La logique de base pour améliorer le plqy (Photoluminescence Quantum Yield) des cellules solaires pérovskites estInhibition de la recombinaison non radiative(réduction de la probabilité de capture des porteurs par l'état défectueux) Tout en optimisant l'efficacité de recombinaison radiative des porteurs. Basé sur les facteurs d'influence du plqy (défauts, cristallinité, qualité de l'interface, stabilité environnementale, etc.), une série de stratégies efficaces ont été développées dans la recherche actuelle,

Les catégories spécifiques peuvent être classées comme suit:

I. passivation des défauts: réduction des centres composites non radiatifs

Les défauts (défauts de surface / phase volumique, défauts de joints de grains) sont les principales causes de recombinaison non radiative, et doncPassivation des défautsEst la stratégie de base pour améliorer plqy.

1. Passivation de surface: réparation ciblée des défauts de surface

Présence de grandes quantités d'ions non coordonnés à la surface du film mince de pérovskite (p. ex., pb²)⁺), et les liaisons suspendues, sont des centres composites non radiatifs hautement actifs. La passivation de surface comble les défauts et réduit la densité de l'état de surface en introduisant des molécules / ions fonctionnels.

·Passivation de molécules organiquesPour:
Avec amino (- NH₂), des molécules organiques d'hydroxyle (- OH) ou de Thio (- SH) (par exemple PEA)⁺、 丁胺（BA⁺), thiourée, sel de Guanidine, etc.) peut être lié par une liaison de coordination avec pb² dont la surface n'est pas saturée⁺Combiné, neutralise la charge défectueuse. Par exemple, PEA⁺Mapbi modifié₃La surface peut augmenter plqy de 10% à plus de 60%.

·Passivation ionique inorganiquePour:
Sels inorganiques (par exemple CSI, RbCl, KBR, Pb (SCN))₂Cations (CS) dans⁺et Rb⁺), ou anions (I⁻et Cl⁻et SCN⁻), peut remplir les espaces de maille (tels que les espaces de BIT a, les espaces de bit x), inhiber la formation de défauts. Par exemple, la passivation CSI réduit fa₀.₈₅MA₀.₁₅PbI₃Défauts de surface, plqy augmente de plus de 30%.

·Couche de passivation de pérovskite bidimensionnellePour:
Croissance de pérovskite bidimensionnelle sur une surface de pérovskite tridimensionnelle (par exemple (PEA))₂PbI₄, (BA)₂PbI₄), dont la surface hydrophobe peut simultanément passiver les défauts et bloquer l'oxygène aqueux. Les cations organiques à longue chaîne de la couche bidimensionnelle peuvent couvrir les défauts de surface et l'adaptation des niveaux d'énergie à l'interface bidimensionnelle / tridimensionnelle peut réduire la recombinaison non radiative des porteurs à la surface, ce qui permet une augmentation significative du plqy (jusqu'à plus de 90% pour certains systèmes).

2. Passivation de phase corporelle: inhibe la formation de défauts internes

Les défauts de phase volumique (tels que les lacunes, les atomes interstitiels, les phases d'impuretés) proviennent principalement d'une instabilité cinétique ou d'un déséquilibre stoechiométrique spécifique lors de la cristallisation de la pérovskite, la passivation de phase volumique inhibant les défauts en régulant le processus de cristallisation ou en introduisant des dopants.

·Passivation dopée par précurseurPour:
L'introduction de petites quantités d '« agents piégeurs de défauts » (par example urées, thiourées, dérivés d'acides aminés) dans le précurseur pérovskite dont les groupes polaires (par example C = o, c = s) dans la molécule peuvent être associés à pb²⁺Ou I⁻Coordination, inhibe la génération de défauts lors de la cristallisation. Par exemple, l'ajout de 0,5% de thiourée au précurseur permet à cspbi de₃La densité des défauts de phase volumique a été réduite d'un ordre de grandeur et le plqy est passé de 20% à 70%.

· Réseau régulateur de dopage ioniquePour:
Introduction d'ions hétérogènes (tels que CS dopé en position a)⁺et Rb⁺; br dopé en X⁻et Cl⁻), peut stabiliser le treillis de pérovskite et réduire les défauts dus à la distorsion du treillis. Par exemple, FA₀.₈₅Cs₀.₁₅PbI₃(fa: FORMAMIDINE, CS: césium) par rapport au fapbi pur₃Le treillis est plus stable, moins de défauts de phase volumique et le plqy augmente d'environ 40%.

II. Régulation cristalline: réduction des défauts de joints de grains

Les joints de grains sont des zones denses de défauts (tels que les ions non coordonnés, les dislocations de maille), et un film mince de pérovskite à cristallinité élevée et à gros grains peut réduire la densité des joints de grains, réduisant ainsi la recombinaison non radiative.

1. Ingénierie des solvants optimise la dynamique de cristallisation

En régulant la composition en solvant ou le taux de volatilisation de la solution de précurseur, la croissance lente des grains est favorisée par la formation de cristaux de grande taille et peu défectueux.

·Stratégie de solvants mixtesPour:L'ajout de solvants à point d'ébullition élevé (tels que GBL (gamma - butyrolactone), CB (chlorobenzène)) dans le DMF (n, N - diméthylformamide) ou le DMSO (diméthylsulfoxyde) retarde la volatilisation du solvant, prolonge le temps de cristallisation et permet aux grains de croître pleinement. Par exemple, MAPbI₃L'ajout de GBL au précurseur augmente la taille des grains de 1 µm à plus de 5 µm, réduit la densité des joints de grains et augmente le plqy de 25%.

·Cristallisation assistée par anti - solvant: ajout goutte à goutte d'un antisolvant (par exemple, diéthyléther, chlorobenzène) sur un film humide de pérovskite pour réduire rapidement la solubilité du précurseur, induire une nucléation homogène, réduire les petits grains et les joints de grains. L'optimisation du temps de goutte à goutte de l'anti - solvant (par exemple, goutte à goutte lorsque le film est semi - sec) peut améliorer encore la qualité cristalline, plqy peut améliorer de 30% ~ 50%.

2. Optimisation du processus de recuit

La température et le temps de recuit influencent directement la cristallinité: le recuit à basse température est susceptible de conduire à une cristallisation incomplète (phase amorphe multiple), le recuit à haute température peut provoquer la volatilisation des composants (par exemple, ma)⁺Décomposition).

·Recuit étape par étape: pré - traitement à basse température (60 ~ 80 ℃) d'abord, de sorte que le précurseur est lentement nucléé; Recuit à haute température (100 ~ 150 ℃) pour favoriser la croissance des grains et la réparation des défauts. Par exemple, FAPbI₃Avec un recuit étape par étape de "80 ℃ / 5min + 150 ℃ / 10min", la cristallinité est considérablement améliorée, plqy de 15% à 55%.

Iii. Ingénierie de l'interface: inhibition de la recombinaison non radiative de l'interface

L'interface de la pérovskite avec la couche de transport de charge (Htl / ETL) est une « zone à haut risque » de recombinaison de porteurs (mésappariement des niveaux d'énergie, défauts d'interface) et l'optimisation de l'interface permet de réduire les pertes de recombinaison.

1. Modification de l'interface de la couche de transport

L'adaptation des niveaux d'énergie est améliorée et les défauts d'interface sont passivés par l'introduction d'une couche tampon à la surface de la couche de transport.

·Retouche ETL (Electronic transport layer): au tio₂Ou Sno₂Revêtement de surface ultra - mince AL₂O₃、 ZnO ou molécules organiques (comme le tpbi) qui réduisent la densité des états défectueux interfaciaux et permettent au tio₂La bande de conduction correspond mieux à celle de la pérovskite, réduisant l'accumulation d'électrons à l'interface. Par exemple, Al₂O₃Tio modifié₂/ l'interface pérovskite peut augmenter le plqy d'environ 20%.

·Modification Htl (couche de transport de trous): introduction de Cui, NiO sur les surfaces spiro - ometad ou ptaaₓOu une couche monomoléculaire auto - Assemblée (par exemple, un dérivé de phénylthiophénol) qui améliore l'efficacité d'extraction des trous et réduit la rétention des trous à l'interface. Par exemple, l'interface spiro - ometad / pérovskite modifiée Cui peut augmenter le plqy de 30% à 50%.

2. Perovskite / optimisation de niveau d'énergie de couche de transport

Choisissez un matériau de transport qui correspond mieux au niveau énergétique de la pérovskite et réduit la barrière d'extraction des porteurs. Par exemple, en comparaison avec Tio₂(bande de guidage d'environ - 4,0 EV), Sno₂La bande de conduction (environ - 4,4 EV) est plus proche de mapbi₃Bande de conduction (environ - 4,0 EV), extraction électronique plus efficace, moins de recombinaison de l'interface, plqy plus élevé (Sno)₂Le dispositif de base plqy est généralement plus que tio₂Hauteur de base 10% ~ 20%).

Amélioration de la stabilité: inhibe la chute de plqy induite par la dégradation

La dégradation de la pérovskite (eau, oxygène, induite par la lumière) crée de nouveaux défauts (p. ex. PBI)₂、 Phase impuretée PBO), ce qui entraîne une diminution continue de la plqy, de sorte que l'amélioration de la stabilité est la clé du maintien d'une plqy élevée.

1. Stabilisation des composants

Utilisant un système mixte cationique / anionique (par exemple ma₀.₁FA₀.₆Cs₀.₃Pb (I)₀.₈Br₀.₂) et₃), inhibe la distorsion du réseau cristallin et la volatilisation des composants par l'interaction entre les ions, améliore la résistance du matériau à la dégradation. Par exemple, la Perovskite cationique mixte, par rapport à la Perovskite pure à base de ma, augmente la rétention plqy de 30% à 70% après 100 heures de mise à l'air.

2. Conception de couche d'encapsulation et de barrière

Par Encapsulation (par example verre / métal) ou introduction d'une couche barrière à l'oxygène de l'eau (par example AL)₂O₃、 Membrane Composite PET / AL), réduisant les intrusions hydro - oxygénées. Par exemple, Al₂O₃Les dispositifs encapsulés par vaporisation sont laissés à 85% d'humidité pendant 30 jours et le plqy reste supérieur à 80% de la valeur initiale (les dispositifs non encapsulés ne restent que 10%).

V. optimisation des conditions d'excitation: évitez le renforcement composite non radiatif

La régulation rationnelle des conditions d'excitation permet d'éviter que la plqy ne soit "artificiellement diminuée" dans la mesure ou l'application:

·Régulation de l'intensité d'excitation: Évitez les intensités d'excitation trop élevées (par exemple > 10¹)⁸Photons / cm²・s）， Empêcher une concentration trop élevée de porteurs d'initier une recombinaison Auger (un type de recombinaison non radiative);

·Contrôle de la température: dans les scénarios nécessitant une plqy élevée (par exemple, applications luminescentes), la température peut être réduite de manière appropriée (par exemple, 77 K), la capture des défauts activée par la chaleur peut être supprimée et le rapport de recombinaison radiatif élevé peut être augmenté.

résumé

La stratégie de base pour améliorer plqy peut être résumée comme suit:"La passivation des défauts prédomine, la cristallisation et l'interface sont optimisées en complément, la stabilité est améliorée pour garantir la longévité"Réduction directe du Centre composite non radiatif par passivation de la phase de surface / volume, combinée à la régulation de la cristallisation pour réduire les défauts des joints de grains, ingénierie de l'interface pour optimiser l'extraction des porteurs, complétée par la conception de la stabilité pour inhiber la dégradation, peut augmenter considérablement plqy de pérovskite (plqy de l'excellent système actuel a été proche de 100%). Ces stratégies améliorent non seulement plqyRendement quantique en photoluminescenceIl améliore également de manière synchrone les performances photovoltaïques des cellules solaires (par exemple, tension en circuit ouvert, eqe), car la faible perte composite non radiative est une caractéristique commune des dispositifs à haut rendement.