الخلايا الشمسية بيروفسكيت ( PSCs ) أصبحت بقعة ساخنة في مجال الضوئية بسبب ارتفاع كفاءة التحويل الكهروضوئية ( PCE ) وانخفاض تكلفة التصنيع . ومع ذلك ،فتح دائرة الجهد ( المركبات العضوية المتطايرة ) خسارةهي واحدة من العقبات الرئيسية التي تحد من كفاءة نظرية التقريب . فقدان المركبات العضوية المتطايرة يشير إلى عملية المركبات العضوية المتطايرة من البطارية و " صدمة كويسر ( s-q ) الحد من المركبات العضوية المتطايرة " ( على أساس نظرية الفجوة الفرقة المواد )الحد الأعلىفهم مصدر وآلية المركبات العضوية المتطايرة هو المفتاح لتحسين أداء البطارية .

الأساس النظري من المركبات العضوية المتطايرة الخسارة : من s-q الحد إلى القيمة الفعلية

من أجل فهم فقدان المركبات العضوية المتطايرة ، الفرق بين " نظرية المركبات العضوية المتطايرة " و " الفعلية المركبات العضوية المتطايرة " يجب أن تكون واضحة :

م .س الحد من المركبات العضوية المتطايرةاستنادا إلى نموذج مثالي تقاطع PN ، فقط الفجوة الفرقة ( EG ) ، درجة الحرارة ( ر ) و طيف الطاقة الشمسية هي التي تحدد الصيغة التالية :

بينجي إس سيالكثافة الحالية قصيرة الدوائر ،ي₀كثافة التيار المشبع ( زيادة كبيرة من قبل الناقل إعادة التركيب ، واجهة الحاجز ، الخ . )

جوهر فقدان المركبات العضوية المتطايرةالعوامل غير المثاليةي₀أكبر بكثير من مثاليةج₀أو photogenerated الناقل فصل / انخفاض كفاءة النقل ، مما يجعل من المركبات العضوية المتطايرة الفعلية أقل من s-q الحد .

المصادر الأساسية وآلية فقدان المركبات العضوية المتطايرة

على أساس " الموقف المادي " و " العمل " وصلة ، المركبات العضوية المتطايرة خسارة يمكن تقسيمها إلىخسارة جوهريةبيروفسكيت الجسم يؤدي إلىخسارة غير جوهري( واجهة ، عيب ، الناقل طبقة النقل ) آلية محددة على النحو التالي :

( أ ) الخسارة الذاتية : الخصائص الجوهرية لجسم بيروفسكيت

الخسارة الذاتية يتحدد هيكل الالكترونية و الناقل ديناميات بيروفسكيت المواد .الكل( أ ) إلغاء " الخسائر الأساسية " التي تشمل الفئتين التاليتين :

1 - ذات فجوة الحزمة - المركبات العضوية المتطايرة إزاحة المتأصلة ( غير الإشعاع مركب " * " )

ومن الناحية المثالية ، المركبات العضوية المتطايرة يجب أن تكون قريبة من " ذات فجوة الحزمة الجهد " ( ( ز / س ، على سبيل المثال ، FAPBI ) .وز / س = 1.48 الخامس ) ، ولكن حتى لو كان هناك أي عيبممتازبيروفسكيت ، المركبات العضوية المتطايرةغير الإشعاع الطبيعي مركبأدناه ز / س :

م . جوهر : بيروفسكيت التكافؤ الفرقة أعلى ( VBM ) و التوصيل باند أسفل ( CBM ) وجود " الدولة الالكترونية الذيل " ( urbach الذيل ) ، التي تنشأ من شعرية الاهتزاز ( فونون ) أو الإلكترون الإلكترون التفاعل ، مما يؤدي إلى الناقل يمكن أن تمر من خلال " subband الفجوة الانتقال " nonradiative التركيب ( على سبيل المثال ، الإلكترون الانتقال من تدابير بناء الثقة إلى دولة بالقرب من ذيل VBM ، ثم الإفراج عن الطاقة من خلال الفونونات ) .

م . فقدان السعة : هذا النوع من الخسارة الطبيعية عادة0.1 ~ 0.2 فولت( على سبيل المثال ، perovskite مع مكافئ = 1.5 إف ، الكامنة في الحد الأدنى من المركبات العضوية المتطايرة حوالي 1.3 ~ 1.4 الخامس ) هو مصدر الفرق بين s-q الحد من المركبات العضوية المتطايرة و مكافئ / س .

2 . الناقل nonradiative التركيب ( معظم العيوب المهيمنة )

بيروفسكيت في الجسمعيب جوهري( على سبيل المثال ، الشواغر ، فراغات الذرات ) سوف تشكل " مركز المركب " ، وتسريع غير التركيب الإشعاعي photogenerated الناقلين ، مما يؤدي مباشرة إلى انخفاض المركبات العضوية المتطايرة :

أنواع العيوب النموذجية :

م . اليود الشواغرالخامس_أنا^سالرصاص واليود في formamidine ( FAPBI )والسيزيوم فورماميد الرصاص واليودوعلى الرغم من ضعف القدرة على التقاط الناقل ، فإنه يطيل عمر المركبة ، ويقلل من المركبات العضوية المتطايرة بشكل غير مباشر .

م . يؤدي شاغرالخامس_{بي بي}^{2 .}اليود الفجوة ذرةأنا_(أ)^-تشكيل مستوى عميق العيوب التي يمكن التقاط الإلكترونات / الثقوب بكفاءة ( على سبيل المثالالخامس_{بي بي}^{2 .}( التقاط الثقوب ،أنا_(أ)^-في وقت لاحق من خلال عدم التعطيل الإشعاعي " صدمة قراءة قاعة ( SRH ) مركب " هو المساهم الرئيسي في معظم المركبات العضوية المتطايرة من الضياع .

م . خسارة مميزة : أعلى كثافة معظم العيوبنت" قياس ) ، وأسرع معدل مركب غير مشع ،جيه 0أكبر خسارة المركبات العضوية المتطايرة ، أكثر وضوحا ( على سبيل المثال ، عيب الكثافة من ( 10 ^ ^ 15 سم - 3 ) إلى 10 ^ ^ 17 سم - 3 ) ، المركبات العضوية المتطايرة يمكن أن تقلل من 0.05 ~ 0.1 الخامس ) .

خسارة غير جوهري : الخسارة الناجمة عن واجهة هيكل الجهاز

غير جوهري الخسارة الناجمة عن الاتصال بين بيروفسكيت و الناقل طبقة النقل ( ETL ، ثقب طبقة النقل HTL ) واجهة القطب ، أو عيب من طبقة النقل نفسها ، هو الاتجاه الأساسي الأمثل في الوقت الحاضر ، التي تمثل أكثر من 60 ٪ من مجموع المركبات العضوية المتطايرة من الخسارة .

1 . nonradiative تكوين واجهة بيروفسكيت / النقل ( * أساسا غير جوهري الخسارة )

بيروفسكيت و يتلاو SnOاواجهة HTL ( مثل سبيرو أوميتاد ، PTAA ) هي المنطقة الرئيسية الناقل الانفصال .

( 1 ) عدم تطابق مستوى الطاقة يؤدي إلى إعادة التركيب
واجهة مثالية يجب أن تستوفي " مستوى الطاقة التوافق " ( على سبيل المثال ، ETL التوصيل السفلي أقل من بيروفسكيت تدابير بناء الثقة ، HTL التكافؤ أعلى من vbm بيروفسكيت ) من أجل تعزيز الناقل الانفصال . إذا كان مستوى الطاقة لا تتطابق ، يمكن أن تشكل " حاجز " أو " فخ " :

م . القضية 1 : ETL ( مثل تيو )افي نهاية منطقة التوصيل عالية جدا ( الفرق أقل من 0.1 إف ) من اتفاقية التنوع البيولوجي بيروفسكيت → ETL من الصعب حقن الإلكترونات من بيروفسكيت .

م . القضية 2 : HTL ( مثل spiro-ometad ) مع أعلى سعر منخفض جدا ( الفرق أقل من 0.1 إف ) من بيروفسكيت VBM → ثقب من الصعب حقن HTL ، واجهة ثقب تراكم ، والإلكترون مركب .

م . فقدان السعة : فقدان المركبات العضوية المتطايرة الناجمة عن مستوى الطاقة فمنها0.05 ~ 0.15 فولت( مثل تيوا/ واجهة بيروفسكيت بسبب عدم تطابق مستوى الطاقة ، نسبة المركبات العضوية المتطايرة سنواوبيروفسكيت واجهة منخفضة 0.08 ~ 0.1 الخامس ) .

( 2 ) واجهة العيوب الناجمة عن إعادة التركيب

هناك العديد من " تعليق " السندات " شعرية فمنها من العيوب " أو " الكيميائية الامتزاز الشوائب " في واجهة بين بيروفسكيت والنقل طبقة .ا، HاO）， تشكيل مراكز المركب على مستوى عميق :

م . عيب نموذجي : تيواسطح الأكسجين الشواغرالخامس_أو^{2 +}الالكترونات في بيروفسكيت يتم التقاطها ، ثم جنبا إلى جنب مع ثقب في HTL النقل . الرصاص على سطح بيروفسكيتاعدم التنسيق عيب ( تعليق بوند ) يلتقط الثقوب ، جنبا إلى جنب مع الإلكترونات من يتل .

م . فقدان الخصائص : واجهة nonradiative معدل إعادة التركيب هو أعلى بكثير من معظم ( بسبب ارتفاع تركيز الناقل ، وارتفاع كثافة عيب ) و هو السبب الرئيسي في انخفاض كفاءة المركبات العضوية المتطايرة ( مثل مركبات الكربون الكلورية فلورية في واجهة غير معدلة ، المركبات العضوية المتطايرة خسارة تصل إلى 0.3 ~ 0.4 الخامس ) .

م . فقدان السعة : فقدان المركبات العضوية المتطايرة الناجمة عن طبقة النقل عادة 0.03 ~ 0.1 الخامس ( مثل سنو ) .االمركبات العضوية المتطايرة يمكن أن تزيد من 0.05 ~ 0.08 ت بعد يتل المنشطات الأمثل .

2 - خسارة الناقل طبقة النقل ( يتل / HTL )

" سوء التوصيل " و " الكثير من العيوب " ETL أو HTL نفسها يمكن أن يؤدي إلى عرقلة النقل الناقل ، والحد بشكل غير مباشر من المركبات العضوية المتطايرة :

م . التوصيل : إذا كان HTL ( مثل سبيرو أوميتاد ) ثقب التنقل منخفضة⁻ ⁴سم²/ (V)・s)）， ثقب يمكن أن تتراكم في HTL ، مما يؤدي إلى زيادة احتمال تكوين واجهة الإلكترون حفرة .

م . العيوب الذاتية : يتل ( مثل سنو )اSN ²اعيب يمكن أن تشكل فخ الإلكترون ، محاصرة الإلكترون حقن من بيروفسكيت ، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة نقل الإلكترون ، وانخفاض المركبات العضوية المتطايرة .

م . فقدان السعة : فقدان المركبات العضوية المتطايرة الناجمة عن طبقة النقل عادة0.03 ~ 0.1 فولتمثل سنواالمركبات العضوية المتطايرة يمكن أن تزيد من 0.05 ~ 0.08 ت بعد يتل المنشطات الأمثل .

فقدان الاتصال الكهربائي

الإفراط في مقاومة الاتصال بين أقطاب معدنية ( مثل الاتحاد الافريقي ، جي ) HTL ، أو الاتصال المباشر بين أقطاب بيروفسكيت

م . الاتصال المقاومة : إذا كان الاتصال المقاومة بين HTL أو الكهربائي > 10・cm²， ثقب من الصعب حقن HTL الكهربائي ، مما يؤدي إلى تراكم حفرة ، وزيادة مركب .

م . الاتصال المباشر : إذا كان مستوى فيرمي من قطب المعادن لا تتطابق مع مستوى perovskite ، حاجز شوتكي يمكن تشكيلها .

م . فقدان السعة : فقدان الاتصال الكهربائي عادة أقل )0.02 ~ 0.05 فولتومع ذلك ، فإن انخفاض درجة الحرارة الكهربائي ( على سبيل المثال ، عند درجة حرارة عالية جدا في الاتحاد الافريقي التبخر ) يمكن أن تزيد بشكل كبير من الخسائر .

تحديد وتوصيف المركبات العضوية المتطايرة من الضياع

دقة تحديد موقع المركبات العضوية المتطايرة الخسارة هو شرط مسبق الأمثل . تقنيات توصيف مشتركة يمكن تقسيمها إلى فئتين : macroscopical الضياع الكمي و micromechanism التحليل .

استراتيجية التحسين من المركبات العضوية المتطايرة الضياع

وفي ضوء ما سبق من مصادر الخسارة ، فإن الاتجاه الرئيسي الحالي من التحسين يركز على " قمع nonradiative التركيب " و " المستوى الأمثل محاذاة " .

1 . معظم عيب التخميل : الحد من الخسارة الذاتية

م . الموجبة المنشطات : مع خدمات العملاءاو Rbااستبدال جزئي فاا( مثل FACS PBI )وقمع بيروفسكيت شعرية التشويه ، والحد من الخامس_أنا^سفي_{بي بي}^{2 .}عيب

م . أنيون المنشطات : مع رااستبدال جزئي أناا( مثل FAPBI )اBr）， تضييق عرض urbach الذيل ، والحد من الإشعاع الطبيعي غير التركيب .

م . عيب passivator : الجوانيدين الملح ( على سبيل المثال ، غواي ) ثيوريا أضيفت إلى بيروفسكيت السلائف .االمستعبدين ) سطح تخميلها / معظم العيوب المرحلة .

2 . واجهة الهندسة : القضاء على الخسائر الأساسية غير الجوهرية

م . واجهة التخميل : مع آلاأو、 مركبات الكربون الكلورية فلورية ( المركبات العضوية المتطايرة ) يمكن تحسينها من خلال تعديل ETL / بيروفسكيت ، بيروفسكيت / HTL البينية من الجزيئات العضوية مثل بي بي إم ، منظمة العفو الدولية ، وما إلى ذلك ، من أجل ملء تعليق السندات ، والحد من العيوب .

م . مستوى التنظيم : ETL المنشطات ( مثل سنواالمنشطات واعلى سبيل المثال ، ptaa مخدر Litfsi يمكن أن تزيد من ثقب التنقل ، وتحسين مستوى الطاقة واجهة المحاذاة ، وتعزيز الناقل الانفصال .

طبقة النقل الأمثل : تحسين كفاءة النقل الناقل

م . يتل الأمثل : مع سنوااستبدال تيوا(SNO)اانخفاض مستوى الطاقة مطابقة ، أو كثافة منخفضة عيب يتل أعدها المدة ( للطبقة ترسب ) .

م . HTL الأمثل : تطوير حركية عالية HTL ( مثل نيوₓالعضوية HTL ، والتنقلا²سم²/ (V)・s)）， استبدال سبيرو أوميتاد ، والحد من العيوب HTL والمقاومة .

4 . هيكل الجهاز الابتكار : الحد من فقدان الاتصال

م . htl-free هيكل : الاتصال المباشر مع بيروفسكيت الكربون القطب الكهربائي لتجنب العيوب والتكاليف .

م . كامل العضوية هيكل : cspbiوبيروفسكيت + العضوية يتل / HTL ( مثل تيو )ا/ نيوₓتحسين الاستقرار مع الحد من واجهة التركيب العضوي طبقة .

خامساً - الخلاصة والتحديات

المركبات العضوية المتطايرة خسارة perovskite الخلايا الشمسية هو نتيجة التفاعل بين " eigencharacteristic " و " غير eigendevice عيب " .واجهة غير التركيب الإشعاعيوعيوب الجسم مركبهو المصدر الرئيسي الحالي من الخسارة . من خلال " عيب التخميل " ، " واجهة الهندسة " و " مستوى الطاقة الأمثل " ، المركبات العضوية المتطايرة من أعلى PSCs قد ارتفع من 0.9 الخامس في وقت مبكر إلى 1.2 الخامس ( على أساس perovskite ز ∶ 1.5 إف ) ، ولكن لا يزال هناك 0.15-0.2 الخامس الأمثل الفضاء من s-q الحد .

وتشمل التحديات المقبلة ما يلي :

1. كيفية زيادة الحد من " غير الإشعاع الطبيعي خسارة " ( على سبيل المثال ، عن طريق الحد من تأثير الكم تضييق urbach الذيل ) ؛

2. وضع طبقة التخميل مستقرة على المدى الطويل ، وتجنب فشل passivator تحت الضوء / الحرارة الرطبة .

3. حتى السيطرة على المركبات العضوية المتطايرة خسارة في مساحة كبيرة من الأجهزة ( في الوقت الحاضر ، معظم الأجهزة عالية الكفاءة هي منطقة صغيرة ، واجهة كبيرة عيب أكثر ، المركبات العضوية المتطايرة خسارة أكبر ) .

فهم آلية فقدان المركبات العضوية المتطايرة ، وتحسين كفاءة perovskite البطارية هو مفتاح اختراق 30 ٪ ( s-q الحد حوالي 33 في المائة ) .