home Productietechnologie Fabricage-apparatuur
Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Industrial materials >> Nanomaterialen

Gradient Engineered Light Absorption Layer voor verbeterde efficiëntie van carrier-separatie in perovskiet-zonnecellen

Abstract

Het transportgedrag van dragers in de perovskiet-lichtabsorptielaag heeft een aanzienlijke invloed op de prestaties van perovskiet-zonnecellen (PSC's). In dit werk werden verminderde dragerrecombinatieverliezen bereikt door het ontwerp van een bandstructuur in perovskietmaterialen. Een ultradunne (PbI2 /PbBr2 )n film met een gradiëntdikteverhouding werd afgezet als de loodhalogenide-precursorlaag door een thermische verdampingsmethode, en PSC's met een gradiëntbandstructuur in de perovskiet-absorptielaag werden vervaardigd door een tweestapsmethode in een omgevingsatmosfeer. Ter vergelijking:PSC's met homogene perovskietmaterialen van MAPbI3 en MAPbIx Br3 − x werden ook gefabriceerd. Gebleken is dat de gradiënt type II bandstructuur de levensduur van de drager aanzienlijk verkort en de efficiëntie van de dragerscheiding verbetert. Als gevolg hiervan vertonen de PSC's met een gradiëntbandstructuur een gemiddelde stroomconversie-efficiëntie van 17,5%, wat 1-2% hoger is dan die van traditionele PSC's. Dit werk biedt een nieuwe methode voor het ontwikkelen van zeer efficiënte PSC's.

Inleiding

In de afgelopen 10 jaar zijn perovskiet-zonnecellen (PSC's) het middelpunt van de aandacht geworden op het gebied van energie vanwege hun hoge efficiëntie en lage kosten [1,2,3,4,5,6]. Veel inspanningen zijn gericht geweest op de verbetering van celprestaties of stroomconversie-efficiëntie (PCE) [7,8,9,10,11,12,13]. Zoals we weten, hangen de celprestaties in wezen af ​​van de invallende foton-naar-elektron conversie-efficiëntie (IPCE) en lichtabsorptie-efficiëntie, terwijl een efficiënte dragerscheidingsefficiëntie de sleutel is om IPCE te verbeteren. Daarom wordt het van cruciaal belang om het transport van door fotonen gegenereerde dragers in perovskietmaterialen te regelen. In traditionele PSC's met vlakke structuur worden dragers (of elektron-gat-paren) gescheiden op het grensvlak tussen de elektronenoverdrachtslaag (ETL) en perovskietmateriaal, en alleen dragers die diffunderen naar het scheidingsinterface kunnen een effect hebben op de celprestaties. Daarom is er veel werk gedaan om de recombinatie van dragers tijdens de diffusie ervan te verminderen. Verschillende methoden, zoals gloeien met oplosmiddel [14,15,16,17], additieve engineering [18,19,20], oppervlaktepassivering [21,22,23,24], enz. zijn gebruikt om de kwaliteit van de perovskietkristal te verbeteren. Banduitlijningsregeling is eigenlijk een alternatieve methode om recombinatieverliezen te verminderen [25,26,27]. Jing Zhang et al. introduceerde extrinsieke beweegbare ionen Li + /I − in MAPbI3 , en de aggregatie van Li + /I − stemde het energieniveau van de perovskiet af, waardoor ladingsextractie behoorlijk efficiënt werd uit perovskietmaterialen naar zowel ETL als gatentransportlaag (HTL) in PSC's [28]. Interessant is dat de bandstructuur van organometaalhalogenide-perovskietmaterialen eenvoudig kan worden aangepast door de component of het gehalte van het halogeenelement in perovskietmaterialen te veranderen [29,30,31,32]. Zhang et al. maakte een MAPbI3 /MAPbIx Br3 − x heterostructuur met een type-II-bandstructuur en bereikte HTL-vrije PSC's [33]. In wezen is het een ideale benadering om recombinatieverliezen direct te verminderen door het ontwerp van een gradiëntbandstructuur in de perovskiet-lichtabsorptielaag [34, 35], die de dragerscheiding zo snel mogelijk ondersteunt. Voor zover ons bekend is er tot nu toe echter niet gerapporteerd over de fabricage van perovskietmaterialen met een gradiëntbandstructuur.

In dit werk, ultradunne PbI2 en PbBr2 films werden afwisselend op het substraat afgezet als de loodhalogenide-precursorlagen door een thermische verdampingsmethode, en PSC's met een gradiënt-gemanipuleerde perovskiet-absorptielaag werden vervaardigd door de dikteverhouding van PbI2 geleidelijk af te stemmen. naar PbBr2 films. Ter vergelijking:PSC's met homogene perovskietmaterialen van MAPbI3 en MAPbIx Br3 − x werden ook gefabriceerd. Scanning-elektronenmicroscopie (SEM), energiedispersieve röntgenspectroscopie (EDS), röntgendiffractie (XRD), absorptiespectra, fotoluminescentie (PL) spectra en tijd-opgeloste fotoluminescentie (TRPL) spectra werden uitgevoerd om de morfologieën te onderzoeken, elementverdeling, kristalstructuren, chemische samenstellingen, optische eigenschappen en levensduur van perovskietmaterialen. Het is gebleken dat de gradiëntbandstructuur in de perovskiet-lichtabsorptielaag de levensduur van de drager aanzienlijk verkort en de efficiëntie van de dragerscheiding verbetert. Als gevolg hiervan vertonen de PSC's met een gradiëntbandstructuur een gemiddelde stroomconversie-efficiëntie van 17,5%, wat 1-2% hoger is dan die van traditionele PSC's.

Experimentele sectie

Apparaatfabricage

Met fluor gedoteerde tinoxide (FTO) glassubstraten (15 / sq) werden geëtst met een laser en gereinigd door sequentiële ultrasone trillingen in aceton, ethanol en gedeïoniseerd water gedurende 15 min in elk. Een compacte SnO2 (c-SnO2 ) laag werd afgezet op de gereinigde FTO-substraten door spin-coating van 0,1 M tinoxide-ethanoloplossing (Xi'an Polymer) bij 3000 tpm gedurende 30 s, en vervolgens gedurende 120 min bij 200 °C uitgegloeid. Nadat de substraten op natuurlijke wijze waren afgekoeld tot kamertemperatuur, werden ze gedurende 20 min bij 75 °C ondergedompeld in tintetrachloride-oplossing en vervolgens gespoeld met gedeïoniseerd water en gedroogd door een stikstofstroom. Drie soorten perovskietlagen, namelijk MAPbI3 , MAPbIx Br3 – x , en G-MAPbIx Br − x , werden bereid door een tweestapsmethode. Om homogene MAPbI3 te fabriceren of MAPbIx Br3 − x perovskietfilms, PbI2 (99,99%, Xi'an Polymer) met een dikte van 180 nm werd eerst verdampt op het voorbereide substraat met een snelheid van 0,5 nm/s. Loodhalogeniden converteren naar MAPbI3 materialen, de voorloperfilm met een oplossing van CH3 NH3 I (MAI) in isopropanol (40  mg/mL) werd spin-coated op de substraten, terwijl om loodhalogeniden om te zetten in MAPbIx Br3 − x , een MAI en MABr (CH3 NH3 Br) gemengde isopropanoloplossing (molverhouding:4:1) werd gebruikt als de voorloper en spin-coated op de zoals bereide FTO/c-SnO2 /PbI2 substraten. Wat betreft de fabricage van MAPbIx Br3 − x perovskietfilms, PbI2 en PbBr2 werden afwisselend verdampt op de FTO/c-SnO2 substraat als de loodhalogenide-precursorlagen, zoals weergegeven in Fig. 1, door de verdampingstijd van PbI2 nauwkeurig te regelen en PbBr2 , en een heterogene loodhalogenidelaag van 180 nm met een gradiëntdikteverhouding, bestaande uit (11,6 nm PbI2 /0.4 nm PbBr2 )/(11.2 nm PbI2 /0.8 nm PbBr2 )/....../(6 nm PbI2 /6 nm PbBr2 ), werd verkregen. En toen werd de voorloperfilm met een oplossing van MAI in isopropanol (40 mg/mL) spin-coated op de zoals voorbereide FTO/c-SnO2 /(PbI2 /PbBr2 )15 substraten. Alle bovenstaande spincoatingsnelheden waren ingesteld op 5500 tpm en alle monsters werden gedurende 60 min bij 110 ° C gegloeid. Het gatentransportmateriaal (HTM) werd afgezet door spincoating bij 4000 rpm gedurende 30 s, dat was samengesteld uit 72 mg spiro-OMeTAD, 28,8 L 4tert-butylpyridine en 17,5  μL 520  mg/mL lithium-bis-( trifluormethaansulfonyl) imide in acetonitril in 1 mL chloorbenzeen. Alle bovengenoemde processen worden uitgevoerd in een luchtatmosfeer met een relatieve vochtigheid van 35%. Ten slotte werden 80 nm dikke gouden elektroden op de bovenkant van de apparaten afgezet door middel van een thermische verdampingsmethode. Het actieve gebied van de cel werd gemeten als 0,07 cm 2 .

Schema's van het fabricageproces van gradiënt MAPbIx Br3 − x perovskietfilms

Karakterisering

Morfologieën van de monsters en EDS-afbeeldingsafbeeldingen werden onderzocht met een veldemissie-SEM met hoge resolutie (FE-SEM, Zeiss Sigma). Kristalstructuren werden geanalyseerd door XRD (Ultima IV, Rigaku, Cu Kα:λ =0,15406 nm). De absorptiespectra van perovskietfilms werden gekarakteriseerd door een UV/Vis-spectrofotometer (PerkinElmer, Lambda 850). De stroomdichtheid-spanningscurves (J-V) werden gemeten met een digitale bronmeter (B2901A, Keysight) onder een AM 1.5-zonnesimulator (SS150, Zolix). De IPCE werd gemeten in AC-modus op een (QE-R, Spectral Response Measurement System) testsysteem (Enli Technology Co. Ltd.) met een wolfraam-halogeenlamp als lichtbron. PL- en TRPL-spectra werden gemeten met een transiënte nabij-infrarode fluorescentiespectrometer (FLS 980) bij een lasergolflengte van 377 nm als excitatiebron.

Resultaten en discussie

De morfologieën van het oppervlak en de dwarsdoorsnede van de perovskietfilms werden gekarakteriseerd door SEM. Figuur 2 a–c toont de oppervlaktebeelden van de perovskietmonsters van MAPbI3 , MAPbIx Br3 – x , en verloop MAPbIx Br3 − x (aangeduid als G-MAPbIx Br3 − x ), respectievelijk. De inzetstukken zijn hun afbeeldingen in dwarsdoorsnede. Alle monsters vertonen een uniform en compact oppervlak, wat wijst op de goede kristalkwaliteit van perovskietmaterialen. Met name de monsters demonstreren de verschillende korrelgroottes. De MAPbIx Br3 − x monster heeft een gemiddelde korrelgrootte in de orde van micrometers, terwijl voor de MAPbI3 en G-MAPbIx Br3 − x monsters zijn de korrelgroottes respectievelijk ~ 350 nm en ~ 450 nm. Het verschil in grootte moet verband houden met het materiële groeiproces. Wat betreft de MAPbIx Br3 − x monster werd een MAI en MABr gemengde isopropanoloplossing gebruikt als de voorloper, terwijl voor de andere twee monsters alleen de MAI isopropanoloplossing werd gebruikt. Br-atomen in de voorloperoplossing hebben de neiging om I-atomen langzaam te verdringen tijdens het groeiproces vanwege hun verschillende atomaire straal, wat bevorderlijk is voor het verminderen van de groeisnelheid en het vergroten van de korrelgrootte. Dit gedrag wordt ook waargenomen in andere rapporten [36, 37]. Bovendien, zoals weergegeven in de inzetstukken van Fig. 2, wordt de dikte voor alle drie de monsters geregeld tot ~ 350 nm, wat vergelijkbaar is met de geoptimaliseerde waarde in het vorige rapport [38].

De oppervlakte- en dwarsdoorsnedemorfologieën van perovskietfilms:a MAPbI3 , b MAPbIx Br3 − x , en c G-MAPbIx Br3 − x . De inzetstukken zijn hun dwarsdoorsnede-afbeeldingen

Om de kristalstructuren en samenstellingen van verschillende monsters op te helderen, werden XRD-metingen uitgevoerd met de resultaten in Fig. 3a. De diffractiepieken rond 14,1°, 28,4°, 31,8° en 40,9° zijn geïndexeerd met (110), (220), (312) en (330) vlakken van MAPbI3 materiaal resp. Er is geen karakteristieke piek die overeenkomt met hexagonale PbI2 of PbBr2 , waardoor de volledige conversie wordt onthuld. Met betrekking tot de MAPbI3 monster, zoals weergegeven in Fig. 3b, de diffractiepieken van de MAPbIx Br3 − x en G-MAPbIx Br3 − x samples verschuiven iets naar de grotere 2θ graden en verschijnen bijna in dezelfde positie, wat wijst op het analoge dopinggehalte van Br-atomen [32]. Figuur 3c toont hun absorptiespectra. Voor de MAPbI3 monster wordt een duidelijke absorptierand bij ~ 785 nm waargenomen, wat overeenkomt met een bandgap van 1,58 eV. Voor de andere twee monsters bewegen beide absorptieranden naar ~ 755 nm, wat overeenkomt met een bandgap van 1,64 eV. Empirisch gezien is de bandgap E g kan worden geschat met de volgende kwadratische vergelijking:

$$ {E}_g\left( MAPb{I}_x{Br}_{3-x}\right)=2.29-0.35x+0.037{x}^2, $$

een XRD-patronen van perovskietfilms, b hun gedeeltelijke vergroting, en c absorptiespectra

vandaar dat het Br-gehalte kan worden geschat op ~ 16% [32]. Het is vermeldenswaard dat hoewel de MAPbIx Br3 − x en G-MAPbIx Br3 − x monsters hebben bijna dezelfde absorptieranden, hun curvehellingen vertonen een bepaald verschil. De absorptierand voor de G-MAPbIx Br3 − x monster is relatief zacht, wat kan zijn omdat het een niet-homogeen perovskietmateriaal is met een niet-identieke bandgap.

De PSC's werden vervaardigd met behulp van de bovenstaande drie monsters en respectievelijk gelabeld als PSC-I, PSC-I/Br en PSC-G-I/Br. Figuur 4a geeft de J-V-karakteristieken weer. De gedetailleerde prestatieparameters zijn samengevat in de ingevoegde tabel. Het is te zien dat de PSC-GI/Br de beste prestaties levert met een PCE van 18,2%, wat overeenkomt met een nullastspanning (Voc) van 1,07 V, een kortsluitstroomdichtheid (Jsc) van 22,5 mA/cm 2 , en een vulfactor (FF) van 75,6%. Het is begrijpelijk dat de Voc van beide Br-bevattende cellen 0,06 V hoger is dan die van de cel zonder de Br-component, aangezien de Br-doping de bandgap van het perovskietmateriaal vergroot en de Voc verbetert [1]. Bovendien heeft de PSC-I/Br-cel, vergeleken met de andere twee cellen, een significant verlaagde Jsc (21,7 mA/cm 2 ). Dit kan zijn vanwege de minder lichtabsorptie in het perovskietmateriaal vanwege de grotere bandgap. Om de effectiviteit van het experiment te bevestigen, hebben we 80 apparaten gefabriceerd voor elk soort cel. Figuur 4b toont de PCE-histogrammen. Het is duidelijk dat de PSC-G-I/Br-apparaten de hoogste gemiddelde PCE van 17,5% hebben, terwijl de PSC-I- en PSC-I/Br-apparaten de lagere gemiddelde PCE's hebben, wat overeenkomt met respectievelijk ~ 15,8% en ~ 16,7%. Figuur 4c toont de stabiliteitsresultaten. Na drie weken is de celprestatie bijna met 60% verminderd. Hier moet worden vermeld dat ons experiment volledig wordt uitgevoerd in een luchtatmosfeer (relatieve vochtigheid 35%), en dat de PSC's met een hogere efficiëntie en stabiliteit hopelijk kunnen worden bereikt wanneer ze worden vervaardigd in een omgeving met een lage vochtigheid.

een J-V-curven van de PSC's, de insert is hun parameterresultaten. b De PCE-histogrammen van PSC-apparaten. c PCE-evolutie van niet-ingekapselde apparaten onder donkere opslag in een droge doos (25°C, RV 30%). d IPCE-curves van de PSC's

Om het mechanisme van de verbeterde prestaties in PSC-G-I/Br-apparaten te onthullen, werden de metingen van IPCE, PL, EDS en TRPL voor de verschillende monsters uitgevoerd. Figuur 4 d toont hun IPCE-curven met het golflengtebereik van 300 tot 800 nm. Er zijn kleine verschillen in afsnijgolflengte en IPCE-intensiteit. Wat betreft het PSC-I-apparaat, het toont het grootste effectieve gebied van 300 tot 780 nm, wat bijdraagt ​​aan de maximale Jsc. Daarentegen vertonen de Br-bevattende apparaten (d.w.z. PSC-I/Br en PSC-G-I/Br) de kortere afsnijgolflengte vanwege de grotere bandgap. In vergelijking met het PSC-I/Br-apparaat heeft het PSC-G-I/Br-apparaat met name de hogere IPCE in het bereik van 500 tot 750 nm, wat resulteert in de grotere Jsc. Dit fenomeen kan verband houden met de lichtabsorptieverdeling in het perovskietmateriaal. Het is bekend dat de extinctiecoëfficiënt van het perovskietmateriaal afneemt met de toename van de lichtgolflengte in het zichtbare bereik [39]. Daarom, wanneer zonlicht op de perovskietcel valt, heeft het kortegolflicht de neiging om te worden geabsorbeerd in het gebied dicht bij het scheidingsinterface vanwege de kleine penetratiediepte, en de foto-gegenereerde dragers hebben de hogere scheidingsefficiëntie, terwijl de lange -golflengtelicht heeft een diepere penetratiediepte en meer door foto's gegenereerde dragers bevinden zich ver weg van de scheidingsinterface, wat niet bevorderlijk is voor de scheiding van dragers. Dienovereenkomstig, zoals getoond in figuur 4d, is voor het PSC-I/Br- of PSC-I-apparaat de IPCE in de lange golflengte iets lager dan die in de korte golflengte. Voor het PSC-G-Br/I-apparaat draagt ​​de gradiëntenergiebandstructuur echter meer bij aan de verbetering van de efficiëntie van de dragerscheiding ver weg van de interface dan in de buurt van de interface. Daarom verschijnt er een significante verbetering van IPCE in de lange golflengte (500-750 nm).

Figuur 5a toont hun PL-spectra gemeten vanaf de voorkant (van perovskietmateriaal) en de achterkant (vanaf het glas). In het geval van MAPbI3 en MAPbIx Br3 − x materialen, lokaliseren de PL-piekposities op respectievelijk 780 en 752 nm, wat overeenkomt met de bandgap van 1,58 en 1,64 eV, die goed overeenkomen met de resultaten in figuur 3c. Ondertussen zijn de piekposities van PL-spectra gemeten vanaf de verschillende kanten hetzelfde, wat de homogene materialen aantoont. Interessant is dat voor de MAPbIx Br3 − x , de twee PL-spectra vertonen de verschillende piekposities op respectievelijk 734 nm en 771 nm, wat overeenkomt met een bandgap-verschil van 80 meV; bovendien is de volledige breedte bij half maximum (FWHM) van PL-spectra breder dan die van MAPbI3 of MAPbIx Br3 − x materialen. Deze verschijnselen zouden verband moeten houden met de niet-homogene Br-verdeling in perovskietmaterialen. Wat betreft de G-MAPbIx Br3 − x monster, is het equivalent aan materiaal met meerdere componenten, en het PL-spectrum is samengesteld uit meerdere spectra, wat resulteert in de verbreding van FWHM. Bovendien, wanneer excitatielicht aan verschillende kanten invalt, draagt ​​elk afzonderlijk spectrum anders bij aan het totale PL-spectrum. In het geval van het PL-spectrum gemeten vanaf de voorkant, zijn er meer bijdragen van het perovskietmateriaal aan het oppervlak met de grotere bandgap, wat ertoe leidt dat de piekpositie van het PL-spectrum zich op de kortere golflengte bevindt. En omgekeerd lokaliseert de piekpositie van het PL-spectrum, gemeten vanaf de achterkant, zich op de langere golflengte. Om de Br-elementverdeling verder te analyseren, werden EDS-mapping van I- en Br-elementen uitgevoerd voor de MAPbIx Br3 − x en G-MAPbIx Br3 − x monsters. Zoals getoond in Fig. 5c-g, verdelen de I- en Br-elementen zich bijna uniform over de hele perovskietlaag voor de MAPbIx Br3 − x monster, terwijl een gradiënt I- en Br-verdeling langs de lengterichting duidelijk kan worden waargenomen voor de G-MAPbIx Br3 − x zoals getoond in Fig. 5h–l, en bovendien, hoe dichter bij het FTO-substraat, hoe kleiner het Br-gehalte. Deze resultaten komen overeen met de oorspronkelijke verwachting. Bovendien is uit figuur 5a te zien dat de PL-intensiteit voor de G-MAPbIx Br3 − x materiaal is aanzienlijk lager dan dat van de andere twee monsters. Zoals we weten, wordt de emissie-intensiteit aanzienlijk beïnvloed door de levensduur van de drager van perovskietmateriaal. Figuur 5b plot de TRPL-spectra gemeten bij 770 nm voor verschillende monsters. We hebben de levensduur van de drager aangepast door middel van een tweecomponenten exponentiële vervalfunctie [40]:

$$ F(t)=A+{B}_1\exp \left(\frac{-t}{\tau_1}\right)+{B}_2\exp \left(\frac{-t}{\tau_2} \right), $$

een Steady-state PL-spectra. b TRPL-spectra. c Dwarsdoorsnede van een MAPbIx Br3 − x film. d , e EDS-afbeeldingen van I- en Br-elementen in het gebied gemarkeerd in (c .) ), respectievelijk. v , g Relatieve intensiteit van I- en Br-elementen op basis van (d ) en (e ) afbeeldingen in de lengterichting. u Dwarsdoorsnede van een G-MAPbIx Br3 − x film. ik , j EDS-afbeeldingen van I- en Br-elementen in het gebied gemarkeerd in (h .) ), respectievelijk. k , ik Relatieve intensiteit van I- en Br-elementen op basis van (i ) en (j ) afbeeldingen in de lengterichting

waar A is de basislijn offset constante, B 1 en B 2 zijn de corresponderende verzwakkingsamplitudes van deze component, en τ 1 en τ 2 zijn de vervaltijd. De gemiddelde recombinatie levensduur (τ ave ) kan worden berekend met de volgende vergelijking:

$$ {\tau}_{ave}=\frac{\sum {B}_i{\tau}_i^2}{\sum {B}_i{\tau}_i}. $$

De passende waarden van τ ave voor MAPbI3 en MAPbIx Br3 − x en G-MAPbIx Br3 − x , zijn respectievelijk 18,4 ns, 18,1 ns en 13,1 ns. Het is te zien dat de G-MAPbIx Br3 − x monster heeft de kortste levensduur van de drager. Zoals we weten, kan de materiaalkwaliteit ook de levensduur van de drager beïnvloeden, en een slechte kwaliteit zal resulteren in een kortere levensduur van de drager [41,42,43]. Volgens onze XRD-resultaten getoond in Fig. 3a zijn de karakteristieke pieken bij 14,1 ° scherp en hun FWHM's zijn bijna hetzelfde voor de drie monsters, wat aantoont dat er weinig verschil is in hun kristalkwaliteiten [15, 43]. Bovendien verschijnt er geen verbreding voor de FWHM van het PL-spectrum in MAPbIx Br3 − x vergeleken met die in MAPbI3 , zoals getoond in Fig. 5a, wat aantoont dat onze fabricagetechnologie geschikt is voor de bereiding van perovskietmaterialen met gemengde halogeenelementen. Verder is in ons experiment de PSC-G-MAPbIx Br3 − x vertoont de hogere PCE vergeleken met twee andere soorten cellen, wat indruist tegen de slechte kwaliteit van de G-MAPbIx Br3 − x materiaal. Daarom is het redelijk om aan te nemen dat de kortere vervaltijd in het TRPL-spectrum voornamelijk wordt toegeschreven aan de gradiëntbandstructuur en de hogere efficiëntie van de dragerscheiding in de G-MAPbIx Br3 − x materiaal. In die zin is de ontworpen gradiëntbandstructuur in ons experiment gunstig voor de dragerscheiding en apparaatprestaties in vergelijking met de traditionele homogene bandstructuur.

Om verder uit te werken hoe de gradiëntbandstructuur de prestatie van PSC's beïnvloedt, werden schematische diagrammen van het werkingsprincipe voor PSC's met of zonder een gradiëntbandstructuur in het perovskietmateriaal getekend in Fig. 6. Wat betreft de traditionele structuur PSC getoond in Fig. 6a, elektron-gatparen worden eerst gegenereerd in perovskietmaterialen onder bestraling met licht, en vervolgens worden ze gescheiden op het grensvlak tussen SnO2 en perovskietmateriaal, wat leidt tot de huidige output. Vanuit dit oogpunt kunnen alleen de elektron-gatparen die diffunderen naar de scheidingsinterface bijdragen aan de uitgangsstroom. Daarom is het verbeteren van de kristalkwaliteit op grote schaal toegepast om de celprestaties te verbeteren vanwege het toegenomen aantal elektron-gatparen dat de scheidingsinterface bereikt. Gebaseerd op eerdere rapporten [44], de geleidende band voor licht Br-gedoteerd perovskietmateriaal (MAPbIx Br3 − x ) zal geleidelijk toenemen met het Br-gehalte, terwijl de volantband bijna vast blijft. In het licht hiervan is de bandstructuur voor de PSC met een gradiënt Br-gehalte getekend in figuur 6b. Vergeleken met de traditionele bandstructuur die wordt getoond in figuur 6a, ondersteunt de gradiëntstructuur de scheiding van dragers in perovskietmaterialen, wat de stralings- of niet-stralingsrecombinatie van de drager tijdens het diffusieproces aanzienlijk vermindert, waardoor de efficiëntie van de dragerscheiding en de celprestaties worden verbeterd.

Schematische diagrammen van het werkingsprincipe voor verschillende PSC's. een PSC zonder een gradiënt type II bandstructuur. b PSC met een gradiëntbandstructuur

Conclusies

In dit werk werden perovskiet-absorptielagen met een gradiënt- of niet-gradiëntbandstructuur ontworpen en vervaardigd door een tweestapsmethode, en drie soorten PSC's, namelijk PSC-I, PSC-I/Br en PSC-GI/Br, werden behaald. De resultaten laten zien dat de gradiëntbandstructuur in perovskietabsorptielagen gunstig is voor de vermindering van dragerrecombinatieverliezen. Een verbeterde efficiëntie van de scheiding van dragers en IPCE werd bereikt in de PSC met een gradiëntbandstructuur. Als gevolg hiervan vertoont het soort PSC's een gemiddelde PCE van 17,5%, wat 1-2% hoger is dan dat van traditionele PSC's. Dit werk effent een manier om zeer efficiënte PSC's te ontwerpen.

Beschikbaarheid van gegevens en materialen

We hebben verklaard dat de materialen die in het manuscript worden beschreven, inclusief alle relevante onbewerkte gegevens, vrij beschikbaar zullen zijn voor elke wetenschapper die ze voor niet-commerciële doeleinden wil gebruiken, zonder de vertrouwelijkheid van de deelnemers te schenden.


Nanomaterialen

  • Metaal
  • Hars
  • vezel
  • Samengesteld materiaal
  • Nanomaterialen
  • Polymeer materialen
  • Biologie
  • kleurstof
  • Kruiden
    1. Nanobomen voor kleurstofgevoelige zonnecellen
    2. Hoogrendement grafeen zonnecellen
    3. Nano-heterojuncties voor zonnecellen
    4. Plasmon-versterkte lichtabsorptie in (p-i-n) Junction GaAs nanodraad-zonnecellen:een FDTD-simulatiemethodestudie
    5. Een kort voortgangsrapport over hoogrenderende perovskiet-zonnecellen
    6. Elektrodepositie van SnO2 op FTO en de toepassing ervan in planaire heterojunctie perovskiet-zonnecellen als een elektronentransportlaag
    7. Zeer efficiënte omgekeerde perovskiet-zonnecellen met CdSe QDs/LiF-elektronentransportlaag
    8. Opeenvolgend door damp gegroeid hybride perovskiet voor vlakke heterojunctie zonnecellen
    9. De optimale titaniumvoorloper voor het vervaardigen van een TiO2-compacte laag voor perovskietzonnecellen
    10. Hybride UV-ozon-behandelde rGO-PEDOT:PSS als een efficiënt gattransportmateriaal in omgekeerde vlakke perovskiet-zonnecellen
    11. Verbeterde energieconversie-efficiëntie van perovskiet-zonnecellen met een up-conversiemateriaal van Er3+-Yb3+-Li+ tri-gedoteerde TiO2