Покращення майже 2D перовскітних сонячних елементів за допомогою інженерії інтерфейсу диціандіаміду

Інноваційний підхід у перовскітних сонячних елементах: Як DCD покращує ефективність та стабільність

У світі альтернативної енергетики постійно з’являються інновації, що намагаються подолати традиційні обмеження та підвищити ефективність технологій. Одна з таких інновацій — це стратегія молекулярного мосту на основі діциандиамиду (DCD), яку представила дослідницька група під керівництвом професорів Пейнвея Лі, Янліна Сунга та Ікіанга Чжана. Їхня робота зосереджується на перовскітних сонячних елементах з чергуванням катіонів у міжшарувальному просторі.

Описана методологія підвищення ефективності та стабільності завдяки інженерії інтерфейсу подвійної дії може стати справжнім проривом. Використання DCD дозволило досягти рекордної ефективності потужності перетворення 21,54% порівняно з 19,05% у контрольних зразках без DCD-обробки, що є винятковими показниками в цій галузі. Більш того, DCD зменшив щільність інтерфейсних пасток аж на 73%, що сприяло швидшому переносу заряду і знижувало швидкість рекомбінації.

Команда також задокументувала довгострокову стабільність оброблених DCD-пристроїв, які зберігали 94% своєї початкової ефективності після 1200 годин тестувань. Це значно перевершує результати необроблених елементів, які утримували лише 84% ефективності.

Молекулярні секрети DCD

Чудовий ефект DCD пояснюється його гуанідиновими та ціаногрупами. Гуанідинова група активно взаємодіє з недостатньо координованими Pb2+ іонами та заповнює вакансії йоду або катіонів, тоді як ціаногрупа координує з Ti4+ в TiO2. Це зменшує кисневі вакансії і зміцнює інтерфейси перовскіт/ETL, що сприяє кращому процесу зарядного переносу.

Унікальність DCD полягає в її здатності пригнічувати агрегацію фаз низького n, забезпечуючи, натомість, формування вертикально орієнтованих фаз високого n. Це гарантує більш рівномірний перенос зарядів.

Спектроскопічні та теоретичні дослідження додатково підтверджують механізм дії DCD. За даними XPS і FTIR, взаємодії DCD з Pb і Ti зменшили співвідношення вакансій кисню з 48% до 33%. Окрім того, дослідження транзієнтної абсорбції та фотолюмінесценції показали однорідніші фазові дистрибуції, тоді як розрахунки DFT підкреслили сильне з’єднання CN – Ti.

Переваги та застосування

Випробування продуктивності пристроїв з DCD показали VOC 1,172 В, JSC 23,08 мА см^-2 та FF 79,6%. Щільність пасток вд