a, b El diagrama esquemático estructural y el diagrama de bandas de niveles de energía de un PSC modificado por BP con una estructura normal. C, d Curvas de densidad-voltaje de corriente (J-V) (exploración inversa) y espectros de eficiencia cuántica externa (EQE) de PSC sin (control) y con deposición de BP (1 ~ 3 veces) en la superficie de la película de perovskita. e Histograma de eficiencias de conversión de energía (PCE) de PSC sin (control) y con modificación de BP (recubrimiento de BP por 2 veces). Los PCE se derivan de las exploraciones inversas de las curvas J-V. f La mejora promedio de PCE después de la modificación de películas de perovskita con diferentes materiales 2-D. Crédito:Peng You, Guanqi Tang, Jiupeng Cao, Dong Shen, Tsz-Wai Ng, Zafer Hawash, Naixiang Wang, Chun-Ki Liu, Wei Lu, Qidong Tai, Yabing Qi, Chun-Sing Lee, Feng Yan
Se ha descubierto que los límites de grano (GB) en las PSC son perjudiciales para el rendimiento fotovoltaico de los dispositivos. Numerosos artículos informaron que los defectos en perovskita GB deben pasivarse con materiales adecuados, como el haluro de amonio cuaternario, derivados de fullereno y CH 3 NUEVA HAMPSHIRE 3 I, para aliviar la recombinación de portadores y, en consecuencia, mejorar el rendimiento del dispositivo.
En un nuevo artículo publicado en Luz:ciencia y aplicaciones, un equipo de científicos, dirigido por el profesor Feng Yan del Departamento de Física Aplicada, La universidad politécnica de Hong Kong, Lo colgaron, Kowloon, Hong Kong, y colaboradores han desarrollado un método novedoso para superar el inconveniente de los GB de perovskita sin pasivación de defectos en ellos. Varios materiales 2D, incluido el fósforo negro (BP), MoS 2 y óxido de grafeno (GO), se modifican específicamente en el borde de los GB de perovskita mediante un proceso de solución.
Los materiales 2D tienen una alta movilidad de portadores, espesores ultrafinos y superficies lisas sin uniones colgantes. Los PCE de los dispositivos se mejoran sustancialmente con las escamas 2D, en el que las escamas de BP pueden inducir la mayor mejora relativa de aproximadamente el 15%. Más interesante aún, ellos encuentran eso, bajo ciertas condiciones, Los GB modificados con los materiales 2D son favorables para el rendimiento del dispositivo. Por lo tanto, Se observa por primera vez un efecto sinérgico entre las escamas 2D y los GB de perovskita.
Aunque la nanotecnología del uso de materiales 2D en PSC se ha informado en algunos artículos, el efecto sinérgico entre las escamas 2D y los GB de perovskita no se ha informado hasta ahora. Para comprender mejor el mecanismo subyacente del efecto anterior, La simulación del dispositivo se llevó a cabo utilizando un software comercial. Los procesos de conducción de huecos de GB a escamas 2D en PSC están claramente demostrados, mostrando que los GB y las escamas 2D actúan como canales de agujeros en los dispositivos.
Los resultados de la simulación confirman que la mejora del rendimiento inducida por BP es mayor que la de otros materiales 2D debido a la mayor movilidad del pozo de BP. Además, la modificación de las escamas 2D en los granos de perovskita lejos de los GB tiene poco efecto en el rendimiento del dispositivo, lo que indica que el efecto sinérgico de las escamas 2D y los GB de perovskita es esencial para mejorar el rendimiento de nuestros dispositivos.
a, b La distribución de la densidad de corriente de los huecos en los PSC simulados sin (a) y con (b) modificación de BP. c Las curvas J-V simuladas de las PSC modificadas con diferentes materiales 2-D. d La mejora relativa de PCE de los PSC después de las modificaciones con diferentes materiales 2-D. Crédito:Peng You, Guanqi Tang, Jiupeng Cao, Dong Shen, Tsz-Wai Ng, Zafer Hawash, Naixiang Wang, Chun-Ki Liu, Wei Lu, Qidong Tai, Yabing Qi, Chun-Sing Lee, Feng Yan
Aunque la cobertura de las escamas 2D en las películas de perovskita es solo de varios por ciento, la mayoría de las escamas se encuentran en GB de perovskita. Debido a la alta movilidad del portador de los materiales 2D, especialmente BP, la transferencia de huecos desde GB se mejora drásticamente en los PSC, resultando en mejoras sustanciales de la eficiencia así como de la estabilidad de los dispositivos. Estos resultados también indican que los GB en los PSC no son perjudiciales para el rendimiento del dispositivo si los agujeros acumulados en los GB se pueden realizar de manera eficiente.
Bajo ciertas condiciones, Los GB incluso pueden ser favorables para el rendimiento fotovoltaico de los PSC debido a los campos eléctricos incorporados a su alrededor, lo que puede facilitar la separación y transferencia de fotoportadores en los dispositivos. Por lo tanto, Los GB de perovskita son eléctricamente benignos, lo cual es consistente con algunos cálculos teóricos reportados anteriormente. Más importante, observaron el efecto sinérgico de las escamas 2D en los GB en las PSC por primera vez. Tanto la movilidad del portador como la ubicación de las escamas 2D en la superficie de perovskita son esenciales para la mejora del rendimiento.
Este trabajo proporciona una guía para modificar las capas de perovskita con nuevos materiales 2D de alta movilidad para mejorar el rendimiento fotovoltaico y la estabilidad de las PSC.
a, b Las curvas J-V experimentales (a) y simuladas (b) de las PSC mixtas modificadas con diferentes escamas 2-D en GB de perovskita. c Las eficiencias de dispositivo simulado de PSC mixtas con movilidad variable de escamas 2-D. Las tres regiones (I, II, III) corresponden a las movilidades del portador de los tres diferentes copos 2-D (GO, MoS2, BP), y los símbolos de estrella representan las eficiencias experimentales de los PSC modificados con tres escamas 2-D diferentes en 6a. d Dispositivos de simulación de PCE y mejora de la eficiencia para copos de BP ubicados en diferentes posiciones en granos de perovskita. Crédito:Peng You, Guanqi Tang, Jiupeng Cao, Dong Shen, Tsz-Wai Ng, Zafer Hawash, Naixiang Wang, Chun-Ki Liu, Wei Lu, Qidong Tai, Yabing Qi, Chun-Sing Lee, Feng Yan
