Влияние динамического сотрудничества

Том 12 научных докладов, Номер статьи: 19167 (2022) Цитировать эту статью

1137 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

В прошлом были успешно разработаны различные методы синтеза для изготовления поглотителей солнечных элементов на основе галогенида свинца, перовскита, метиламмония иодида свинца (MAPbI3, MAPI). В этой работе мы подробно рассмотрим совместное испарение с двумя источниками в вакууме как промышленно привлекательную технологию обработки. Мы представляем нестационарные схемы обработки и концентрируемся на деталях схем совместного испарения, в которых мы намеренно задерживаем начало/конец одного из двух испаряемых компонентов (MAI и PbI2). Ранее для солнечных элементов на основе регулярной структуры зазора было обнаружено, что предварительное испарение PbI\(_2\) очень полезно для роста поглотителя и производительности солнечных элементов. Здесь мы применяем аналогичные схемы нестационарной обработки с последовательностями до и после осаждения для выращивания поглотителей MAPI в архитектуре солнечных элементов с перевернутым штифтом. Параметры солнечного элемента, а также детали роста поглотителя сравниваются для набора различных схем испарения. Вопреки нашим предварительным предположениям, мы находим, что предварительное испарение PbI2 вредно в инвертированной конфигурации, указывая на то, что положительный эффект затравочных слоев обусловлен свойствами интерфейса, связанными с улучшением транспорта и извлечения носителей заряда через этот интерфейс, а не связан с к улучшенному росту поглотителя. Об этом также свидетельствует улучшение характеристик инвертированных солнечных батарей с предварительно испаренными слоями MAI и постосажденными слоями PbI2. Наконец, мы предлагаем две гипотетические электронные модели, которые могут вызвать наблюдаемые эффекты.

Полупроводники на основе галогенидов свинца и перовскита в последние годы преуспели в качестве универсальных полупроводников в различных оптоэлектронных приложениях1,2. Наиболее примечательно, что солнечные элементы лабораторного масштаба, как в однопереходной (η > 25 %), так и в тандемной конфигурации с кремнием (η > 29,5 %), показали быстрое увеличение рекордной эффективности, значительно превосходящей все ожидания3.

Помимо стабильности устройства, основными проблемами в связи с промышленным внедрением технологии являются масштабируемость и воспроизводимость реализованных производственных процессов. Хотя многие технологические достижения в области небольших солнечных элементов лабораторного масштаба были достигнуты с помощью мокрых химических методов (например, центрифугирование, печать), некоторые подходы на основе вакуума также были успешно реализованы.

Лю и др. сообщили об изготовлении эффективных плоских перовскитных солнечных элементов путем совместного испарения с двумя источниками с использованием метиламмония (МА) и PbCl\(_2\) в качестве прекурсоров, достигая эффективности выше 15%4. Несколько других групп пошли по этому пути (с PbI\(_2\) или PbCl\(_2\) в качестве предшественников галогенида свинца)5, а в 2019 году использование оптимизированных контактных слоев Bolink et al. привело к эффективности, превышающей 20%6. Совместное испарение обычно приводит к получению компактных, однородных пленок, быстро и легко масштабируется и обеспечивает улучшенный контроль обработки в воспроизводимых условиях. Два основных подхода, используемых в настоящее время, основаны либо на а) одновременном стационарном совместном испарении из различных источников, либо на б) последовательной обработке, при которой сначала осаждается только один компонент (обычно галогенид свинца, например PbI\(_2\)). Этот слой-предшественник затем преобразуется в перовскит, например, путем воздействия атмосферы MAI или путем осаждения MAI с последующим отжигом7,8.

Попытки частично объединить два подхода редки, т.е. перейти к нестационарному совместному испарению, когда применение двух прекурсоров не является полностью синхронизированным и стационарным. Это еще более удивительно, поскольку на самом деле это одно из основных преимуществ совместного испарения по сравнению с обработкой на основе раствора: количество и соотношение прекурсоров, поступающих на подложку, можно варьировать во время обработки. В качестве примера других фотоэлектрических технологий можно привести высокоэффективные солнечные элементы с совместным испарением на основе поглотителей халькопирита Cu(In,Ga)Se\(_2\) с использованием сложной схемы испарения с низким содержанием меди/богатой медью/бедной медью. для оптимальных свойств поглотителя и тщательно разработанного градиента запрещенной зоны внутри поглотителя9.