Ingénierie du découplage des pérovskites formamidinium-césium pour un photovoltaïque performant

Les pérovskites aux halogénures métalliques (ABX3) sont apparues comme des candidats prometteurs pour diverses applications optoélectroniques en raison de leurs excellentes propriétés optoélectroniques et de leur fabrication à faible coût. À l’heure actuelle, la couche absorbant la lumière des cellules solaires à pérovskite à jonction unique (PSC) les plus efficaces est presque entièrement basée sur la pérovskite FAPbI3, atteignant une efficacité de conversion de puissance (PCE) comparable aux cellules commerciales en silicium cristallin.

Cependant, la phase noire photoactive FAPbI3 se transforme facilement en une phase jaune photo-inactive dans des conditions humides. L’ingénierie de la composition telle que l’alliage du site A/X a été développée pour stabiliser la phase noire FAPbI3.

Notamment, l’alliage de FA + avec Cs + pour former de la pérovskite FA-Cs à iodure pur (FA1-xCsxPbI3) est une approche idéale pour obtenir des PSC avec une efficacité et une stabilité élevées. Cependant, en raison de la cinétique de cristallisation complexe entre FAPbI3 et CsPbI3, la pérovskite FA1-xCsxPbI3 préparée par cristallisation typique en une étape (1S) présente une faible homogénéité de composition et une densité de piège élevée, ce qui limite les performances de l’appareil et la stabilité à long terme.

Pour relever ce défi, le professeur Yixin Zhao de l’Université Jiao Tong de Shanghai et ses collègues ont récemment développé une stratégie d’incorporation séquentielle de césium (SCI) pour découpler la cristallisation de FA-Cs triiodure perovskite avec des PSC hautement efficaces et stables.

Dans ce travail, le formiate de césium (HCOOC) en tant que source de césium est introduit séquentiellement dans un film précurseur FA de haute qualité. En coopérant avec le professeur Feng Gao de l’Université de Linköping, un nouveau mécanisme de stabilisation du dopage Cs pour stabiliser FAPbI3 est également révélé. Cet article de recherche est publié dans Examen scientifique national.

Dans leur travail, FA1- de haute qualitéXCsXPbI3 (X=0,05-0,16) les pérovskites sont obtenues par la méthode SCI. Le rapport entre FA et Cs dans ces SCI-FA1-XCsXLes pérovskites PbI3 peuvent être facilement réglées en ajustant le contenu de la source de césium.

Par rapport au 1S-FA1-préparé en une étape conventionnelXCsXPbI3 pérovskites, SCI-FA1-XCsXLes pérovskites PbI3 ont démontré une distribution de Cs beaucoup plus uniforme. « La distribution uniforme de la composition du Cs est la clé de l’amélioration des performances de l’appareil », a déclaré Zhao, tandis que les PSC basés sur les films SCI-FA0.91Cs0.09PbI3 ont atteint un PCE de 24,7 % (certifié 23,8 %), ce qui est le plus élevé. valeur parmi les FA-Cs triiodure PSC signalés jusqu’à présent.

De plus, la collaboration avec le groupe de Gao a révélé un nouveau mécanisme de stabilisation de ce dopage au Cs. L’incorporation de Cs dans FAPbI3 réduit considérablement la force de couplage électron-phonon et la fluctuation du réseau, supprimant ainsi la migration ionique et la formation d’amas riches en iodure. En conséquence, la stabilité des dispositifs basés sur les FA-C a été grandement améliorée.

Dans l’ensemble, ce travail ouvre de nouvelles possibilités pour développer stratégiquement des pérovskites à cations mixtes de haute qualité avec un bon contrôle de la cinétique de cristallisation, présentant une étape importante vers la construction rationnelle d’applications optoélectroniques à base de pérovskite hautement efficaces et stables, y compris, mais sans s’y limiter, l’énergie solaire. cellules, diodes électroluminescentes et lasers.