a, b Det strukturella schematiska diagrammet och energinivåbanddiagrammet för en BP-modifierad PSC med en normal struktur. c, d Strömtäthet-spänning (J-V) kurvor (omvänd skanning) och extern kvanteffektivitet (EQE) spektra av PSC utan (kontroll) och med BP-avsättning (1 ~ 3 gånger) på perovskitfilmytan. e Histogram över effektomvandlingseffektivitet (PCE) för PSC utan (kontroll) och med BP -modifiering (BP -beläggning 2 gånger). PCE:erna härleds från JV-kurvornas omvända skanningar. f Den genomsnittliga PCE-förbättringen efter modifieringen av perovskitfilmer med olika 2-D-material. Upphovsman: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
Korngränser (GB) i PSC har befunnits vara skadliga för enheternas fotovoltaiska prestanda. Många papper rapporterade att defekterna i perovskit GB bör passiveras av lämpligt material, såsom kvaternär ammoniumhalogenid, fullerenderivat och CH 3 NH 3 Jag, för att lätta rekombination av bärare och följaktligen förbättra enhetens prestanda.
I en ny artikel publicerad i Ljus:Vetenskap och applikationer, ett team av forskare, ledd av professor Feng Yan från Institutionen för tillämpad fysik, Hong Kong Polytechnic University, Hung Hom, Kowloon, Hongkong, och medarbetare har utvecklat en ny metod för att övervinna nackdelen med perovskit GB utan defektpassivering på dem. Flera 2D -material, inklusive svart fosfor (BP), MoS 2 och grafenoxid (GO), modifieras specifikt på kanten av perovskit -GB genom en lösningsprocess.
2D -materialen har hög mobilitet, ultratunna tjocklekar och släta ytor utan hängande bindningar. Enheternas PCE förstärks väsentligt av 2D -flingorna, i vilka BP -flingor kan inducera den högsta relativa förbättringen på cirka 15%. Mer intressant, de finner det, under vissa förutsättningar, GB som modifierats med 2D -material är gynnsamma för enhetens prestanda. Därför, en synergistisk effekt mellan 2D -flingorna och perovskit -GB observeras för första gången.
Även om nanoteknik för att använda 2D -material i PSC har rapporterats i vissa tidningar, den synergistiska effekten mellan 2D -flingorna och perovskit -GB har inte rapporterats förrän nu. För att bättre förstå den bakomliggande mekanismen för ovanstående effekt, enhetssimulering utfördes med kommersiell programvara. Hålledningsprocesserna från GB till 2D -flingor i PSC är tydligt demonstrerade, visar att GB och 2D -flingor alla fungerar som hålkanaler i enheterna.
Simuleringsresultaten bekräftar att prestandaförbättringen inducerad av BP är högre än för andra 2D -material på grund av den högsta hålrörligheten hos BP. Dessutom, modifieringen av 2D -flingorna på perovskitkornen från GB har liten effekt på enhetens prestanda, vilket indikerar att den synergistiska effekten av 2D -flingor och perovskit -GB är avgörande för prestandaförbättringen i våra enheter.
a, b Hålströmstäthetsfördelningen i de simulerade PSC:erna utan (a) och med (b) BP -modifiering. c De simulerade J-V-kurvorna för PSC:erna modifierade med olika 2-D-material. d Den relativa PCE-förbättringen av PSC:erna efter ändringarna med olika 2-D-material. Upphovsman: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
Även om täckningen av 2D -flingorna på perovskitfilmerna bara är flera procent, de flesta flingorna ligger på perovskit GB. På grund av 2D -materialens höga bärarmobilitet, särskilt BP, hålöverföring från GB förbättras dramatiskt i PSC:erna, vilket resulterar i väsentliga förbättringar av effektiviteten såväl som enheternas stabilitet. Dessa resultat indikerar också att GB i PSC inte skadar enhetens prestanda om de ackumulerade hålen i GB:erna kan utföras effektivt.
Under vissa förutsättningar, GB kan till och med vara gynnsamma för solcellsanläggningens prestanda på grund av de inbyggda elektriska fälten runt dem, vilket kan underlätta separering och överföring av fotobärare i enheterna. Därför, perovskit GB är elektriskt godartade, vilket överensstämmer med några teoretiska beräkningar som rapporterats tidigare. Mer viktigt, de observerade den synergiska effekten av 2D -flingorna på GB i PSC för första gången. Både bärarmobilitet och platsen för 2D -flingorna på perovskitytan är avgörande för prestandaförbättringen.
Detta arbete ger en riktlinje för att modifiera perovskitlager med nya 2D-material med hög rörlighet för att förbättra fotovoltaikens prestanda samt stabiliteten hos PSC.
a, b De experimentella (a) och simulerade (b) J-V-kurvorna för de blandade PSC:erna modifierade med olika 2-D-flingor på perovskit-GB. c Den simulerade enhetseffektiviteten för blandade PSC:er med varierande mobiler av 2-D-flingor. De tre regionerna (I, II, III) motsvarar bärarmobilitet för de tre olika 2-D-flingorna (GO, MoS2, BP), och stjärnsymbolerna representerar den experimentella effektiviteten hos PSC:er modifierade med tre olika 2-D-flingor i 6a. d Simulerade enhets -PCE:er och effektivitetsförbättring för BP -flingor belägna på olika positioner på perovskitkorn. Upphovsman: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
