Modificação interfacial do sal de haleto de metilamônia de pontos quânticos/triplo de perovskita

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 5387 (2023) Cite este artigo

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As células solares de perovskita (PeSCs) foram introduzidas como um novo dispositivo fotovoltaico devido à sua excelente eficiência de conversão de energia (PCE) e baixo custo. No entanto, devido às limitações do próprio filme de perovskita, a existência de defeitos era inevitável, o que afeta seriamente o número e a mobilidade dos portadores nas células solares de perovskita, restringindo assim a melhoria da eficiência e estabilidade dos PeSCs. A passivação da interface para melhorar a estabilidade das células solares de perovskita é uma estratégia importante e eficaz. Aqui, usamos sais de haleto de metilamônio (MAX, X = Cl, Br, I) para efetivamente passivar defeitos na ou perto da interface de pontos quânticos de perovskita (PeQDs)/filmes de perovskita de cátion triplo. A camada de passivação MAI aumentou a tensão de circuito aberto de PeQDs/PeSC de cátion triplo em 63 mV até 1,04 V, com uma alta densidade de corrente de curto-circuito de 24,6 mA cm-2 e um PCE de 20,4%, o que demonstrou uma supressão significativa de recombinação interfacial.

Devido às muitas excelentes propriedades de materiais exibidas por materiais de perovskita de haleto orgânico-inorgânico, como alto coeficiente de extinção, alta mobilidade do transportador e comprimento de difusão do transportador em escala micrométrica1,2,3,4,5. As células solares de perovskita (PeSCs) atraíram grande atenção na comunidade de pesquisa científica na última década e são consideradas materiais fotovoltaicos muito promissores6,7. Sua eficiência de conversão de energia (PCE) também aumentou de 3,8 para 25,7% em apenas alguns anos8. No entanto, devido à baixa temperatura de preparação dos materiais de perovskita e à dificuldade em controlar o processo de cristalização, foi fácil causar um grande número de defeitos na superfície e nos contornos de grão do filme final de perovskita9,10, incluindo Pb2+ descoordenado, vacâncias de iodo , Átomos intersticiais de iodo, vacâncias de chumbo e defeitos de transposição de chumbo-iodo, etc. Esses defeitos geralmente causam recombinação não radiativa e migração de íons de portadores, reduzindo assim o PCE e a estabilidade a longo prazo das PeSCs11.

Atualmente, a engenharia de aditivos12 e a engenharia de interface13 foram os principais métodos para reduzir defeitos em filmes de perovskita de passivação. Em particular, a engenharia de aditivos pode controlar o processo de cristalização e passivar defeitos introduzindo substâncias de passivação na solução precursora, que tem as vantagens de operação simples e efeito notável. No processo de realização da passivação do defeito, o grupo funcional da molécula do passivador foi muito importante. O grupo carbonila 14, o grupo amino 15, o grupo carboxila 16 e o ​​iodeto de fenetilamônio 17 passivam os defeitos formando ligações de coordenação com ligações pendentes insaturadas, prolongando assim a vida útil do transportador e melhorando os parâmetros de desempenho do dispositivo. Até o momento, uma variedade de moléculas com diferentes grupos funcionais foram introduzidas em precursores de perovskita como agentes passivantes. Por exemplo, Wang et al.18 introduziram cafeína no precursor da perovskita, usaram a forte interação entre C = O e Pb2+ da cafeína para aumentar a energia de ativação da nucleação, retardando assim a taxa de nucleação da perovskita e aumentando a qualidade das perovskitas, o dispositivo final obtém 20,25 %PCE. Chen et al.19 sintetizaram uma pequena molécula π-conjugada e solúvel em álcool com grupos carboxila e tiofeno bilaterais, ou seja, ácido 2,5-di(tiofen-2-il)tereftálico (DTA), e a adicionaram ao sal de amônio precursor para preparar o filme de perovskita usa seus grupos carboxila ricos em elétrons para formar adutos ácido-base de Lewis com Pb2+ não coordenado no filme de perovskita para passivar limites de grão e defeitos de superfície e, finalmente, reduzir a perda de tensão do dispositivo para 0,38 V. Embora essas moléculas passivadoras relatadas mostram efeito de passivação óbvio em defeitos em filmes de perovskita, também houve problemas como estrutura molecular complexa e síntese difícil. Além disso, alguns passivadores de superfície precisam usar substâncias de benzeno que são prejudiciais ao meio ambiente como solventes quando foram usados ​​para tratamento de superfície de filmes de perovskita, o que não era propício à proteção ambiental e à saúde humana20. Portanto, ainda era de grande importância encontrar novos passivadores com estrutura simples e respeito ao meio ambiente como aditivos a serem introduzidos em perovskitas para preparar filmes de perovskita de alta qualidade e PeSCs de alto desempenho. Este trabalho relata um passivador eficaz para resolver defeitos de superfície de perovskita, ou seja, sal de haleto de metilamônia, para modificar a interface entre o filme de pontos quânticos de perovskita (PeQDs) e o filme de perovskita de cátion triplo Cs0.05FA0.81MA0.14PbBr0.14I2.86 (CsFAMA), redução de defeitos em perovskitas. Além disso, o uso de filme de PeQDs na camada subjacente do filme de perovskita de cátion triplo pode aumentar a taxa de utilização de luz, tensão de circuito aberto (Voc) e densidade de corrente de curto-circuito (Jsc), melhorando assim os PeQDs/triplo- desempenho de PeSCs de cátion.