2D materialer til at lede hulstrømme fra korngrænser i perovskitsolceller

Korngrænser (GB'er) i PSC'er har vist sig at være skadelige for enhedernes fotovoltaiske ydeevne. Adskillige papirer rapporterede, at defekterne i perovskit GB'er skulle passiveres med passende materialer, såsom kvaternært ammoniumhalogenid, fullerenderivater og CH ₃ NH ₃ JEG, for at lette transportkombination og dermed forbedre enhedens ydeevne.

I et nyt blad udgivet i Lys:Videnskab og applikationer, et hold af videnskabsmænd, ledet af professor Feng Yan fra Institut for Anvendt Fysik, Hong Kong Polytechnic University, Hung Hom, Kowloon, Hong Kong, og kolleger har udviklet en ny metode til at overvinde ulempen ved perovskite GB'er uden defektpassivering på dem. Flere 2D materialer, inklusive sort fosfor (BP), MoS ₂ og grafenoxid (GO), er specifikt modificeret på kanten af ​​perovskite GB'er ved en løsningsproces.

2D -materialerne har høj mobilitet, ultratynde tykkelser og glatte overflader uden dinglende bindinger. Enhedernes PCE'er er væsentligt forbedret af 2D-flager, hvor BP-flager kan inducere den højeste relative forøgelse på ca. 15%. Mere interessant, de finder det, under visse betingelser, GB'er modificeret med 2D-materialerne er gunstige for enhedens ydeevne. Derfor, en synergistisk effekt mellem 2D flakes og perovskite GBs observeres for første gang.

Selvom nanoteknologien ved at bruge 2D-materialer i PSC'er er blevet rapporteret i nogle papirer, den synergistiske effekt mellem 2D flakes og perovskite GBs er ikke blevet rapporteret indtil nu. For bedre at forstå den bagvedliggende mekanisme for ovenstående effekt, enhedssimulering blev udført ved hjælp af kommerciel software. Hulledningsprocesserne fra GB'er til 2D-flager i PSC'er er tydeligt demonstreret, viser, at GB'erne og 2D-flagene alle fungerer som hulkanaler i enhederne.

Simuleringsresultaterne bekræfter, at ydeevneforbedringen induceret af BP er højere end den af ​​andre 2D-materialer på grund af den højeste hulmobilitet af BP. Ud over, ændringen af ​​2D-flagerne på perovskitkornene væk fra GB'er har ringe effekt på enhedens ydeevne, hvilket indikerer, at den synergistiske effekt af 2D-flager og perovskite GB'er er afgørende for ydeevneforbedringen i vores enheder.

Selvom dækningen af ​​2D-flagerne på perovskite-filmene kun er flere procent, de fleste af flagerne er placeret på perovskite GB'er. På grund af 2D-materialernes høje bæremobilitet, især BP, huloverførsel fra GB'er er dramatisk forbedret i PSC'erne, resulterer i væsentlige forbedringer af effektiviteten såvel som stabiliteten af ​​enhederne. Disse resultater indikerer også, at GB'er i PSC'er ikke er skadelige for enhedens ydeevne, hvis de akkumulerede huller i GB'erne kan udføres effektivt.

Under visse betingelser, GB'er kan endda være gunstige for den fotovoltaiske ydeevne af PSC'er på grund af de indbyggede elektriske felter omkring dem, som kan lette fotobærerens adskillelse og overførsel i enhederne. Derfor, perovskite GB'er er elektrisk godartede, hvilket er i overensstemmelse med nogle teoretiske beregninger rapporteret før. Vigtigere, de observerede den synergiske effekt af 2D-flagerne på GB'erne i PSC'er for første gang. Både transportørens mobilitet og placeringen af ​​2D-flagerne på perovskitoverfladen er afgørende for ydeevneforbedringen.

Dette arbejde giver en retningslinje for at modificere perovskitlag med nye højmobilitets 2D-materialer for at forbedre den fotovoltaiske ydeevne samt stabiliteten af ​​PSC'er.