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Couche d'absorption de lumière à gradient pour une meilleure efficacité de séparation des porteurs dans les cellules solaires à pérovskite

Résumé

Le comportement de transport des porteurs dans la couche d'absorption de la lumière à pérovskite a un impact significatif sur les performances des cellules solaires à pérovskite (PSC). Dans ce travail, des pertes de recombinaison de porteurs réduites ont été obtenues par la conception d'une structure de bande dans des matériaux pérovskites. Un ultrafin (PbI2 /PbBr2 )n un film avec un rapport d'épaisseur de gradient a été déposé en tant que couche précurseur d'halogénure de plomb par une méthode d'évaporation thermique, et des PSC avec une structure de bande de gradient dans la couche d'absorption de pérovskite ont été fabriqués par une méthode en deux étapes dans l'atmosphère ambiante. A titre de comparaison, les PSC avec des matériaux pérovskites homogènes de MAPbI3 et MAPbIx Br3 - x ont également été fabriqués. On constate que la structure de bande à gradient de type II réduit considérablement la durée de vie des porteurs et améliore l'efficacité de séparation des porteurs. En conséquence, les PSC avec une structure de bande de gradient présentent une efficacité de conversion de puissance moyenne de 17,5%, ce qui est 1 à 2% supérieur à celui des PSC traditionnels. Ce travail fournit une nouvelle méthode pour développer des PSC à haute efficacité.

Introduction

Au cours des 10 dernières années, les cellules solaires à pérovskite (PSC) sont devenues le centre d'attention dans le domaine de l'énergie en raison de leur haute efficacité et de leur faible coût [1,2,3,4,5,6]. De nombreux efforts ont été concentrés sur l'amélioration des performances des cellules ou de l'efficacité de conversion de puissance (PCE) [7,8,9,10,11,12,13]. Comme nous le savons, les performances de la cellule dépendent essentiellement de l'efficacité de conversion photon-électron incident (IPCE) et de l'efficacité d'absorption de la lumière, alors que l'efficacité de séparation des porteurs est la clé pour améliorer l'IPCE. Par conséquent, il devient crucial de contrôler le transport des porteurs générés par les photons dans les matériaux pérovskites. Dans les PSC à structure plane traditionnelle, les porteurs (ou paires électron-trou) sont séparés à l'interface entre la couche de transfert d'électrons (ETL) et le matériau pérovskite, et seuls les porteurs diffusant vers l'interface de séparation peuvent avoir un effet sur les performances de la cellule. Par conséquent, de nombreux travaux ont été consacrés à la réduction de la recombinaison des porteurs lors de sa diffusion. Différentes méthodes, telles que le recuit au solvant [14,15,16,17], l'ingénierie additive [18,19,20], la passivation de surface [21,22,23,24], etc. ont été utilisées pour améliorer la qualité des cristaux de pérovskite. En fait, le contrôle d'alignement de bande est une méthode alternative pour réduire les pertes de recombinaison [25,26,27]. Par exemple, Jing Zhang et al. introduit des ions mobiles extrinsèques Li + /I dans MAPbI3 , et l'agrégation de Li + /I a ajusté le niveau d'énergie de la pérovskite, ce qui a rendu l'extraction de charge assez efficace des matériaux de pérovskite vers l'ETL et la couche de transport de trous (HTL) dans les PSC [28]. Fait intéressant, la structure de bande des matériaux de pérovskite aux halogénures organométalliques peut être facilement ajustée en modifiant le composant ou la teneur de l'élément halogène dans les matériaux de pérovskite [29, 30, 31, 32]. Par exemple, Zhang et al. a fabriqué un MAPbI3 /MAPbIx Br3 - x hétérostructure avec une structure de bande de type II et obtenu des PSC sans HTL [33]. Essentiellement, il s'agit d'une approche idéale pour réduire directement les pertes de recombinaison grâce à la conception d'une structure de bande de gradient dans la couche d'absorption de lumière pérovskite [34, 35], qui permet la séparation des porteurs aussi rapidement que possible. Cependant, à notre connaissance, il n'a pas été rapporté jusqu'à présent sur la fabrication de matériaux pérovskites avec une structure de bande de gradient.

Dans ce travail, ultramince PbI2 et PbBr2 des films ont été déposés alternativement sur le substrat en tant que couches précurseurs d'halogénure de plomb par une méthode d'évaporation thermique, et des PSC avec une couche d'absorption de pérovskite à gradient ont été fabriquées en ajustant progressivement le rapport d'épaisseur de PbI2 à PbBr2 cinéma. A titre de comparaison, les PSC avec des matériaux pérovskites homogènes de MAPbI3 et MAPbIx Br3 - x ont également été fabriqués. La microscopie électronique à balayage (MEB), la spectroscopie des rayons X à dispersion d'énergie (EDS), la diffraction des rayons X (XRD), les spectres d'absorption, les spectres de photoluminescence (PL) et les spectres de photoluminescence résolue en temps (TRPL) ont été effectués pour étudier les morphologies, distribution des éléments, structures cristallines, compositions chimiques, propriétés optiques et durée de vie des supports des matériaux pérovskites. Il s'avère que la structure de bande de gradient dans la couche d'absorption de lumière pérovskite réduit considérablement la durée de vie du porteur et améliore l'efficacité de séparation des porteurs. En conséquence, les PSC avec une structure de bande de gradient présentent une efficacité de conversion de puissance moyenne de 17,5 %, ce qui est 1 à 2 % supérieur à celui des PSC traditionnels.

Section expérimentale

Fabrication d'appareils

Des substrats en verre d'oxyde d'étain dopé au fluor (FTO) (15 Ω/sq) ont été gravés par un laser et nettoyés par ultrasons séquentiels dans de l'acétone, de l'éthanol et de l'eau déminéralisée pendant 15 min chacun. Un SnO2 compact (c-SnO2 ) a été déposée sur les substrats FTO nettoyés par centrifugation d'une solution d'oxyde d'étain 0,1 M (Xi'an Polymer) à 3000 rpm pendant 30 s, puis recuite à 200 °C pendant 120 min. Après refroidissement naturel des substrats à température ambiante, ils ont été immergés dans une solution de tétrachlorure d'étain pendant 20 min à 75 °C, puis rincés à l'eau déminéralisée et séchés par flux d'azote. Trois types de couches de pérovskite, c'est-à-dire MAPbI3 , MAPbIx Br3 – x , et G-MAPbIx Br x , ont été préparés par une méthode en deux étapes. Pour fabriquer des MAPbI3 homogènes ou MAPbIx Br3 - x films pérovskites, PbI2 (99,99%, Xi'an Polymer) d'une épaisseur de 180 nm a d'abord été évaporé sur le substrat préparé à une vitesse de 0,5 nm/s. Pour convertir les halogénures de plomb en MAPbI3 matériaux, le film précurseur avec une solution de CH3 NH3 I (MAI) dans l'isopropanol (40 mg/mL) a été appliqué par centrifugation sur les substrats, tandis que pour convertir les halogénures de plomb en MAPbIx Br3 - x , un MAI et un MABr (CH3 NH3 Br) une solution d'isopropanol mixte (rapport molaire : 4 : 1) a été utilisée comme précurseur et déposée par centrifugation sur le FTO/c-SnO2 tel que préparé. /PbI2 substrats. Quant à la fabrication du gradient MAPbIx Br3 - x films pérovskites, PbI2 et PbBr2 ont été alternativement évaporés sur le FTO/c-SnO2 substrat en tant que couches précurseurs d'halogénure de plomb, comme le montre la figure 1, en contrôlant avec précision le temps d'évaporation de PbI2 et PbBr2 , et une couche d'halogénure de plomb hétérogène de 180 nm avec un rapport d'épaisseur de gradient, constituée de (11,6  nm PbI2 /0.4 nm PbBr2 )/(11,2 nm PbI2 /0.8 nm PbBr2 )/....../(6 nm PbI2 /6 nm PbBr2 ), a été obtenu. Et puis le film précurseur avec une solution de MAI dans l'isopropanol (40 mg/mL) a été déposé par centrifugation sur le FTO/c-SnO2 tel que préparé. /(PbI2 /PbBr2 )15 substrats. Toutes les vitesses de revêtement par centrifugation ci-dessus ont été réglées à 5 500 rpm, et tous les échantillons ont été recuits à 110 °C pendant 60 min. Le matériau de transport des trous (HTM) a été déposé par spin-coating à 4000 rpm pendant 30 s, qui était composé de 72 mg de spiro-OMeTAD, 28,8 μL de 4tert-butylpyridine et 17,5 μL de 520 mg/mL de lithium bis-( trifluorométhanesulfonyl) imide dans l'acétonitrile dans 1 mL de chlorobenzène. Tous les procédés ci-dessus sont opérés dans une atmosphère d'air avec une humidité relative de 35%. Enfin, des électrodes en or de 80 nm d'épaisseur ont été déposées sur le dessus des dispositifs par une méthode d'évaporation thermique. La zone active de la cellule a été mesurée à 0,07 cm 2 .

Schémas du procédé de fabrication du gradient MAPbIx Br3 - x films pérovskites

Caractérisation

Les morphologies des échantillons et les images de cartographie EDS ont été examinées par un SEM à émission de champ à haute résolution (FE-SEM, Zeiss Sigma). Les structures cristallines ont été analysées par XRD (Ultima IV, Rigaku, Cu Kα :λ =0,15406 nm). Les spectres d'absorption des films de pérovskite ont été caractérisés par un spectrophotomètre UV/Vis (PerkinElmer, Lambda 850). Les courbes de courant densité-tension (J-V) ont été mesurées par un compteur de source numérique (B2901A, Keysight) sous un simulateur solaire AM 1.5 (SS150, Zolix). L'IPCE a été mesuré en mode CA sur un système de test (QE-R, Spectral Response Measurement System) (Enli Technology Co. Ltd.) avec une lampe tungstène-halogène comme source lumineuse. Les spectres PL et TRPL ont été mesurés par un spectromètre à fluorescence proche infrarouge transitoire en régime permanent (FLS 980) à une longueur d'onde laser de 377  nm comme source d'excitation.

Résultats et discussion

Les morphologies de surface et de section transversale des films de pérovskite ont été caractérisées par SEM. La figure 2 a–c montre les images de surface des échantillons de pérovskite de MAPbI3 , MAPbIx Br3 – x , et dégradé MAPbIx Br3 - x (étiqueté comme G-MAPbIx Br3 - x ), respectivement. Les inserts sont leurs images en coupe. Tous les échantillons présentent une surface uniforme et compacte, indiquant la bonne qualité cristalline des matériaux pérovskites. Notamment, les échantillons démontrent les différentes tailles de grains. Le MAPbIx Br3 - x échantillon a une granulométrie moyenne de l'ordre du micromètre, alors que pour le MAPbI3 et G-MAPbIx Br3 - x échantillons, les tailles de grains sont de ~ 350 nm et ~ 450 nm, respectivement. La différence de taille doit être liée au processus de croissance du matériau. Quant au MAPbIx Br3 - x échantillon, une solution d'isopropanol mixte MAI et MABr a été utilisée comme précurseur, alors que, pour les deux autres échantillons, seule la solution d'isopropanol MAI a été retenue. Les atomes de Br dans la solution de précurseur ont tendance à déplacer lentement les atomes I au cours du processus de croissance en raison de leur rayon atomique différent, ce qui permet de réduire le taux de croissance et d'augmenter la taille des grains. Ce comportement est également observé dans d'autres rapports [36, 37]. De plus, comme le montrent les inserts de la figure 2, l'épaisseur des trois échantillons est contrôlée à ~ 350  nm, ce qui est similaire à la valeur optimisée du rapport précédent [38].

Les morphologies de surface et de section transversale des films de pérovskite :a MAPbI3 , b MAPbIx Br3 - x , et c G-MAPbIx Br3 - x . Les inserts sont leurs images en coupe

Pour élucider les structures cristallines et les compositions de différents échantillons, des mesures XRD ont été effectuées avec les résultats de la figure 3a. Les pics de diffraction à environ 14,1°, 28,4°, 31,8° et 40,9° sont indexés sur les plans (110), (220), (312) et (330) de MAPbI3 matériel, respectivement. Il n'y a pas de pic caractéristique correspondant au PbI2 hexagonal ou PbBr2 , révélant la conversion complète. Concernant le MAPbI3 échantillon, comme le montre la figure 3b, les pics de diffraction du MAPbIx Br3 - x et G-MAPbIx Br3 - x les échantillons se déplacent légèrement vers le plus grand 2θ degrés et apparaissent presque dans la même position, indiquant le contenu de dopage analogue des atomes de Br [32]. La figure 3c montre leurs spectres d'absorption. Pour le MAPbI3 échantillon, un bord d'absorption évident à ~ 785 nm est observé, correspondant à une bande interdite de 1,58 eV. Pour les deux autres échantillons, les deux bords d'absorption se déplacent vers ~ 755 nm, correspondant à une bande interdite de 1,64 eV. Empiriquement, la bande interdite E g peut être estimé par l'équation quadratique suivante :

$$ {E}_g\left( MAPb{I}_x{Br}_{3-x}\right)=2.29-0.35x+0.037{x}^2, $$

un Modèles XRD de films de pérovskite, b leur agrandissement partiel, et c spectres d'absorption

par conséquent, la teneur en Br peut être estimée à ~ 16 % [32]. Il convient de noter que bien que le MAPbIx Br3 - x et G-MAPbIx Br3 - x les échantillons ont presque les mêmes bords d'absorption, leurs pentes de courbe présentent une certaine différence. Le bord d'absorption pour le G-MAPbIx Br3 - x l'échantillon est relativement doux, ce qui pourrait être dû au fait qu'il s'agit d'un matériau de pérovskite non homogène possédant une bande interdite non identique.

Les PSC ont été fabriqués en utilisant les trois échantillons ci-dessus et étiquetés comme PSC-I, PSC-I/Br et PSC-G-I/Br, respectivement. La figure 4a affiche les courbes caractéristiques J-V. Les paramètres de performance détaillés sont résumés dans le tableau inséré. On constate que le PSC-GI/Br présente les meilleures performances avec un PCE de 18,2%, correspondant à une tension en circuit ouvert (Voc) de 1,07 V, une densité de courant de court-circuit (Jsc) de 22,5 mA/cm 2 , et un facteur de remplissage (FF) de 75,6%. Naturellement, le Voc des deux cellules contenant du Br est supérieur de 0,06 µV à celui de la cellule sans le composant Br, car le dopage au Br élargit la bande interdite du matériau pérovskite et améliore le Voc [1]. De plus, par rapport aux deux autres cellules, la cellule PSC-I/Br a un Jsc considérablement réduit (21,7 mA/cm 2 ). Cela pourrait être dû à la moindre absorption de lumière dans le matériau pérovskite en raison de sa plus grande bande interdite. Pour confirmer l'efficacité de l'expérience, nous avons fabriqué 80 appareils pour chaque type de cellule. La figure 4b présente les histogrammes PCE. De toute évidence, les appareils PSC-G-I/Br ont le PCE moyen le plus élevé de 17,5%, tandis que les appareils PSC-I et PSC-I/Br présentent les PCE moyens les plus bas, correspondant à ~ 15,8 % et ~ 16,7%, respectivement. La figure 4c montre les résultats de stabilité. Après trois semaines, les performances de la cellule sont presque réduites de 60%. Ici, il convient de mentionner que notre expérience est entièrement réalisée dans une atmosphère d'air (humidité relative 35 %) et que les PSC avec une efficacité et une stabilité plus élevées peuvent être obtenues, espérons-le, lorsqu'elles sont fabriquées dans un environnement à faible humidité.

un Courbes J-V des PSC, l'insert est leurs résultats de paramètre. b Les histogrammes PCE des appareils PSC. c Evolution PCE de dispositifs non encapsulés sous stockage à l'obscurité dans une boîte sèche (25°C, RH 30%). d Courbes IPCE des PSC

Pour révéler le mécanisme de l'amélioration des performances des dispositifs PSC-G-I/Br, les mesures d'IPCE, PL, EDS et TRPL pour les différents échantillons ont été effectuées. La figure 4d montre leurs courbes IPCE avec la gamme de longueurs d'onde de 300 à 800  nm. Il existe de légères différences dans la longueur d'onde de coupure et l'intensité IPCE. Quant au dispositif PSC-I, il montre la plus grande région effective de 300 à 780  nm, contribuant au Jsc maximal. En revanche, les dispositifs contenant du Br (c'est-à-dire PSC-I/Br et PSC-G-I/Br) présentent la longueur d'onde de coupure la plus courte en raison de la plus grande bande interdite. Notamment, par rapport au dispositif PSC-I/Br, le dispositif PSC-G-I/Br a l'IPCE le plus élevé dans la plage de 500 à 750  nm, ce qui donne un Jsc plus grand. Ce phénomène peut être lié à la répartition de l'absorption lumineuse dans le matériau pérovskite. Il est connu que le coefficient d'extinction du matériau pérovskite diminue avec l'augmentation de la longueur d'onde de la lumière dans le domaine visible [39]. Par conséquent, lorsque la lumière du soleil est incidente sur la cellule de pérovskite, la lumière à courte longueur d'onde a tendance à être absorbée dans la région proche de l'interface de séparation en raison de sa faible profondeur de pénétration, et les porteurs photo-générés ont une efficacité de séparation plus élevée, tandis que le long - la lumière de longueur d'onde a la profondeur de pénétration la plus profonde, et davantage de porteurs photo-générés se localisent loin de l'interface de séparation, ce qui n'est pas propice à la séparation des porteurs. Par conséquent, comme le montre la figure 4d, pour le dispositif PSC-I/Br ou PSC-I, l'IPCE dans la grande longueur d'onde est légèrement inférieur à celui dans la courte longueur d'onde. Cependant, pour le dispositif PSC-G-Br/I, la structure de bande à gradient d'énergie contribue davantage à l'amélioration de l'efficacité de séparation des porteurs loin de l'interface que près de l'interface. Par conséquent, une amélioration significative de l'IPCE apparaît dans la grande longueur d'onde (500-750 nm).

La figure 5a montre leurs spectres PL mesurés de l'avant (à partir du matériau pérovskite) et de l'arrière (à partir du verre). Dans le cas de MAPbI3 et MAPbIx Br3 - x matériaux, les positions des pics PL se situent respectivement à 780 et 752 nm, correspondant à la bande interdite de 1,58 et 1,64 eV, ce qui correspond bien aux résultats de la figure 3c. Pendant ce temps, les positions des pics des spectres PL mesurés des différents côtés sont les mêmes, démontrant l'homogénéité des matériaux. Fait intéressant, pour le MAPbIx Br3 - x , les deux spectres PL présentent des positions de pic différentes situées à 734 nm et 771 nm, respectivement, correspondant à une différence de bande interdite de 80 meV ; de plus, la pleine largeur à mi-hauteur (FWHM) des spectres PL est plus large que celle de MAPbI3 ou MAPbIx Br3 - x matériaux. Ces phénomènes devraient être liés à la distribution non homogène du Br dans les matériaux pérovskites. Quant au G-MAPbIx Br3 - x échantillon, il équivaut à un matériau à plusieurs composants et le spectre PL est composé de plusieurs spectres, ce qui entraîne l'élargissement de la FWHM. De plus, lorsque la lumière d'excitation est incidente sur différents côtés, chaque spectre contribue différemment au spectre PL total. Dans le cas du spectre PL mesuré de face, davantage de contributions proviennent du matériau de surface pérovskite avec la plus grande bande interdite, ce qui entraîne la position maximale du spectre PL à la longueur d'onde la plus courte. Et vice versa, la position de crête du spectre PL mesurée à l'arrière se situe à la longueur d'onde la plus longue. Pour analyser plus en détail la distribution des éléments Br, une cartographie EDS des éléments I et Br a été effectuée pour le MAPbIx Br3 - x et G-MAPbIx Br3 - x échantillons. Comme le montre la figure 5c–g, les éléments I et Br se répartissent presque uniformément sur l'ensemble de la couche de pérovskite pour le MAPbIx Br3 - x échantillon, alors qu'une distribution de gradient I et Br le long de la direction longitudinale peut être clairement observée pour le G-MAPbIx Br3 - x comme le montre la figure 5h–l, et de plus, plus le substrat FTO est proche, plus la teneur en Br est faible. Ces résultats sont conformes à l'attente initiale. De plus, on peut voir sur la figure 5a que l'intensité PL pour le G-MAPbIx Br3 - x matière est nettement inférieure à celle des deux autres échantillons. Comme nous le savons, l'intensité des émissions est significativement impactée par la durée de vie du support du matériau pérovskite. La figure 5b trace les spectres TRPL mesurés à 770  nm pour différents échantillons. Nous avons ajusté la durée de vie du porteur via une fonction de décroissance exponentielle à deux composants [40] :

$$ F(t)=A+{B}_1\exp \left(\frac{-t}{\tau_1}\right)+{B}_2\exp \left(\frac{-t}{\tau_2} \right), $$

un Spectres PL en régime permanent. b spectres TRPL. c Image en coupe d'un MAPbIx Br3 - x film. d , e Images de cartographie EDS des éléments I et Br dans la zone marquée en (c ), respectivement. f , g Intensité relative des éléments I et Br basée sur (d ) et (e ) images le long de la direction longitudinale. h Image en coupe d'un G-MAPbIx Br3 - x film. je , j Images de cartographie EDS des éléments I et Br dans la zone marquée en (h ), respectivement. k , l Intensité relative des éléments I et Br basée sur (i ) et (j ) images le long de la direction longitudinale

A est la constante de décalage de la ligne de base, B 1 et B 2 sont les amplitudes d'atténuation correspondantes de cette composante, et τ 1 et τ 2 sont le temps de décroissance. La durée de vie moyenne de recombinaison (τ ave ) peut être calculé par l'équation suivante :

$$ {\tau}_{ave}=\frac{\sum {B}_i{\tau}_i^2}{\sum {B}_i{\tau}_i}. $$

Les valeurs d'ajustement de τ ave pour MAPbI3 et MAPbIx Br3 - x et G-MAPbIx Br3 - x , sont de 18,4 ns, 18,1 ns et 13,1 ns, respectivement. On peut voir que le G-MAPbIx Br3 - x l'échantillon a la durée de vie du support la plus courte. Comme nous le savons, la qualité des matériaux peut également avoir un impact sur la durée de vie du support, et une mauvaise qualité entraînera une courte durée de vie du support [41,42,43]. Selon nos résultats XRD montrés sur la figure 3a, les pics caractéristiques à 14,1° sont nets et leurs FWHM sont presque les mêmes pour les trois échantillons, ce qui démontre qu'il y a peu de différence dans leurs qualités cristallines [15, 43]. De plus, aucun élargissement n'apparaît pour le spectre FWHM du PL dans MAPbIx Br3 - x par rapport à celui de MAPbI3 , comme le montre la figure 5a, démontrant que notre technologie de fabrication est adaptée à la préparation de matériaux pérovskites avec des éléments halogènes mélangés. De plus, dans notre expérience, le PSC-G-MAPbIx Br3 - x présente le PCE le plus élevé par rapport à deux autres types de cellules, ce qui va à l'encontre de la mauvaise qualité du G-MAPbIx Br3 - x Matériel. Par conséquent, il est raisonnable de croire que le temps de décroissance plus court dans le spectre TRPL est principalement attribué à la structure de bande de gradient et à l'efficacité de séparation des porteurs plus élevée dans le G-MAPbIx Br3 - x Matériel. En ce sens, la structure de bande de gradient conçue dans notre expérience est bénéfique pour la séparation des porteurs et les performances de l'appareil par rapport à la structure de bande homogène traditionnelle.

Afin d'élaborer davantage comment la structure de bande de gradient affecte les performances des PSC, des diagrammes schématiques du principe de fonctionnement des PSC avec ou sans structure de bande de gradient dans le matériau pérovskite ont été dessinés sur la Fig. 6. Quant à la structure traditionnelle PSC montrée dans Fig. 6a, les paires électron-trou sont d'abord générées dans des matériaux pérovskites sous irradiation lumineuse, puis elles sont séparées à l'interface entre SnO2 et le matériau pérovskite, conduisant à la sortie de courant. De ce point de vue, seules les paires électron-trou diffusant vers l'interface de séparation peuvent contribuer au courant de sortie. Par conséquent, l'amélioration de la qualité du cristal a été largement utilisée pour améliorer les performances des cellules en raison du nombre accru de paires électron-trou atteignant l'interface de séparation. Sur la base de rapports précédents [44], la bande conductrice pour un matériau de pérovskite légèrement dopé au Br (MAPbIx Br3 - x ) augmentera progressivement avec la teneur en Br tandis que la bande de cantonnière restera presque fixe. À la lumière de cela, la structure de bande pour le PSC avec un gradient de teneur en Br est dessinée sur la figure 6b. Par rapport à la structure de bande traditionnelle illustrée à la figure 6a, la structure de gradient prend en charge la séparation des porteurs à l'intérieur des matériaux pérovskites, ce qui réduit considérablement la recombinaison radiative ou non radiative des porteurs pendant le processus de diffusion, améliorant ainsi l'efficacité de séparation des porteurs et les performances de la cellule.

Diagrammes schématiques du principe de fonctionnement des différents PSC. un PSC sans structure de bande à gradient de type II. b PSC avec une structure de bande de gradient

Conclusions

Dans ce travail, des couches d'absorption de pérovskite avec une structure de bande à gradient ou non à gradient ont été conçues et fabriquées par une méthode en deux étapes et trois types de PSC, à savoir PSC-I, PSC-I/Br et PSC-GI/Br, ont été atteints. Les résultats révèlent que la structure de bande de gradient dans les couches d'absorption de pérovskite est bénéfique pour la réduction des pertes par recombinaison de porteurs. Une efficacité de séparation des porteurs améliorée et un IPCE ont été obtenus dans le PSC avec une structure de bande de gradient. En conséquence, le type de PSC présente un PCE moyen de 17,5%, ce qui est 1 à 2% supérieur à celui des PSC traditionnels. Ce travail ouvre la voie à la conception de PSC à haute efficacité.

Disponibilité des données et des matériaux

Nous avons déclaré que les matériaux décrits dans le manuscrit, y compris toutes les données brutes pertinentes, seront librement accessibles à tout scientifique souhaitant les utiliser à des fins non commerciales, sans violer la confidentialité des participants.


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