Покращення електричних характеристик quasi-2D перовскітних сонячних елементів за допомогою інженерії інтерфейсу диціандіамідом

Інноваційний молекулярний міст зміцнює ефективність 2D перовскітних сонячних елементів

Завдяки новаторському підходу, розробленому дослідницькою групою під керівництвом професорів Пенгвея Лі, Янліна Сона та Їціаня Чжана, значно покращено ефективність двомірних (2D) перовскітних сонячних елементів. Вони представили стратегію молекулярного мосту на основі диціанаміду (DCD), яка забезпечує помітні поліпшення у сфері стабільності та продуктивності цих елементів.

Дослідження, опубліковане в журналі Nano-Micro Letters, описує новаторський метод інженерії інтерфейсу, який водночас збільшує ефективність і стабільність, здійснює пасивацію дефектів та регулює фазовий розподіл у сонячних елементах. За допомогою DCD вдалося досягти рекордної ефективності перетворення енергії — 21,54% у порівнянні з 19,05% у контрольних зразках. Технологія DCD зменшила щільність інтерфейсу на 73%, що забезпечило швидше транспортування зарядженості та зменшення швидкості рекомбінації.

Однією з ключових переваг цього підходу є його довготривала стабільність. Пристрої, оброблені DCD, зберегли 94% своєї початкової ефективності після 1200 годин експлуатації, що значно більше, ніж у необроблених елементів, які зберегли лише 84%.

Ефективність DCD пояснюється його уникальною структурою: гуанідинові групи з’єднуються з недоокультуреними іонами Pb2+, заповнюючи вакансії йоду або катіонів. Ціаногрупа, з іншого боку, взаємодіє з Ti4+ в TiO2, що зменшує кількість вакансій кисню та зміцнює інтерфейси між перовскітом і електронно-транспортним шаром (ETL). Цей процес також сприяє утворенню високощільних фаз, що забезпечують рівномірний транспорт зарядженості.

Оптимізація виявила себе через спектроскопічні та теоретичні дослідження. Завдяки застосуванню методів XPS та FTIR вдалося підтвердити взаємодії DCD із Pb та Ti, знизивши співвідношення вакансій кисню з 48% до 33%. Параметри продуктивності свідчать про значні покращення: напруга холостого ходу (VOC) склала 1,172 В, короткозамкнутий струм (JSC) — 23,08 мА/см², а заповнюючий фактор (FF) становить 79,6%. Водночас щільність ловушок зменшилася більш ніж вчетверо, а опір рекомбінації зріс до 20,68 кО.

Інтеграція пасивації дефектів з гомогенізацією фаз у цьому підході долає традиційний компроміс між ефективністю та стабільністю у 2D перовскітних фотогальванічних пристроях. Команда дослідників вважає, що ця стратегія може бути застосована і до інших видів перовскітних оптоелектронних пристроїв, таких як світлодіоди та фотодетектори, пропонуючи універсальну платформу для масштабується та високопродуктивної