Přestože místním defektům perovskitu na bázi chloridů a jodidů je těžké se vyhnout kvůli migraci iontů, skupina vědců nyní našla způsob, jak je pasivovat. Použili různé kombinace 4-chlorbenzylamoniumchloridu a 4-chlorbenzylamoniumbromidu na vrchní vrstvu transportní díry

Přestože místním defektům perovskitu na bázi chloridů a jodidů je těžké se vyhnout kvůli migraci iontů, skupina vědců nyní našla způsob, jak je pasivovat. Použili různé kombinace 4-chlorbenzylamoniumchloridu a 4-chlorbenzylamoniumbromidu na vrchní vrstvu transportní díry a dosáhli až 15 % zlepšení účinnosti.

Vědci z australské University of New South Wales (UNSW) Sydney představili novou strategii pasivace defektů pro perovskit na bázi chlorid-jodid. Dopisující autor Ashraful Hossain Howlader řekl, že nový přístup zlepšuje účinnost článku asi o 15 %. To zejména ve srovnání s kontrolním vzorkem. A zároveň jej činí ekologicky stabilnějším.

,,Navzdory slibným optoelektronickým vlastnostem je skutečností, že migrace iontů je v perovskitových solárních článcích na bázi chlorid-jodid nevyhnutelná. A to zejména kvůli nesouladu poloměru mezi chlorem a jódem," vysvětlil Howlader a jeho tým v dokumentu. ,,Může dojít k místním defektům, jako jsou atomová prázdná místa nebo akumulace atomů. A to v důsledku migrace iontů v tenkém perovskitovém filmu na bázi chlorid-jodid."

Ekologicky stabilnější přístup

Dotyčná aktivní perovskitová vrstva se vyrobila z 60 % formamidia (FA) a 40 % methylamonia (MA), s 10 % chloru (Cl) a 90 % jodu (I) použitými jako koncentrace halogenidu, pro konečný vzorec FA0.6MA0 .4PbI2.7Cl0.3.

Pod aktivní vrstvou se nachází elektronová transportní vrstva (ETL) oxidu cínu (SnoO2) nanesená na oxidu india a cínu (ITO). Ten funguje jako přední elektroda. Na vršek absorbéru se nanesla transportní vrstva (HTL) na bázi perovskitového materiálu známého jako 2,2',7,7'-Tetrakis-(N,N-di-4-methoxyfenylamino)-9,9'- spirobifluoren. Pro děrovou transportní vrstvu (HTL) se použil Spiro-OMeTAD a jako zadní elektroda se naneslo stříbro (Ag).

,,V naší předchozí publikaci jsme našli unikátní fenomén samotvorby chloridu tin(II) ( SnCl2). A to mezi rozhraním chlorid-jodid perovskitu a chloridu cínatého (SnO2) ETL," vysvětlili akademici. „Během procesu samotvorby migrují ionty Sn2+ z ETL a ionty Cl- z perovskitu směrem k pohřbenému rozhraní. Současně jsme zjistili, že I-ionty migrují směrem k opačnému rozhraní. Z tohoto jevu je zřejmé, že převážná část tenkého chloridovo-jodidového perovskitového filmu postrádá Cl- a I- ionty. Proto potřebujeme většinu tenkého chlorid-jodidového perovskitového filmu pasivovat halogeny. Zároveň také potřebujeme pasivaci rozhraní perovskit/HTL.“

Nová pasivační strategie zvyšuje účinnost perovskitových solárních článků na bázi chlorid-jodid o 15 %

K vyřešení tohoto problému s vytvářením defektů skupina uložila dva pasivátory známé jako 4-chlorbenzylamoniumchlorid (Cl) a 4-chlorbenzylamoniumbromid (Br) na horní část HTL. Testovali tři kombinace těchto dvou – 50 % Cl & 50 % Br; 75 % Cl & 25 % Br; a 100 % Cl & 0 % Br. A to ve výše uvedené buněčné struktuře a ve srovnání s kontrolou bez pasivátoru.

Zjistilo se, že 75 % Cl a 25 % Br mají nejlepší výkon, s účinností přeměny energie (PCE) 21 % u šampionského článku. A to ve srovnání s 18,31 % u kontrolního článku. Článek 75 % Cl & 25 % Br vykazoval napětí naprázdno (Voc) 1,12 V, hustotu zkratového proudu (Jsc) 25,69 mA/cm² a faktor plnění (FF) 72,78 %. Kontrolovaný článek pracoval s 1,06 V, 24,37 mA/cm², respektive 70,91 %.

PCE 50 % Cl & 50 % Br šampionových buněk byl 19,81 %. Zatímco to byl 19,23 % v případě 100 % Cl & 0 % Br. První měl Voc 1,12 V, Jsc 24,61 mA/cm² a FF 71,80 %. Zatímco druhý měl 1,07 V, 24,67 mA/cm², respektive 72,65 %.

„Když porovnáme stabilitu mezi dvěma našimi buňkami (kontrolní a šampionovou), vzorky se testují bez zapouzdření. Zjistili jsme, že PCE kontrolní buňky si po přibližně 672 hodinách dokáže udržet asi 78 % účinnosti. A šampionská buňka asi 88 % své počáteční účinnosti,“ dodala vědecká skupina. ,,To je způsobeno objemnými organickými kationty na rozhraní perovskitu/HTL. Ty chrání vlhkost."

Výsledky se prezentovaly v „Pasivaci defektů v chlorid-jodidovém perovskitovém solárním článku s chlorbenzylamoniumhalogenidy“, publikovaném v Solar Energy.

Zdroj: pv-magazine, Vapol