Modification interfaciale du sel d'halogénure de méthylammonium des points quantiques de pérovskite/triple

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5387 (2023) Citer cet article

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Les cellules solaires à pérovskite (PeSC) ont été introduites comme nouveau dispositif photovoltaïque en raison de leur excellente efficacité de conversion de puissance (PCE) et de leur faible coût. Cependant, en raison des limites du film de pérovskite lui-même, l'existence de défauts était inévitable, ce qui affectait sérieusement le nombre et la mobilité des porteurs dans les cellules solaires à pérovskite, limitant ainsi l'efficacité et la stabilité améliorées des PeSC. La passivation d'interface pour améliorer la stabilité des cellules solaires à pérovskite est une stratégie importante et efficace. Ici, nous utilisons des sels d'halogénure de méthylammonium (MAX, X = Cl, Br, I) pour passiver efficacement les défauts au niveau ou à proximité de l'interface des points quantiques de pérovskite (PeQD)/films de pérovskite à triple cation. La couche de passivation MAI a augmenté la tension en circuit ouvert des PeQD/PeSC triple cation de 63 mV jusqu'à 1,04 V, avec une densité de courant de court-circuit élevée de 24,6 mA cm−2 et un PCE de 20,4 %, ce qui a démontré une suppression significative. de recombinaison interfaciale.

En raison des nombreuses excellentes propriétés matérielles présentées par les matériaux pérovskites aux halogénures organiques et inorganiques, telles qu'un coefficient d'extinction élevé, une mobilité élevée des porteurs et une longueur de diffusion des porteurs à l'échelle micronique1,2,3,4,5. Les cellules solaires à pérovskite (PeSC) ont attiré une grande attention dans la communauté de la recherche scientifique au cours de la dernière décennie et sont considérées comme des matériaux photovoltaïques très prometteurs6,7. Son rendement de conversion de puissance (PCE) est également passé de 3,8 à 25,7 % en quelques années seulement8. Cependant, en raison de la faible température de préparation des matériaux pérovskites et de la difficulté de contrôler le processus de cristallisation, il était facile de provoquer un grand nombre de défauts à la surface et aux joints de grains du film pérovskite final9,10, y compris des lacunes non coordonnées de Pb2+ et d'iode. , Atomes interstitiels d'iode, lacunes de plomb et défauts de transposition plomb-iode, etc. Ces défauts provoquent souvent une recombinaison non radiative et une migration ionique des porteurs, réduisant ainsi le PCE et la stabilité à long terme des PeSC11.

À l’heure actuelle, l’ingénierie des additifs12 et l’ingénierie des interfaces13 étaient les principales méthodes permettant de réduire les défauts des films de pérovskite de passivation. En particulier, l'ingénierie des additifs peut contrôler le processus de cristallisation et passiver les défauts en introduisant des substances de passivation dans la solution précurseur, ce qui présente les avantages d'un fonctionnement simple et d'un effet remarquable. Dans le processus de réalisation de la passivation par défaut, le groupe fonctionnel de la molécule passivante était très important. Le groupe carbonyle 14, le groupe amino 15, le groupe carboxyle 16 et l'iodure de phénéthylammonium 17 passivent les défauts en formant des liaisons de coordination avec des liaisons pendantes insaturées, prolongeant ainsi la durée de vie du porteur et améliorant les paramètres de performance du dispositif. À ce jour, diverses molécules possédant différents groupes fonctionnels ont été introduites dans les précurseurs de pérovskite en tant qu’agents passivants. Par exemple, Wang et al.18 ont introduit de la caféine dans le précurseur de la pérovskite, ont utilisé la forte interaction entre C = O et Pb2+ de la caféine pour augmenter l'énergie d'activation de la nucléation, retardant ainsi le taux de nucléation de la pérovskite et augmentant la qualité des pérovskites, le dispositif final obtient 20,25. % PCE. Chen et al.19 ont synthétisé une petite molécule π-conjuguée et soluble dans l'alcool avec des groupes carboxyle et thiophène bilatéraux, à savoir l'acide 2,5-di(thiophén-2-yl)téréphtalique (DTA), et l'ont ajoutée au précurseur du sel d'ammonium. pour préparer le film de pérovskite, il utilise ses groupes carboxyles riches en électrons pour former des adduits acide-base de Lewis avec du Pb2+ non coordonné dans le film de pérovskite afin de passiver les joints de grains et les défauts de surface, et enfin de réduire la perte de tension du dispositif à 0,38 V. Bien que ces molécules passivantes aient été signalées montrent un effet de passivation évident sur les défauts des films de pérovskite, il y a également des problèmes tels qu'une structure moléculaire complexe et une synthèse difficile. De plus, certains passivateurs de surface doivent utiliser comme solvants des substances benzéniques nocives pour l’environnement lorsqu’elles sont utilisées pour le traitement de surface de films de pérovskite, ce qui n’est pas propice à la protection de l’environnement et à la santé humaine20. Par conséquent, il était toujours très important de trouver de nouveaux passivateurs dotés d'une structure simple et respectueux de l'environnement en tant qu'additifs à introduire dans les pérovskites pour préparer des films de pérovskite de haute qualité et des PeSC hautes performances. Ce travail rapporte un passivant efficace pour résoudre les défauts de surface des pérovskites, à savoir le sel d'halogénure de méthylammonium, pour modifier l'interface entre le film de points quantiques de pérovskite (PeQD) et le film de pérovskite à triple cation Cs0.05FA0.81MA0.14PbBr0.14I2.86 (CsFAMA), réduire les défauts des pérovskites. De plus, l'utilisation d'un film PeQD dans la couche sous-jacente du film de pérovskite à triple cation peut augmenter le taux d'utilisation de la lumière, la tension en circuit ouvert (Voc) et la densité de courant de court-circuit (Jsc), améliorant ainsi le rapport PeQD/triple- performances des PeSC cations.