En amerikansk-kanadensisk grupp forskare har använt Lewis-basmolekyler för att förbättra ytpassiveringen i en perovskitsolcell.Teamet producerade en enhet med en hög öppen kretsspänning och anmärkningsvärda stabilitetsnivåer.
En amerikansk-kanadensisk forskargrupp har tillverkat en inverterad perovskitsolcellgenom att använda Lewis-basmolekyler för ytpassivering.Lewis-baser används i allmänhet inom perovskitsolforskning för att passivera ytdefekter i perovskitskiktet.Detta har positiva effekter på energinivåinriktning, gränssnittsrekombinationskinetik, hysteresbeteende och driftsstabilitet.
"Lewis basicitet, som är omvänt proportionell mot elektronegativitet, förväntas bestämma bindningsenergin och stabiliseringen av gränssnitt och korngränser," sa forskarna och noterade att molekylerna visade sig vara mycket effektiva för att skapa stark bindning mellan cellskikten vid gränssnittsnivån."En Lewis-basmolekyl med två elektrondonerande atomer kan potentiellt binda och överbrygga gränssnitt och markgränser, vilket erbjuder potential att förbättra vidhäftningen och stärka den mekaniska segheten hos perovskitsolceller."
Forskarna använde en difosfin Lewis-basmolekyl känd som 1,3-bis(difenylfosfin)propan (DPPP) för att passivera en av de mest lovande halidperovskiterna – formamidiniumblyjodiden känd som FAPbI3 – för användning i en cells absorberande skikt.
De avsatte perovskitskiktet på ett DPPP-dopat håltransportskikt (HTL) tillverkat av nickel(II)oxid (NiOx).De observerade att vissa DPPP-molekyler återupplöstes och segregerade vid både perovskit/NiOx-gränssnittet och perovskitens ytregioner, och att perovskitfilmens kristallinitet förbättrades.De sa att detta steg förbättrademekanisksegheten hos perovskite/NiOx-gränssnittet.
Forskarna byggde cellen med ett substrat av glas och tennoxid (FTO), HTL baserad på NiOx, ett lager avmetyl-substituerad karbazol(Me-4PACz) som håltransportskikt, perovskitskiktet, ett tunt skikt av fenetylammoniumjodid (PEAI), ett elektrontransportskikt av buckminsterfulleren (C60), ett tenn(IV)oxid (SnO2) buffertskikt, och en metallkontakt gjord av silver (Ag).
Teamet jämförde prestandan hos den DPPP-dopade solcellen med en referensenhet som inte gick igenom behandlingen.Den dopade cellen uppnådde en effektomvandlingseffektivitet på 24,5 %, en öppen kretsspänning på 1,16 V och en fyllningsfaktor på 82 %.Den odopade enheten nådde en verkningsgrad på 22,6 %, en öppen spänning på 1,11 V och en fyllningsfaktor på 79 %.
"Förbättringen av fyllfaktor och öppen kretsspänning bekräftade minskningen av defektdensiteten vid NiOx/perovskite-frontgränssnittet efter DPPP-behandling," sa forskarna.
Forskarna byggde också en dopad cell med en aktiv yta på 1,05 cm2 som uppnådde en kraftomvandlingeffektivitet på upp till 23,9 %och visade ingen nedbrytning efter 1 500 timmar.
"Med DPPP, under omgivningsförhållanden - det vill säga ingen ytterligare uppvärmning - förblev cellens totala effektomvandlingseffektivitet hög i cirka 3 500 timmar", säger forskaren Chongwen Li."De perovskitsolceller som tidigare har publicerats i litteraturen tenderar att se en betydande minskning av sin effektivitet efter 1 500 till 2 000 timmar, så det här är en stor förbättring."
Gruppen, som nyligen ansökte om patent för DPPP-tekniken, presenterade celltekniken i "Rational design of Lewis base molecules forstabila och effektiva inverterade perovskite solceller”, som nyligen publicerades i Science.I teamet ingår akademiker från University of Toronto i Kanada, samt forskare från University of Toledo, University of Washington och Northwestern University i USA.
Posttid: 27-2-2023