Afkoblingsteknik af formamidinium-cæsiumperovskiter til effektive solceller

Metalhalogenidperovskitter (ABX₃ ) har vist sig som lovende kandidater til forskellige optoelektroniske applikationer på grund af deres fremragende optoelektroniske egenskaber og lave omkostninger fabrikation. På nuværende tidspunkt er det lysabsorberende lag af de højest effektive single-junction perovskite solceller (PSC'er) næsten alle baseret på FAPbI₃ perovskit, der opnår strømkonverteringseffektivitet (PCE), der kan sammenlignes med kommercielle krystallinske siliciumceller.

Men den fotoaktive sortfase FAPbI₃ omdannes let til en foto-inaktiv gul fase under fugtige forhold. Sammensætningsteknik såsom A/X-site legering er blevet udviklet til at stabilisere sortfase FAPbI₃ .

Især legerende FA ⁺ med Cs ⁺ at danne ren-iodid FA-Cs perovskite (FA_1-x Cs_x PbI₃ ) er en ideel tilgang til at opnå PSC'er med høj effektivitet og stabilitet. Men på grund af den komplekse krystallisationskinetik mellem FAPbI₃ og CsPbI₃ , FA_1-x Cs_x PbI₃ perovskit fremstillet ved typisk et-trins (1S) krystallisation udviser dårlig sammensætningshomogenitet og høj fældedensitet, hvilket begrænser enhedens ydeevne og langsigtede stabilitet.

For at tackle denne udfordring har professor Yixin Zhao fra Shanghai Jiao Tong University og kolleger for nylig udviklet en strategi med sekventiel cæsiuminkorporering (SCI) for at afkoble krystalliseringen af ​​FA-Cs triiodidperovskit med opnåede højeffektive og stabile PSC'er.

I dette arbejde introduceres cæsiumformiat (HCOOCs) som en cæsiumkilde sekventielt i højkvalitets FA-precursorfilm. Ved at samarbejde med professor Feng Gao fra Linköpings Universitet, en ny stabiliseringsmekanisme for Cs-doping for at stabilisere FAPbI₃ er også afsløret. Denne forskningsartikel er publiceret i National Science Review .

I deres arbejde, høj kvalitet FA_1-x Cs_x PbI₃ (x =0,05-0,16) perovskitter opnås ved SCI-metoden. Forholdet mellem FA og C'er i disse SCI-FA_1-x Cs_x PbI₃ perovskitter kan nemt indstilles ved at justere indholdet af cæsiumkilden.

Sammenlignet med den konventionelle et-trins-forberedte 1S-FA_1-x Cs_x PbI₃ perovskites, SCI-FA_1-x Cs_x PbI₃ perovskites har vist en meget mere ensartet Cs-fordeling. "Den ensartede sammensætningsfordeling af C'er er nøglen til forbedring af enhedens ydeevne," siger Zhao, mens PSC'erne er baseret på SCI-FA_0.91 Cs_0.09 PbI₃ film opnåede en PCE på 24,7 % (certificeret 23,8 %), hvilket er den højeste værdi blandt de hidtil rapporterede FA-Cs triiodid PSC'er.

Desuden afslørede samarbejdet med Gaos gruppe yderligere en ny stabiliseringsmekanisme for denne Cs-doping. Inkorporeringen af ​​Cs i FAPbI₃ reducerer elektron-fonon-koblingsstyrken og gitterfluktuationen betydeligt, hvorved ionisk migration og dannelsen af ​​iodidrige klynger undertrykkes. Som et resultat er stabiliteten af ​​FA-Cs baserede enheder blevet væsentligt forbedret.

Samlet set åbner dette arbejde op for nye muligheder for strategisk at udvikle højkvalitets blandede-kation-perovskitter med god kontrol over krystallisationskinetikken, hvilket udgør en milepæl i retning af den rationelle konstruktion af højeffektive og stabile perovskit-baserede optoelektroniske applikationer, herunder, men ikke begrænset til solenergi. celler, lysemitterende dioder og lasere. + Udforsk yderligere

Opløsningsmiddeleffekt på filmdannelse og enhedens ydeevne for 2D Dion-Jacobson perovskite solceller