uma, b O diagrama esquemático estrutural e o diagrama de banda de nível de energia de um PSC modificado com BP com uma estrutura normal. c, d Curvas de densidade-tensão de corrente (J-V) (varredura reversa) e espectros de eficiência quântica externa (EQE) de PSCs sem (controle) e com deposição de BP (1 ~ 3 vezes) na superfície do filme de perovskita. e Histograma de eficiência de conversão de energia (PCEs) de PSCs sem (controle) e com modificação de BP (revestimento de BP por 2 vezes). Os PCEs são derivados das varreduras reversas das curvas J-V. f O aumento médio de PCE após a modificação de filmes de perovskita com diferentes materiais 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
Os limites de grão (GBs) em PSCs foram considerados prejudiciais ao desempenho fotovoltaico dos dispositivos. Numerosos jornais relataram que os defeitos em GBs de perovskita devem ser passivados por materiais adequados, como haleto de amônio quaternário, derivados de fulereno e CH 3 NH 3 EU, para aliviar a recombinação de portadores e, consequentemente, melhorar o desempenho do dispositivo.
Em um novo artigo publicado em Luz:Ciência e Aplicações, uma equipe de cientistas, liderado pelo Professor Feng Yan do Departamento de Física Aplicada, A Universidade Politécnica de Hong Kong, Hung Hom, Kowloon, Hong Kong, e colegas de trabalho desenvolveram um novo método para superar a desvantagem dos GBs de perovskita sem a passivação por defeito neles. Vários materiais 2D, incluindo fósforo preto (BP), MoS 2 e óxido de grafeno (GO), são especificamente modificados na borda de GBs de perovskite por um processo de solução.
Os materiais 2D têm alta mobilidade de portadores, espessuras ultrafinas e superfícies lisas sem ligações pendentes. Os PCEs dos dispositivos são substancialmente aprimorados pelos flocos 2D, em que os flocos de BP podem induzir o maior aumento relativo de cerca de 15%. Mais interessante, eles acham isso, sob certas condições, GBs modificados com os materiais 2D são favoráveis ao desempenho do dispositivo. Portanto, um efeito sinérgico entre os flocos 2D e GBs de perovskita é observado pela primeira vez.
Embora a nanotecnologia do uso de materiais 2D em PSCs tenha sido relatada em alguns artigos, o efeito sinérgico entre os flocos 2D e os GBs de perovskita não foi relatado até agora. Para entender melhor o mecanismo subjacente do efeito acima, a simulação do dispositivo foi conduzida usando um software comercial. Os processos de condução de furo de GBs para flocos 2D em PSCs são claramente demonstrados, mostrando que os flocos GBs e 2D agem todos como canais de orifício nos dispositivos.
Os resultados da simulação confirmam que o aumento de desempenho induzido pelo BP é maior do que por outros materiais 2D devido à maior mobilidade do furo do BP. Além disso, a modificação dos flocos 2D nos grãos de perovskita longe dos GBs tem pouco efeito no desempenho do dispositivo, indicando que o efeito sinérgico de flocos 2D e GBs de perovskita é essencial para o aprimoramento do desempenho em nossos dispositivos.
uma, b A distribuição da densidade de corrente do buraco nos PSCs simulados sem (a) e com (b) modificação de BP. c As curvas J-V simuladas dos PSCs modificados com diferentes materiais 2-D. d O aumento relativo de PCE dos PSCs após as modificações com diferentes materiais 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
Embora a cobertura dos flocos 2D nos filmes de perovskita seja de apenas alguns por cento, a maioria dos flocos estão localizados em GBs de perovskita. Devido às altas mobilidades de portadores dos materiais 2D, especialmente BP, a transferência total de GBs é dramaticamente aprimorada nos PSCs, resultando em melhorias substanciais da eficiência, bem como da estabilidade dos dispositivos. Esses resultados também indicam que os GBs em PSCs não prejudicam o desempenho do dispositivo se as lacunas acumuladas nos GBs puderem ser conduzidas de maneira eficiente.
Sob certas condições, GBs podem até mesmo ser favoráveis para o desempenho fotovoltaico de PSCs devido aos campos elétricos embutidos em torno deles, o que pode facilitar a separação e transferência de fototransportadores nos dispositivos. Portanto, GBs perovskite são eletricamente benignos, o que é consistente com alguns cálculos teóricos relatados anteriormente. Mais importante, eles observaram o efeito sinérgico dos flocos 2D nos GBs em PSCs pela primeira vez. Tanto a mobilidade do portador quanto a localização dos flocos 2D na superfície da perovskita são essenciais para o aprimoramento do desempenho.
Este trabalho fornece uma diretriz de modificação de camadas de perovskita com novos materiais 2D de alta mobilidade para melhorar o desempenho fotovoltaico, bem como a estabilidade de PSCs.
uma, b As curvas J-V experimentais (a) e simuladas (b) dos PSCs mistos modificados com diferentes flocos 2-D em GBs de perovskita. c As eficiências do dispositivo simulado de PSCs mistos com mobilidades variáveis de flocos 2-D. As três regiões (I, II, III) correspondem às mobilidades do portador dos três flocos 2-D diferentes (GO, MoS2, BP), e os símbolos de estrela representam as eficiências experimentais de PSCs modificados com três flocos 2-D diferentes em 6a. d Dispositivos simulados PCEs e aumento de eficiência para flocos BP localizados em diferentes posições nos grãos 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
