Влияние толщины пленки Spiro-OMeTADа на структурные и электрические свойства перовскитных солнечных ячеек.
Авторы
DOI:
https://doi.org/10.31489/2024No4/23-34Ключевые слова:
перовскитные солнечные элементы, слой транспортировки дырок, Spiro-OMeTAD, проводящий АСМ, вольт-амперные характеристики, измерения импедансаАннотация
В данной работе исследуется влияние толщины слоя транспортировки дырок (HTL) Spiro-OMeTAD на электрические транспортные свойства перовскитных солнечных элементов (PSC). Плёнки Spiro-OMeTAD были получены методом центрифугирования при скоростях вращения от 2000 до 7000 об/мин. Толщина и морфология плёнок Spiro-OMeTAD изучались методом атомно-силовой микроскопии (AFM). На основе данных изображений AFM было обнаружено, что с уменьшением толщины плёнки наблюдается увеличение среднего квадратичного отклонения поверхности (rms). С уменьшением толщины плёнки запрещенная зона (Eg) увеличивается с 2,97 эВ до 3,01 эВ. Было установлено, что при толщине слоя 260 нм эффективность солнечных элементов достигает максимального значения; дальнейшее увеличение толщины слоя снижает эффективность. Анализ импедансных спектров PSC показал, что оптимальная толщина слоя уменьшает сопротивление HTL и увеличивает сопротивление рекомбинации на интерфейсе перовскит/HTL, что повышает эффективное время жизни носителей заряда. Были исследованы изображения поверхности и распределения тока Spiro-OMeTAD на поверхности перовскитного слоя. Обнаружено неравномерное распределение тока на поверхности образцов; наблюдаемые области с высокой проводимостью интерпретируются как перовскитные квантовые точки, которые обладают лучшими фотоэлектрическими характеристиками.
Библиографические ссылки
Devadiga D., Nagaraja A.T., Devadiga Dh., Selvakumar M. (2024) Minireview and Perspectives of Liquid Crystals in Perovskite Solar Cells. Energy & Fuels, 38 (2), 854 - 868. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.3c04050.
Sha W.E.I., Ren X., Chen L., Choy W.C.H. (2015) The efficiency limit of CH3NH3PbI3 perovskite solar cells. Appl. Phys. Lett., 106, 221104. DOI: 10.1063/1.4922150.
Saliba M., Correa-Baena J.-P., Gratzel M., Hagfeldt A., Abate A. (2018) Perovskite Solar Cells: From the Atomic Level to Film Quality and Device Performance. Angew. Chem., Int. Ed., 57, 2554–2569. DOI:10.1002/anie.201703226.
Aristidou N., Eames C., Sanchez-Molina I., Bu X., Kosco J., Islam M. S., Haque S.A. (2017) Fast oxygen diffusion and iodide defects mediate oxygen-induced degradation of perovskite solar cells. Nat. Commun., 8, 15218. DOI: 10.1038/ncomms15218.
Wolff C.M., Caprioglio P., Stolterfoht M., Neher D. (2019) Nonradiative Recombination in Perovskite Solar Cells: The Role of Interfaces. Adv. Mater., 31, 1902762. DOI: 10.1002/adma.201902762.
Jeong J., Kim M., Seo J., Lu H., Ahlawat P., Mishra A., Yang Y., Hope M. A., Eickemeyer F.T., Kim M., Yoon Y. J., Choi I. W., Darwich B.P., Choi S. J., Jo Y., Lee J. H., Walker B., Zakeeruddin S.M., Emsley L., Rothlisberger U., Hagfeldt A., Kim D. S., Gra¨tzel M., Kim J.Y. (2021) Pseudo-halide anion engineering for a-FAPbI3 perovskite solar cells. Nature, 592, 381–385.DOI: 10.1038/s41586-021-03406-5.
Guan-Woo K., Hyuntae C., Minjun K., Lee J., Son S.Y., Park T. (2020) Hole transport materials in conventional structural (n-i-p) perovskite solar cells: from past to the future. Adv Energy Mater., DOI:10.1002/aenm.201903403.
Jeyakumar R., Bag A., Nekovei R., Radhakrishnan R. (2019) Interface studies by simulation on methylammonium lead iodide based planar perovskite solar cells for high efficiency. Sol. Energy, 104-111. DOI:10.1016/j.solener.2019.07.097.
Tumen-Ulzii G., Matsushima T., Adachi C. (2021) Mini-Review on Efficiency and Stability of Perovskite Solar Cells with Spiro-OMeTAD Hole Transport Layer: Recent Progress and Perspectives. Energy & Fuels, 35 (23), 18915-18927. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.1c02190.
Yoo J.J., Wieghold S., Sponseller M.C., Chua M. R., Bertram S.N., Hartono N.T.P., Tresback J.S., Hansen E.C., Correa-Baena J.-P., Bulovic´V., Buonassisi T., Shin S.S., Bawendi M.G. (2019) An interface stabilized perovskite solar cell with high stabilized efficiency and low voltage loss. Energy Environ. Sci., 12, 2192–2199. DOI:10.1039/C9EE00751B.
Jiang Q., Zhao Y., Zhang X., Yang X., Chen Y., Chu Z., Ye Q., Li X., Yin Z., You J. (2019) Surface passivation of perovskite film for efficient solar cells. Nat. Photonics, 13, 460–466. DOI: 10.1038/s41566-019-0398-2.
Stolterfoht M., Caprioglio P., Wolff C., Ma´rquez Prieto J., Nordmann J., Zhang S., Rothhardt D., Ho¨rmann U., Amir Y., Redinger A., Kegelmann L., Zu F., Albrecht S., Koch N., Kirchartz T., Saliba M., Unold T., Neher D. (2019) The impact of energy alignment and interfacial recombination on the internal and external open-circuit voltage of perovskite solar cells. Energy Environ. Sci., 12, 2778–2788. DOI: 10.1039/C9EE02020A.
Hawash Z., Ono L. K., Qi Y. (2018) Recent Advances in SpiroMeOTAD Hole Transport Material and Its Applications in Organic-Inorganic Halide Perovskite Solar Cells. Adv. Mater. Interfaces, 5, 1700623. DOI: 10.1002/admi.201700623.
Gelmetti, Montcada N., Pe´rez-Rodrı´guez A., Barrena E., Ocal C., Garcı´a-Benito I., Molina-Ontoria A., Martı´n N., Vidal-Ferran A., Palomares E. (2019) Energy Alignment and Recombination in Perovskite Solar Cells: Weighted Influence on the Open Circuit Voltage. Energy Environ. Sci., 12, 1309–1316. DOI: 10.1039/C9EE00528E.
Wolff C.M., Caprioglio P., Stolterfoht M., Neher D. (2019) Nonradiative Recombination in Perovskite Solar Cells: The Role of Interfaces. Adv. Mater., 31, 1902762. DOI: 10.1002/adma.201902762.
Wang J., Liu K., Ma L., Zhan X. (2016) Triarylamine: Versatile Platform for Organic, Dye-Sensitized, Perovskite Solar Cells. Chem. Rev., 116, 14675–14725. DOI: 10.1021/acs.chemrev.6b00432.
Le Corre V.M., Stolterfoht M., Perdigo´n Toro L., Feuerstein M., Wolff C., Gil-Escrig L., Bolink H. J., Neher D., Koster L. J. A. (2019) Charge Transport Layers Limiting the Efficiency of Perovskite Solar Cells: How To Optimize Conductivity, Doping, and Thickness. ACS Appl. Energy Mater., 2, 6280–6287. DOI:10.1021/acsaem.9b00856.
Grill I., Aygu¨ler M. F., Bein T., Docampo P., Hartmann N. F., Handloser M., Hartschuh A. (2017) Charge Transport Limitations in Perovskite Solar Cells: The Effect of Charge Extraction Layers. ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 37655–37661. DOI: 10.1021/acsami.7b09567.
Stolterfoht M., Wolff C. M., Amir Y., Paulke A., Perdigon L., Caprioglio P., Neher D. (2017) Approaching the Fill Factor Shockley Queisser Limit in Stable, Dopant-Free Triple Cation Perovskite Solar Cells. Energy Environ. Sci., 10, 1530. DOI: 10.1039/C7EE00899F.
Das A.K., Mandal R., Mandal D.K. (2022) Impact of HTM on Lead-free Perovskite Solar Cell with High Efficiency. Optical and Quantum Electronics, 07. DOI: 10.1007/s11082-022-03852-z.
Bag A., Radhakrishnan R., Nekovei R., Jeyakumar R. (2020) Effect of absorber layer, hole transport layer thicknesses, and its doping density on the performance of perovskite solar cells by device simulation. Solar Energy, 196, 177-182. DOI: 10.1016/j.solener.2019.12.014.
Da Y., Xuan Y., Li Q. (2018) Quantifying energy losses in planar perovskite solar cells. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 174, 206–213. DOI: 10.1016/j.solmat.2017.09.002.
Aimukhanov А.К., Rozhkova X.S., Ilyassov B.R., Omarbekova G.I., Seisembekova T.E. (2022) Effect of alcohol solvents on the structural, optical and electrical characteristics of PEDOT:PSS polymer films annealed at low atmospheric pressure. Eurasian physical technical journal, 19, 2 (40), 35-41. DOI: 10.31489/2022No2/35-41.
Hedley G., Ward A., Alekseev A., Calvyn T., Howells E.R., Serrano L., Cooke G., Ruseckas A., Samuel I.D. (2013) Determining the optimum morphology in high-performance polymer-fullerene organic photovoltaic cells. Nature Communications, 4, 2867. DOI: 10.1038/ncomms3867.
Han R., Zhao Q., Hazarika A., Li J., Cai H., Ni J., Zhang J. (2022) Ionic Liquids Modulating CsPbI3 Colloidal Quantum Dots Enable Improved Mobility for High-Performance Solar Cells. ACS Appl. Nano Mater., 5, 10, 14092–14132. DOI: 10.1021/acsami.1c20274.
