нелегированное устройство достигло КПД 22,6%, напряжения холостого хода 1,11 В и коэффициента заполнения 79%.
«Улучшение коэффициента заполнения и напряжения холостого хода подтвердило снижение плотности дефектов на передней границе раздела NiOx/перовскит после обработки DPPP», — сказали ученые.
Исследователи также создали легированную ячейку с активной площадью 1,05 см2, которая позволила добиться преобразования энергииКПД до 23,9%и не показало деградации после 1500 часов.
«При использовании DPPP в условиях окружающей среды, то есть без дополнительного нагрева, общая эффективность преобразования энергии элемента оставалась высокой в течение примерно 3500 часов», — сказал исследователь Чонгвен Ли.«Солнечные элементы на основе перовскита, о которых ранее сообщалось в литературе, имеют тенденцию значительно снижать свою эффективность через 1500–2000 часов, так что это большое улучшение».
Группа, которая недавно подала заявку на патент на метод DPPP, представила клеточную технологию в статье «Рациональный дизайн молекул основания Льюиса длястабильные и эффективные солнечные элементы на основе перевернутого перовскита», который был недавно опубликован в журнале Science.В команду входят ученые из Университета Торонто в Канаде, а также ученые из Университета Толедо, Вашингтонского университета и Северо-Западного университета в США.
Время публикации: 27 февраля 2023 г.