Defekty w fotowoltaice perowskitowej

Wiele strategii zostało już zastosowanych w celu poprawy perowskitowych ogniw słonecznych. Jednak wiele z nich nie pozwoliło na dogłębne zrozumienie jak elektrony i dziury oddziałują z defektami. W wielu tradycyjnych złączach półprzewodnikowych uważa się, że przyciąganie Coulomba pomiędzy defektami a nośnikami ładunku zwiększa przekrój wychwytu defektów, co prowadzi do wychwytywania większej ilości defektów. Wcześniej stwierdzono również, że nośniki ładunku w niektórych perowskitach mogą być chronione przed rozpraszaniem, jeśli zachowują się jak polarony (quasi-cząstki).

Wewnętrzne defekty fotowoltaiczne

Istniały już wcześniej pewne wysiłki, które były w stanie przesiewać wewnętrzne defekty i zarządzać efektami wewnętrznie. Jednak wiele z dotychczasowych wysiłków nie uwzględniało zewnętrznych efektów inżynieryjnych, które mogłyby być wykorzystane do manipulowania wewnętrznymi interakcjami defekt-nośnik, a tym samym do poprawy wydajności urządzenia.

Ogniwa słoneczne

W nowym badaniu przyjrzano się, w jaki sposób czynniki zewnętrzne mogą być wykorzystane do poprawy urządzeń perowskitowych, a także w jaki sposób defekty i interakcje pomiędzy nośnikami ładunku przyczyniają się do niższego PCE, umożliwiając stworzenie obrazu tego, jak podejścia ekranujące mogą wpływać na wydajność urządzenia. Zastosowane podejście to dielektryczny efekt ekranowania, który był możliwy dzięki kontroli ładunku przestrzennego w perowskitach. Badanie wykazało, że kontrolowanie reakcji dielektrycznej jest realną drogą do osiągnięcia efektu ekranowania w ogniwach słonecznych.

Ekranowanie dielektryczne

W badaniu zespół odkrył, że stała dielektryczna jest pomostem łączącym oddziaływanie Coulomba defektów i fononów z nośnikami ładunku. Zmiany w odpowiedzi dielektrycznej perowskitów prowadziły do dużej zmienności oddziaływań Coulomba, a zatem zapewniały efekt ekranowania dielektrycznego. Efekt ekranowania dielektrycznego zmniejszył prawdopodobieństwo uwięzienia nośników ładunku w defektach. Nawet w tych częściach materiału, w których defekty pozostały, stały się one "niewidoczne" dla nośników ładunku, tak jakby znajdowały się w pewnego rodzaju "trybie ukrytym".

Dlatego też stwierdzono, że halogenki potasu w wybranym perowskicie mogą zmniejszyć przekroje wychwytu nośników w defektach na granicach ziaren oraz tłumić sprzężenie elektronowo-fononowe w złączach. Oddziaływania te skutecznie ekranują nieradiacyjne drogi nośników. Perowskity ekranowane w ten sposób wykazywały również zmniejszoną rekombinację powierzchniową, tak więc wiele czynników przyczyniło się do ogólnej wydajności urządzenia i zwiększyło PCE urządzenia do 22,3% przy napięciu obwodu otwartego 1,25 V i niskim deficycie napięcia 0,37 V.

Badania fotowoltaiczne

Praca wykonana w ramach tego badania nie tylko pozwoliła na dogłębne zrozumienie procesów wychwytu nośników w perowskitach, ale również umożliwiła badaczom ilościowe określenie specyficznych strat napięcia od folii do całego urządzenia (poprzez pomiar efektów defektów pod różnymi kątami), zapewniając wgląd w główne ścieżki strat napięcia w perowskitowych ogniwach słonecznych. Poza uzyskaniem wglądu, praca dostarczyła obiecującej drogi do realizacji wysokowydajnych urządzeń perowskitowych poprzez regulację dielektryczną. Jeśli mamy zobaczyć szersze zastosowanie perowskitowych ogniw słonecznych (i wszystkich innych ogniw słonecznych), zrozumienie i złagodzenie skutków defektów w krytycznych obszarach urządzenia będzie bardzo ważne w przyszłości.