Покращення майже двовимірних перовскітних сонячних елементів за допомогою інженерії інтерфейсу з диціандіамідом

Інноваційні перовскітні сонячні елементи з максимальними показниками ефективності та стабільності

Мабуть, ви вже чули про перовскітні сонячні елементи? Ну, якщо ні — ось ваш шанс! Дослідницька група під керівництвом Пенгвея Лі, Янліна Суна та Іцянга Чжана представила нову стратегію, яка використовує молекулярний міст на основі диціандаміду (DCD), що значно вдосконалює ці елементи із чергуванням катіонів (ACI).

Ви тільки уявіть, у нещодавньому дослідженні, яке було опубліковане в Nano-Micro Letters, описано метод, що підвищує ефективність та стабільність перовскітних сонячних елементів. Ґеніальні науковці змогли досягти рекордної ефективності перетворення енергії на рівні 21.54% з використанням DCD, тоді як контрольні зразки ледь долали 19.05%. Такий прогрес став можливим завдяки зменшенню щільності міжфазових ловельних станів на 73%, що забезпечило швидший транспорт заряду та нижчі темпи рекомбінації.

Як це працює?

Ефективність DCD полягає у наявності гуанідинових і ціаногенних груп. Гуанідинова група взаємодіє з недостатньо координованими Pb2+ іонами, заповнюючи вакансії у матеріалі, в той час як ціаногрупа координується з Ti4+ у TiO2, зменшуючи вакансії кисню. Це дозволяє зміцнити інтерфейси перовскіт/ETL, а DCD додатково пригнічує агрегацію небажаних фаз, сприяючи вирівнюванню високих фаз для рівномірного транспорту заряду.

Спектроскопічні та теоретичні дослідження посилили ці висновки. XPS та FTIR підтвердили взаємодії DCD з Pb і Ti. Крім того, досягнуто зниження коефіцієнтів вакансій кисню — із 48% до 33%, що суттєво вдосконалює пристрій. Щільність ловельних станів зменшилася у три рази, а опір рекомбінації зріс до 20.68 кОм, що підкреслює ефективне видалення заряду. Важливо зазначити, що пристрої зберегли стабільність під час 400 годин безперервного освітлення та 1200 годин впливу теплового та екологічного стресу.

Потенційні застосування

Завдяки інтеграції пасивації дефектів з гомогенізацією фаз, цей підхід здатен подолати традиційні обмеження між ефективністю та стабільністю в 2D перовскітних фотовольтаїках. Що цікаво, науковці вважають, що цю стратегію можна масово застосувати не лише для сонячних елементів, а й для перовскітних оптоелектронних пристроїв, таких як світлодіоди та фотодетектори, створюючи універсальну платформу для високопродуктивного проектування пристроїв.

Отже, в найближчому майбутньому ми можемо очікувати ще більше чуд