La lógica central para mejorar el rendimiento cuántico de plqy (fotoluminiscencia) de las células solares de Perovskita esInhibición de la combinación no radiante(reducir la probabilidad de capturar transportistas en Estados defectuosos) y optimizar la eficiencia de recombinación de radiación de los transportistas. Sobre la base de los factores que influyen en plqy (defectos, cristalinidad, calidad de la interfaz, estabilidad ambiental, etc.), se han desarrollado una serie de estrategias efectivas en la investigación.

Específicamente, se puede dividir en las siguientes categorías:

I. pasivación de defectos: reducción de centros compuestos no radiantes

Los defectos (defectos superficiales / a granel, defectos en el límite del grano) son las principales causas de la recombinación no radiante, por lo quePasivación de defectosEs la estrategia central para mejorar plqy.

1. pasivación de la superficie: reparación dirigida de defectos superficiales

Hay una gran cantidad de iones no coordinados en la superficie de la película de Perovskita (por ejemplo, plomo cuadrado).¿⁺ qué?) y el enlace de suspensión son centros compuestos no radiantes de alta actividad. La pasivación de la superficie llena los defectos y reduce la densidad de los Estados de la superficie mediante la introducción de moléculas / iones funcionales.

·Pasivación de moléculas orgánicas:
Contiene aminoácidos (- nh)), moléculas orgánicas de grupos hidroxi (- oh) o azufre (- sh) (como pea)¿⁺ qué?、 丁胺（BA¿⁺ qué?), tiourea, sal de guanidina, etc.) se puede conectar con el plomo insaturado de la superficie a través de enlaces de coordinación.¿⁺ qué?Combinación para neutralizar la carga eléctrica del defecto. Por ejemplo, PEA¿⁺ qué?Mapbi modificado₃La superficie puede aumentar el plqy del 10% a más del 60%.

·Pasivación de iones inorgánicos:
Sales inorgánicas (como csi, rbc1, kbr, PB (scn)Catión en (cs)¿⁺ qué?y Rb¿⁺ qué?) o anión (i¿⁻ qué?y Cl¿⁻ qué?y SCN¿⁻ qué?) puede llenar las vacantes de celosía (como las vacantes de posición a y x) y inhibir la formación de defectos. Por ejemplo, la pasivación CSI puede reducir fa¿𔔂 qué?.₈MA¿𔔂 qué?.¿₁ qué?PbI₃Los defectos superficiales de plqy aumentaron en más del 30%.

·Capa pasiva de Perovskita bidimensional:
Crecimiento de Perovskita bidimensional en la superficie de Perovskita tridimensional (por ejemplo (pea)PbI¿₄ qué?, (BA)₂PbI¿₄ qué?) su superficie hidrofóbica puede pasivar los defectos y bloquear el oxígeno del agua al mismo tiempo. Los iones positivos orgánicos de cadena larga de la capa bidimensional pueden cubrir defectos superficiales, y la coincidencia de niveles de energía de la interfaz bidimensional / tridimensional puede reducir la combinación no radiante de transportistas en la superficie, lo que mejora significativamente el plqy (algunos sistemas pueden alcanzar más del 90%).

2. pasivación de fase corporal: inhibir la formación de defectos internos

Los defectos de fase a granel (como vacantes, átomos de brecha, fases de impurezas) se derivan principalmente de la inestabilidad dinámica o el desequilibrio de la relación Estequiometría durante la cristalización de perovskita, y la pasivación de fase a granel inhibe los defectos regulando el proceso de cristalización o introduciendo dopadores.

·Pasivación dopado con precursores:
La introducción de pequeñas cantidades de "agentes de captura de defectos" (como urea, tiourea, derivados de aminoácidos) en precursores de perovskita, cuyos grupos polares (como C = o, C = s) pueden asociarse con el plomo cuadrado¿⁺ qué?O I¿⁻ qué?Coordinación para inhibir la generación de defectos durante el proceso de cristalización. Por ejemplo, la adición de tiourea al 0,5% en el precursor puede hacer cspbi₃La densidad de defectos a granel se redujo en un orden de magnitud, y el plqy aumentó del 20% al 70%.

· Celosía reguladora de dopaje de iones:
Introducción de iones heterogéneos (como CS dopados en posición a)¿⁺ qué?y Rb¿⁺ qué?; dopaje de posición x pr¿⁻ qué?y Cl¿⁻ qué?) puede estabilizar la red cristalina de Perovskita y reducir los defectos causados por la distorsión de la red cristalina. Por ejemplo, FA¿𔔂 qué?.₈Cs¿𔔂 qué?.¿₁ qué?PbI₃(fa: formamidina, cs: cesio) en comparación con el fabbi puro₃La red cristalina es más estable, hay menos defectos en la fase a granel y el plqy aumenta en aproximadamente un 40%.

II. regulación de la cristalización: reducción de defectos en los límites del grano

El límite del grano es una zona densa de defectos (como iones no coordinados, dislocación de la red cristalina), y las películas de Perovskita de alta cristalinidad y granos grandes pueden reducir la densidad del límite del grano, reduciendo así la composición no radiante.

1. ingeniería de disolventes para optimizar la dinámica de cristalización

Al regular la composición del disolvente o la tasa de volatilización de la solución precursora, se promueve el crecimiento lento de los granos y se forman cristales de gran tamaño y bajo defecto.

·Estrategia de mezcla de disolventes:Añadir disolventes de alto punto de ebullición (como GBL (gamma - butirlactona), CB (clorobenceno) a DMF (n, n - dimetilformamida) o Dmso (dmso) retrasa la volatilización del disolvente, prolonga el tiempo de cristalización y hace que el grano crezca completamente. Por ejemplo, MAPbI₃La adición de GBL al precursor puede aumentar el tamaño del grano de 1 micra a más de 5 micras, reducir la densidad del límite del grano y aumentar el plqy en un 25%.

·Cristalización asistida por antisolvente: añadir un antisolvente (como dietileéter y clorobenceno) a la película húmeda de Perovskita para reducir rápidamente la disolución de los precursores, inducir la formación de núcleos uniformes y reducir los granos pequeños y los límites de grano. Optimizar el tiempo de goteo antisolvente (por ejemplo, cuando la película está semiseca) puede mejorar aún más la calidad cristalina, y plqy puede aumentar entre un 30% y un 50%.

2. optimización del proceso de recocido

La temperatura y el tiempo de recocido afectan directamente la cristalinidad: el recocido a baja temperatura puede conducir fácilmente a una cristalización incompleta (muchas fases amorfas), y el recocido a alta temperatura puede desencadenar volatilización de componentes (como ma).¿⁺ qué?Descomposición).

·Recocido paso a paso: pretratamiento a baja temperatura (60 a 80 ° c) para que el precursor se nuclear lentamente; Recolocar a alta temperatura (100 a 150 ° c) para promover el crecimiento del grano y la reparación de defectos. Por ejemplo, FAPbI₃Con el recocido paso a paso de "80 ° C / 5 min + 150 ° C / 10 min", la cristalinidad aumentó significativamente, y plqy aumentó del 15% al 55%.

3. ingeniería de interfaz: inhibir la composición no radiante de la interfaz

La interfaz entre la Perovskita y la capa de transmisión de carga eléctrica (htl / etl) es una "zona de alto riesgo" para la combinación de transportistas (desajuste de nivel de energía, defectos de interfaz), y la optimización de la interfaz puede reducir las pérdidas compuestas.

1. modificación de la interfaz de la capa de transmisión

Al introducir una capa de amortiguación en la superficie de la capa de transmisión, se mejora la coincidencia de niveles de energía y se pasivan los defectos de la interfaz.

·Modificación ETL (capa de transmisión electrónica): En tioO snoRecubrimiento superficial de al ultrafinoEl O₃、 ZNo o moléculas orgánicas (como tpbi), que reducen la densidad de Estados defectuosos en la interfaz y hacen que TeoLa banda guía coincide más con la banda guía de la perovskita, reduciendo la acumulación de electrones en la interfaz. Por ejemplo, AlEl O₃Tio modificado/ la interfaz de Perovskita puede aumentar el plqy en aproximadamente un 20%.

·Modificación htl (capa de transporte de agujeros): introducción de cui, nio en superficies de Spiro - ometad o ptaaₓO el Autoensamblaje de capas monomoleculares (como los derivados del fenitol), puede mejorar la eficiencia de extracción de agujeros y reducir la retención de agujeros en la interfaz. Por ejemplo, la interfaz Spiro - ometad / Perovskita modificada por cui puede aumentar el plqy del 30% al 50%.

2. optimización de la coincidencia de niveles de energía de Perovskita / capa de transmisión

Elija un material de transmisión que coincida mejor con el nivel de energía de la Perovskita y reduzca la barrera de extracción de transportistas. Por ejemplo, en comparación con io(guía aproximadamente - 4.0 ev), snoLa banda guía (aproximadamente - 4,4 ev) está más cerca de mapbi₃La banda guía (aproximadamente - 4.0 ev), la extracción electrónica es más eficiente, la interfaz es menos compuesta y el plqy es más alto (sno)El dispositivo base plqy suele ser más grande que tio.La altura de la base es del 10% al 20%.

IV. mejora de la estabilidad: disminución de plqy causada por la inhibición de la degradación

La degradación de la Perovskita (inducida por agua, oxígeno, luz) produce nuevos defectos (como el pbi)、 Fase de impurezas pbo), lo que resulta en una disminución continua de plqy, por lo que mejorar la estabilidad es la clave para mantener un alto plqy.

1. estabilización de los componentes

Se utilizan sistemas mixtos de catión / anión (como ma)¿𔔂 qué?.¿₁ qué?FA¿𔔂 qué?.₆Cs¿𔔂 qué?.₃Pb (I)¿𔔂 qué?.- sí.br¿𔔂 qué?.(...)₃), inhibir la distorsión de la red cristalina y la volatilización de los componentes a través de la interacción entre iones, y mejorar la resistencia a la degradación del material. Por ejemplo, la Perovskita catiónica mixta aumentó la tasa de retención de plqy del 30% al 70% después de 100 horas en el aire en comparación con la Perovskita a base de Ma pura.

2. diseño de capas de encapsulamiento y bloqueo

A través de encapsulamiento (como encapsulamiento de vidrio / metal) o la introducción de capas de barrera de oxígeno de agua (como al)El O₃、 Película compuesta PET / al), para reducir la invasión de oxígeno en el agua. Por ejemplo, AlEl O₃Los dispositivos encapsulados al vapor se colocan a una humedad del 85% durante 30 días, y plqy todavía mantiene más del 80% del valor inicial (los dispositivos no encapsulados solo se conservan en el 10%).

V. optimización de las condiciones de excitación: evitar el fortalecimiento compuesto no radiante

En la medición o aplicación, la regulación razonable de las condiciones de estimulación puede evitar que el plqy se "reduzca artificialmente":

·Regulación de la intensidad de estimulación: evitar una intensidad de excitación excesiva (por ejemplo > 10¿⁸ qué?Fotones / CM cuadrados・s）， Evitar que la concentración excesiva de transportistas provoque la recombinación de Auger (una especie de recombinación no radiante);

·Control de temperatura: en escenarios que requieren un alto plqy (como aplicaciones luminosas), la temperatura se puede reducir adecuadamente (como 77 k), inhibir la captura de defectos activados por el calor y aumentar la proporción de compuestos de radiación.

resumen

La estrategia central para mejorar plqy se puede resumir de la siguiente manera:"La pasivación de defectos es la principal, complementada por la cristalización y la optimización de la interfaz, y la mejora de la estabilidad garantiza la eficacia a largo plazo".. La reducción directa de los centros compuestos no radiantes a través de la pasivación de la fase superficie / cuerpo, la reducción de los defectos del límite del grano combinada con la regulación de la cristalización, la optimización de la extracción de transportistas por ingeniería de interfaz, complementada con el diseño de Estabilidad para inhibir la degradación, pueden mejorar significativamente el plqy de La Perovskita (el plqy del excelente sistema actual está cerca del 100%). Estas estrategias no solo mejoran el plqyRendimiento cuántico fotoluminiscenteTambién puede mejorar simultáneamente el rendimiento fotovoltaico de las células solares (como el voltaje de circuito abierto, eqe), porque la baja pérdida compuesta no radiante es una característica común de los dispositivos de alta eficiencia.