Uorganisk-organisk halogenidperovskiter til ny solcelleteknologi

Perovskite solceller (PSC'er) har fået verdensomspændende opmærksomhed på grund af fremragende effekt-til-elektricitet konverteringseffektivitet (PCE). I øjeblikket, 22,1 procent certificeret PCE er opnået sammenlignet med CIGS og CdTe solceller. Imidlertid, der er stadig nogle kritiske problemer, der skal løses for at fremme kommercialisering af PSC.

Perovskit metalhalogenidmaterialer, såsom CH ₃ NH ₃ PbI ₃ , har tiltrukket bred interesse inden for fotoelektrisk konvertering, detektering og luminescens. Som en ny halvleder, denne type materiale har klare fordele ved høj lysabsorptionskoefficient, lang bærerlevetid, lav defekttæthed og excitonbindingsenergi, og lave fremstillingsomkostninger. Energikonverteringseffektiviteten af ​​perovskit-solcellen (PSC'er) har oversteget 22 procent, endnu højere end for multikrystallinske siliciumceller, antyder dets potentielle kommercielle anvendelse. I udviklingsprocessen af ​​PSC'er, Kinesiske videnskabsmænd har ydet bidrag til at udvikle effektive materialefrie PSC'er for hultransport, udforske nye materialer med fotoelektriske og luminescensegenskaber, regulering af materialefremstilling, integration af store enheder, og undersøgelse af cellens stabilitetsspørgsmål.

Her, Mengs gruppe fra Institut for Fysik, det kinesiske videnskabsakademi, gennemgår det seneste fremskridt fra et perspektiv af materialestruktur, fabrikationsteknologi til de kritiske fysikegenskaber. Især for de fysiske egenskaber, doping, defekter, transportører, kryds og elektrisk felt, iontransport og deres indflydelse på halvlederegenskaberne diskuteres.

Bæreegenskaben for ternær perovskit er tæt forbundet med selvdoping, og bærerstyringen kan også eksperimentelt realiseres ved at regulere den fysik-kemi-proces, der ligger bag materialefremstillingen. I mellemtiden urenhedsatomer kunne være et alternativ til bærerjusteringen. På grund af p-type doping, en enkelt heterojunction ved TiO2/perovskit-grænsefladen blev observeret i cellen, hvor heterojunction hovedsageligt er placeret i perovskit-regionen. Interessant nok, der blev ikke fundet nogen tydelig forbindelse ved grænsefladen mellem perovskit/hul-transporterende lag, hvilket indebærer, at cellen muligvis ikke er en p-i-n-celle. For defekte egenskaber, nogle arbejder er blevet rapporteret. Defekttætheden af ​​disse lavtemperatur-opløsningsbehandlede perovskitter er så lav som 10 ¹⁵ cm ^-3 , som dermed bidrager til den lange bærerlevetid. For nylig, der er fundet betydelig iontransport i materialet, som ville omfordele dopingen og defekten i cellen, dermed påvirke den fotoelektriske adfærd og stabilitet.

Disse fysikegenskaber spiller væsentlige roller i cellens drift og skal forstås grundigt. For cellen, den lave stabilitet er nøglebegrænsningen for dens videre udvikling, og den fysiske stabilitet har den kritiske effekt. Det menes, at med en betydelig indsats for at udvikle nye hybride perovskitmaterialer og nye fremstillingsteknikker, en pålidelig perovskite solcelleteknologi kan realiseres i fremtiden.