Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа из китайского Университета Сучжоу (Soochow University) разработала бимолекулярный интерфейсный слой для инвертированных перовскитных солнечных элементов путем совместной сборки двух карбазолсодержащих молекул, достигнув эффективности преобразования энергии 27,3% при стандартных условиях освещения. Этот интерфейсный слой предназначен для контроля химии и структуры интерфейса, обеспечивая более эффективное извлечение заряда за счет фиксации молекулярной упорядоченности, уменьшения дефектов и напряжений, что приводит к созданию высокоэффективных и стабильных солнечных элементов.
Инвертированные перовскитные элементы используют структуру p-i-n, где слой селективного контакта для дырок находится под собственным перовскитным слоем, а слой транспорта электронов — сверху; традиционные галогенидные перовскитные элементы имеют структуру n-i-p с обратным порядком. Исследователи отмечают, что бимолекулярный подход направлен на подавление дефектов и химической нестабильности на границе раздела перовскита и транспортного слоя за счет улучшения молекулярной упорядоченности и пассивации, одновременно усиливая извлечение заряда и уменьшая безызлучательные потери.
Стратегия исследования заключалась в добавлении 9H-карбазол-2-илтрифторметансульфоната (CzOTf) в слой транспорта дырок, изготовленный из обычно используемой фосфоновой кислоты (метилзамещенный карбазол, Me-4PACz). CzOTf не заменяет исходный слой транспорта дырок, а совместно собирается с Me-4PACz на границе раздела оксида никеля (NiOx) и перовскита, интегрируясь в структуру молекулярного монослоя. Такое добавление обеспечивает взаимодополняющие функции: Me-4PACz поддерживает эффективный селективный контакт для дырок и закрепляется на NiOx, в то время как CzOTf усиливает молекулярную упаковку, увеличивает поверхностное покрытие и вводит дополнительные химические функции через сульфонатные группы. Вместе они образуют более однородный и сильно взаимодействующий интерфейсный слой, улучшающий электронную связь, пассивацию дефектов и стабильность интерфейса. Сканирующая электронная микроскопия (SEM) показала, что контрольный перовскит на основе Me-4PACz имеет распространенные дефекты в виде пор и неоднородности на нижнем интерфейсе, в то время как пленка, модифицированная CzOTf, образует более плотный, компактный и подавляющий поры интерфейсный слой. Исследовательская группа заявила, что модификация CzOTf позволяет снять растягивающие напряжения в перовскитной пленке.
Устройство использует стандартную инвертированную структуру n-i-p на основе прозрачной проводящей подложки из фторированного оксида олова (FTO), покрытой слоем транспорта дырок NiOx, затем модифицированной совместно собранным интерфейсным слоем Me-4PACz+CzOTf, после чего наносятся перовскитный поглощающий слой, слой транспорта электронов из фуллерена (C60), тонкий буферный слой из батокупроина (BCP), и, наконец, завершается стек термическим напылением серебряного (Ag) заднего контакта. Тестирование показало, что эффективность преобразования энергии этого элемента составила 27,3%, напряжение холостого хода — 1,185 В, плотность тока короткого замыкания — 26,30 мА·см², а коэффициент заполнения — 87,64%. Эффективность эталонного устройства без бимолекулярного метода составила 26,20%, напряжение холостого хода — 1,172 В, плотность тока короткого замыкания — 26,05 мА·см², а коэффициент заполнения — 85,79%. При масштабировании перовскитного элемента, модифицированного CzOTf, до активной площади 766 см² была продемонстрирована эффективность преобразования энергии 21,54%, напряжение холостого хода 50,93 В, ток короткого замыкания 0,4040 А и коэффициент заполнения 80,20%.
Что касается стабильности, после 2000 часов непрерывного освещения перовскитный солнечный элемент, модифицированный CzOTf, сохранил 92% своей начальной эффективности. Крупномасштабный модуль, модифицированный CzOTf, стабильно работал на открытом воздухе в течение 35 дней без деградации. Статья, посвященная этой новой архитектуре элемента, была опубликована в журнале Science Advances под названием «Достижение 27,3% в перовскитных фотоэлектрических устройствах с помощью бимолекулярного контакта с фиксацией интерфейса».
