페로브스카이트 양자점/삼중의 메틸암모늄 할라이드 염 계면 변형

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5387(2023) 이 기사 인용

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페로브스카이트 태양전지(PeSC)는 뛰어난 전력변환효율(PCE)과 저렴한 가격으로 인해 새로운 광전지 소자로 소개됐다. 그러나 페로브스카이트 필름 자체의 한계로 인해 결함의 존재가 불가피했고, 이는 페로브스카이트 태양전지의 캐리어 수와 이동도에 심각한 영향을 미쳐 PeSC의 효율성과 안정성 향상을 제한했습니다. 페로브스카이트 태양전지의 안정성을 향상시키기 위한 인터페이스 패시베이션은 중요하고 효과적인 전략입니다. 여기서는 메틸암모늄 할라이드 염(MAX, X = Cl, Br, I)을 사용하여 페로브스카이트 양자점(PeQDs)/삼중 양이온 페로브스카이트 필름의 경계면 또는 그 근처에서 결함을 효과적으로 부동태화합니다. MAI 보호층은 PeQDs/삼중 양이온 PeSC의 개방 회로 전압을 63mV 최대 1.04V까지 증가시켰으며, 24.6mA cm−2의 높은 단락 전류 밀도와 20.4%의 PCE를 나타내어 상당한 억제를 보여주었습니다. 계면 재결합.

높은 소광 계수, 높은 캐리어 이동도 및 마이크론 규모의 캐리어 확산 길이1,2,3,4,5와 같은 유기-무기 할로겐화물 페로브스카이트 재료가 나타내는 많은 우수한 재료 특성으로 인해. 페로브스카이트 태양전지(PeSC)는 지난 10년 동안 과학 연구계에서 광범위한 관심을 받아 왔으며 매우 유망한 광전지 재료로 간주됩니다6,7. 전력 변환 효율(PCE)도 불과 몇 년 만에 3.8%에서 25.7%로 증가했습니다8. 그러나 페로브스카이트 재료의 준비 온도가 낮고 결정화 공정 제어가 어렵기 때문에 최종 페로브스카이트 막의 표면과 결정립계에 배위되지 않은 Pb2+, 요오드 공극을 포함하여 많은 수의 결함이 발생하기 쉬웠습니다9,10 , 요오드 격자 간 원자, 납 결손 및 납-요오드 전치 결함 등. 이러한 결함은 종종 비방사성 재결합 및 캐리어의 이온 이동을 유발하여 PeSC의 PCE 및 장기 안정성을 감소시킵니다.

현재 첨가제 공학12 및 인터페이스 공학13은 패시베이션 페로브스카이트 필름의 결함을 줄이기 위한 주요 방법이었습니다. 특히, 첨가제 공학은 전구체 용액에 부동태화 물질을 도입함으로써 결정화 과정을 제어하고 결함을 부동태화할 수 있어 조작이 간단하고 효과가 뛰어난 장점이 있습니다. 결함 부동태화를 구현하는 과정에서 부동태화 분자의 작용기는 매우 중요했다. 카르보닐기14, 아미노기15, 카르복실기16 및 페네틸암모늄 요오드화물17은 불포화 댕글링 결합과 배위 결합을 형성하여 결함을 부동태화함으로써 캐리어 수명을 연장하고 장치 성능 매개변수를 향상시킵니다. 현재까지 다양한 작용기를 가진 다양한 분자가 부동태화제로서 페로브스카이트 전구체에 도입되었습니다. 예를 들어, Wang et al.18은 페로브스카이트 전구체에 카페인을 도입하고 카페인의 C=O와 Pb2+ 사이의 강한 상호작용을 사용하여 핵 생성 활성화 에너지를 증가시켜 페로브스카이트 핵 생성 속도를 지연시키고 페로브스카이트 품질을 높였습니다. 최종 장치는 20.25를 얻습니다. % PCE. Chen 등19은 양측 카르복실기와 티오펜기를 갖는 π-공액 및 알코올 용해성 소분자, 즉 2,5-디(티오펜-2-일)테레프탈산(DTA)을 합성하고 이를 암모늄염 전구체에 첨가했습니다. 페로브스카이트 필름을 준비하기 위해 전자가 풍부한 카르복실기를 사용하여 페로브스카이트 필름에서 조정되지 않은 Pb2+와 함께 루이스 산-염기 부가물을 형성하여 입자 경계와 표면 결함을 부동태화하고 최종적으로 장치 전압 손실을 0.38V로 줄입니다. 페로브스카이트 필름의 결함에 대해 명백한 부동태화 효과를 나타냈지만 분자 구조가 복잡하고 합성이 어려운 등의 문제도 있었습니다. 또한, 일부 표면 부동태화제는 페로브스카이트 필름의 표면 처리에 사용될 때 환경에 유해한 벤젠 물질을 용매로 사용해야 하므로 환경 보호 및 인체 건강에 도움이 되지 않습니다. 따라서 고품질의 페로브스카이트 필름과 고성능 PeSC를 제조하기 위해 페로브스카이트에 도입할 첨가제로서 구조가 간단하고 친환경적인 새로운 부동태화제를 찾는 것은 여전히 ​​큰 의미가 있다. 이 연구는 페로브스카이트 양자점(PeQDs) 필름과 Cs0.05FA0.81MA0.14PbBr0.14I2.86(CsFAMA) 삼중 양이온 페로브스카이트 필름 사이의 인터페이스를 수정하기 위해 페로브스카이트 표면 결함, 즉 메틸암모늄 할라이드 염을 해결하기 위한 효과적인 부동태화제를 보고합니다. 페로브스카이트의 결함을 줄입니다. 또한, 삼중 양이온 페로브스카이트 필름의 하부층에 PeQDs 필름을 사용하면 광 이용률, 개방 회로 전압(Voc) 및 단락 전류 밀도(Jsc)를 증가시켜 PeQDs/삼중 양이온 페로브스카이트 필름을 향상시킬 수 있습니다. 양이온 PeSC 성능.