Стратегия повышения эффективности перовскита органических солнечных элементов

Структура устройства и поперечное сканирующее электронную микроскопию изображение перовскита/органических TSC.Кредит: Zhang et al.

До настоящего времени органические солнечные элементы достигли максимальной сертифицированной эффективности преобразования энергии (PCE) 19,4%, что ниже, чем у солнечных элементов кремния.Предлагаемая стратегия повышения их эффективности и стабильности влечет за собой сочетание этих клеток с клетками на основе смешанных перовскитов с широкополосным галогентом, создавая перовскит/органические тандемные солнечные элементы.

В то время как перовскит/органические тандемные солнечные элементы теоретически могут достигать высоких уровней и стабильности, их производительность препятствует процессу, известному как сегрегация фазы.Этот процесс ухудшает производительность перовскитных клеток с широкополосным диапазоном и, в свою очередь, отрицательно влияет на процессы рекомбинации в взаимосвязанном слое солнечных элементов тандем.

Исследователи из Ключевой лаборатории Suzhou в Университете Суочоу в новых полупроводниках-оптоэлектронных материалах и устройствах недавно разработали стратегию подавления фазовой сегрегации в широкополосных перовскитах, тем самым повысив производительность и стабильность перовскитных/органических тандемных клеток.Эта стратегия, представленная в природе Energy, влечет за собой использование псевдо-триплевого сплава, включенного в смешанные галогенидные перовскиты на основе йода и брома.

«Перовскиты с широкополосным планом смешаны подходят для интеграции в тандемных фотоэлектрических показателях, таких как перовскит/органические солнечные элементы»,-написали в своей статье Чжичао Чжан, и их сотрудники.

“Однако сегрегация галогенидной фазы, происходящая из миграции ионов с помощью галогенных вакансий в перовскитах с широкополосным диапазоном, ограничивает эффективность устройства и срок службы. Мы включаем псевдогагогеновый тиоцианат (SCN) в ионах yodide/бромида смешанных галогенидов и показывают, что они усиливают и кристаллизацииуменьшить границы зерна “.

Исследователи обнаружили, что введение их псевдогагогеновых тиоцианатных ионов в йод/бромид смешанных галогенидных перовскитов предотвращал отделение галогенидов внутри солнечных элементов.Тиоцианат в конечном итоге замедлял кристаллизацию, предотвращая мигрирование ионов и, таким образом, облегчая движение электрического заряда в солнечном элементе.

«Следы ионов SCN в объемке входят в решетку перовскита, образуя сплав I/Br/SCN, и занимают йодиные вакансии, блокируя ионную миграцию галогенидов посредством стерических препятствий», - написали Чжан, Чен и их коллеги.«Взятые вместе, эти эффекты замедляют сегрегацию фазы галогенидов в рамках работы и снижают потерю энергии в клетках перовскита с широкополосным диапазоном».

Чтобы проверить способность предлагаемой стратегии подавлять фазовую сегрегацию в широкополосных перовскитах, исследователи применили ее к разработке перовскитных/органических тандемных солнечных элементов.В этих первоначальных тестах они обнаружили, что полученные тандемные солнечные элементы достигли PCE 25,82%, сертифицированный PCE 25,06%и операционную стабильность 1000 часов.

В будущем методология, представленная Чжаном, Чен и их сотрудники, может быть адаптирована и применена к более широкополосным перовскитам с различными композициями.Это может в конечном итоге способствовать развитию многообещающих новых перовскитов/органических фотоэлектрических фотоэлектрических лиц, которые стабильны при различной интенсивности света, демонстрируют высокие расти и могут работать в течение более длительных периодов времени, прежде чем ухудшаться.

Больше информации: Zhichao Zhang et al., Подавление фазовой сегрегации в широкополосных перовскитах с ионами тиоцианата для перовскита/органических тандемов с эффективностью 25,06%, природой (2024).Doi: 10.1038/s41560-024-01491-0.