Chinesische Institutionen erreichen mit bimolekularer Grenzflächenstrategie 27,31 % Effizienz bei invertierten Perowskit-Solarzellen

de.wedoany.com-Bericht: Forscher mehrerer Institutionen aus dem chinesischen Festland und Hongkong berichten über eine bimolekulare Grenzflächenstrategie für invertierte (p–i–n) Perowskit-Solarzellen, mit der eine zertifizierte Effizienz von 27,31 % erzielt wurde. Die Methode kombiniert die selbstorganisierende Monoschicht aus Phosphonsäure Me-4PACz mit dem synergistischen Modifikator 9H-Carbazol-2-yltrifluormethansulfonat (CzOTf), um an der NiOx/Perowskit-Grenzfläche eine gemischte und grenzflächenverankerte Molekülschicht zu bilden. CzOTf wurde entwickelt, um die Ladungsextraktion zu stabilisieren, bleibezogene Defekte in der vergrabenen Schicht zu passivieren und Zugspannungen zu mildern, die die Perowskit-Kristallisation und den Grenzflächenabbau verschlechtern könnten, während gleichzeitig Ni³⁺-induzierte Redoxverlustpfade unterdrückt werden.

Die optimierte Zelle erreichte eine zertifizierte Effizienz von 27,31 % (beste Zelle 27,32 %), eine Leerlaufspannung von 1,185 V, eine Kurzschlussstromdichte von 26,30 mA/cm² und einen Füllfaktor von 87,64 %. Die Referenzzelle ohne CzOTf erreichte eine Effizienz von 26,20 %. Die Anwendung der Strategie wurde auf Perowskit/Silizium-HJT-Tandemsolarzellen (32,84 %) und großflächige 766 cm²-Module (21,54 %) ausgeweitet. In Bezug auf die Stabilität behielten die Zellen nach 2000 Stunden kontinuierlicher Beleuchtung 92 % ihrer Effizienz, und die Module konnten 35 Tage lang stabil im Freien betrieben werden.

Me-4PACz, ein Molekül auf Phosphonsäurebasis, verankert sich über Phosphonatgruppen auf der NiOx-Oberfläche und bildet eine dichte monomolekulare Grenzflächenschicht, die Desorption widersteht und die Grenzflächenchemie fixiert. Seine carbazolartigen funktionellen Elektronen-/Ladungswechselwirkungsstellen passivieren elektroaktive NiOx-Perowskit-Grenzflächenfallen und reduzieren nichtstrahlende Rekombination. Diese monomolekulare Grenzflächenschicht verbessert auch die Benetzbarkeit und den Kontakt an der NiOx/Perowskit-Grenzfläche und fördert eine gleichmäßigere Perowskit-Keimbildung. Die Koordination von Me-4PACz unterdrückt die Bildung von unterkoordiniertem Blei und anderen tiefen Niveaudefekten in der Nähe der Oberfläche und verringert fallenunterstützte Rekombinationspfade. CzOTf ergänzt die Wirkung von Me-4PACz, indem es über seine Sulfonat-Anionen-Funktionalität und den Carbazolteil mit der chemischen Umgebung der Grenzfläche interagiert, die Defektzustände nahe der Perowskit-Oberfläche weiter stabilisiert und zur Neutralisierung von während des Betriebs entstehenden vergrabenen Ladungsungleichgewichten beiträgt. Die bimolekulare Schicht verbessert die Ladungsextraktion durch Anpassung der Grenzflächenenergieniveaus, mildert mechanische Fehlanpassungen an der NiOx/Perowskit-Grenzfläche und wirkt als Barriere gegen Ionenwanderung, wodurch der redoxgetriebene Abbau an der Grenzfläche reduziert wird. Der resultierende NiOx/Perowskit-Kontakt kann unter kontinuierlicher Beleuchtung und im Freien die Kristallqualität aufrechterhalten und den Grenzflächenabbau verlangsamen.