Покращення фотоелектричних характеристик квазі-2D перовскітних сонячних елементів завдяки інженерії інтерфейсів з використанням диціандаміду

Інноваційний підхід до поліпшення ефективності перовскітних сонячних елементів за допомогою молекулярного моста

Дослідницька група на чолі з професорами Пеньвей Лі, Яньліним Сунгом та Іціангом Чжаном представила новаторську стратегію, яка може революціонізувати світ перовскітних сонячних елементів. Використовуючи новий підхід на основі диціандіаміду (DCD), науковцям вдалося значно підвищити ефективність цих пристроїв. У журналі Nano-Micro Letters команда деталізувала методи, завдяки яким вдалося досягти цього вражаючого результату.

Однією з найбільших перемог дослідників стало досягнення рекордної ефективності перетворення енергії у 21,54% для оброблених за допомогою DCD елементів, у той час як контрольні зразки досягли лише 19,05%. Цей Інноваційний підхід зменшив густину інтерфейсних пасток на цілих 73%, що значно збільшило швидкість транспорту заряду та знизило темпи його рекомбінації. Проміжні тести виявили, що оброблені DCD елементи зберегли 94% свої початкової ефективності після тривалого випробування у 1200 годин.

Але як саме DCD змогло досягти таких результатів? Секрет у взаємодії його гуанідинових та ціанідних груп з матеріалами, з якими вони з’єднуються. Гуанідинова група здатна зв’язувати недокоординовані іони Pb2+ та заповнювати вакансії йоду і катіонів, тоді як ціанідна група взаємодіє з Ti4+ в TiO2, зменшуючи вакансії кисню та підвищуючи стійкість інтерфейсів перовскіт/ETL.

Спектроскопічні та теоретичні дослідження підтверджують ефективність DCD. Ви знаєте, як це зазвичай буває, коли теорія і практика сходяться? Саме це і відображено в результатах—спектрометрія XPS, FTIR, а також динамічні розрахунки DFT підтвердили зменшення генерації пасток завдяки міцному зв’язуванню CN-титану.

Якщо аналізувати результати тестування, ми отримали вражаючі дані. Відкрите напруження VOC становить 1,172 В, коротке замикання струмом JSC—23,08 мА/см², а фактор заповнення FF—79,6%. Ці показники вказують на те, що щільність пасток зменшилася більше ніж утричі, а опір рекомбінації зріс до 20,68 кОм. Це ознака того, що знижується ризик втрат енергії під час перетворення.

Завдяки поєднанню пасивації дефектів з уніфікацією фаз, нова стратегія усуває класичний конфлікт між ефективністю та стабільністю у 2D перовскітних фотоелементах, роблячи їх більш надійними та довговічними. Вчені вважають, що цей підхід може бути адаптований і для інших оптоелектронних пристроїв, таких як світлодіоди та фотодетектори. Це відкриває нові перспективи для масштабованого та ефективного дизайну майбутніх пристроїв.