Die Kernlogik zur Verbesserung der PLQY (photogenischen Quantenproduktivität) von Perovskit-Solarzellen istUnterdrückung der nicht-strahlenden Zusammensetzung(Reduzieren Sie die Wahrscheinlichkeit, dass der Träger in einem defekten Zustand erfasst wird) und optimieren Sie gleichzeitig die Effizienz der Strahlungskomposition des Trägers. Basierend auf den Einflussfaktoren von PLQY (Mängel, Kristallität, Schnittstellenqualität, Umweltstabilität usw.), wurden in der aktuellen Forschung eine Reihe von effektiven Strategien entwickelt,

Es kann in folgende Kategorien unterteilt werden:

1. Passivierung von Mängeln: Reduzierung von nicht-strahlenden Komplexzentren

Mängel (Oberflächen- / Körperphase-Mängel, Kristallgrenzen-Mängel) sind die Hauptursache für nicht-strahlende Zusammensetzungen, daherPassivierung von MängelnEs ist die zentrale Strategie für die Verbesserung von PLQY.

1. Oberflächenpassivation: gezielte Reparatur von Oberflächenfehlern

Auf der Perovskitfilmoberfläche gibt es eine große Anzahl an nicht positionierten Ionen (z.B. Pb²).⁺(und Aufhängeschlüssel, ist ein hochaktives nicht-strahlendes Verbundzentrum. Die Oberflächenpassivation füllt Mängel aus und verringert die Oberflächendate durch die Einführung funktioneller Moleküle / Ionen.

·Passivierung organischer Moleküle：
Amino (-NH)₂Organische Moleküle wie Hydroxy (-OH) oder Schwefel (-SH)⁺、 丁胺（BA⁺), Thioharninstoff, Guantin usw.) kann durch die Bindung an die oberflächengesättigte Pb²⁺Kombiniert, neutralisiert defekte Ladung. Zum Beispiel: PEA⁺Modifizierte MAPbI₃Die Oberfläche erhöht PLQY von 10% auf über 60%.

·Anorganische Ionen Passivierung：
Anorganische Salze wie CsI, RbCl, KBr, Pb (SCN)₂in den Ionen (Cs)⁺und Rb⁺oder Anionen (I)⁻und Cl⁻und SCN⁻(2) kann Kristallgitter-Leerplatz (z. B. A-Bit-Leerplatz, X-Bit-Leerplatz) füllen, um die Fehlerbildung zu unterdrücken. Zum Beispiel kann CsI-Passivierung FA reduzieren₀.₈₅MA₀.₁₅PbI₃Bei Oberflächenfehlern erhöht sich PLQY um mehr als 30%.

·2D Perovskit Passivierungsschicht：
Wachstum von 2D-Perovskit (z.B. (PEA)) auf einer 3D-Perovskit-Oberfläche₂PbI₄und (BA)₂PbI₄Seine hydrophobe Oberfläche passiviert gleichzeitig Mängel und blockiert Wasser und Sauerstoff. Langkettige organische Ionen in 2D-Schichten decken Oberflächenfehler ab, und die Energieebenenausstimmung der 2D-/3D-Schnittstelle reduziert die nicht-strahlende Zusammensetzung des Trägers auf der Oberfläche, wodurch die PLQY erheblich erhöht wird (bis zu über 90% bei einigen Systemen).

2. Passivierung der Körperphase: Unterdrückung der Bildung von internen Mängeln

Körperphasendefekte (wie Leerplätze, Spaltatome, Verunreinigungsphasen) entstehen hauptsächlich durch dynamische Unstabilität oder chemisches Ungleichgewicht im Perovskit-Kristallisationsprozess, und die Körperphasenpassivation unterdrückt den Defekt durch Regulierung des Kristallisationsprozesses oder Einführung von Dopings.

·Precursor Doping Passivierung：
Einführung kleiner Mengen an „Defekterfasser“ in Perovskit-Vorläufer (z. B. Harnstoff, Thioharnstoff, Aminosäurederivate), deren polare Gruppen (z. B. C = O, C = S) mit Pb² zusammenhängen können⁺oder I⁻Positionierung, um die Erzeugung von Mängeln während des Kristallisationsprozesses zu unterdrücken. Zum Beispiel kann die Zugabe von 0,5% Thioharnistoff in den Vorläufern CsPbI₃Die Dichte der Phasendefekte wurde um eine Größenordnung reduziert und die PLQY von 20% auf 70% erhöht.

· Ionendoping Regulierung Gitter：
Einführung von heterogenen Ionen (z. B. A-Bit dopiertes Cs)⁺und Rb⁺Doping mit X-Bit Br⁻und Cl⁻(Stabilisiert das Perovskit-Gitter und reduziert die Mängel, die durch die Verzerrung des Gitters verursacht werden. Zum Beispiel: FA₀.₈₅Cs₀.₁₅PbI₃(FA: Armor, Cs: Cäsium) im Vergleich zu reinem FAPbI₃Stabiler Gitter, weniger Phasendefekte und eine Steigerung der PLQY um etwa 40%.

Kristallregulierung: Verringerung von Kristallmangeln

Die Kristallgrenze ist ein defektdichtes Gebiet (wie ungeordnete Ionen, Gitterfehler), hohe Kristallität und Perovskitfilme mit großen Kornen können die Kristallgrenzendichte reduzieren und somit die nicht-strahlende Zusammensetzung reduzieren.

1. Lösungsmitteltechnik zur Optimierung der Kristalldynamik

Durch die Regulierung der Lösungsmittelzusammensetzung oder der Flüchtigkeit der Vorläuferlösung fördert man das langsame Kornwachstum und bildet große, fehlerfreie Kristalle.

·Lösungsmittelmischungsstrategie：Zugabe von hohem Siedepunkt-Lösungsmitteln (wie GBL (γ-Butylester), CB (Chlorbenzen)) in DMF (N, N-Dimethylformamid) oder DMSO (Dimethylformamid), verlangsamt die Flüchtigkeit des Lösungsmittels und verlängert die Kristallisationszeit, so dass das Korn vollständig wächst. Zum Beispiel: MAPbI₃Das Hinzufügen von GBL in den Vorläufer erhöht die Korngröße von 1 μm auf mehr als 5 μm, reduziert die Kristalldichte und erhöht die PLQY um 25%.

·Antilösungsmittel-Hilfskrystallisation: Tropfen Sie Antilösungsmittel (wie Diethylether, Chlorbenzen) auf die Perovskit-Mineralmembran, um die Löslichkeit des Vorläufers schnell zu reduzieren, gleichmäßige Kernformation zu induzieren und kleine Korn und Kristallgrenzen zu reduzieren. Die Optimierung der Antilösungsmittel-Tropfzeit (z. B. bei halbtrocknender Folie) kann die Kristallqualität weiter verbessern und PLQY um 30 bis 50% erhöhen.

2. Optimierung des Brennprozesses

Die Hitztemperatur und die Zeit haben einen direkten Einfluss auf die Kristallinität: Das Hitzen bei niedrigen Temperaturen führt leicht zu unvollständigen Kristallinitäten (nicht-kristalline Phasen), und das Hitzen bei hohen Temperaturen kann die Flüchtigkeit der Komponenten auslösen (z. B. MA).⁺Auflösung).

·Schritt für Schritt abfeuernZuerst eine niedrige Temperatur (60 ~ 80 ° C) Vorbehandlung, so dass der Vorläufer langsam in den Kern wird; Zur hohen Temperatur (100 ~ 150 ° C) erhitzen, um das Kornwachstum und die Fehlerbehebung zu fördern. Zum Beispiel: FAPbI₃Durch das Schritt-für-Schritt-Hitzen von "80 ℃ / 5 Minuten + 150 ℃ / 10 Minuten" wurde die Kristallinität erheblich verbessert und die PLQY von 15% auf 55% erhöht.

3. Schnittstellentechnik: Unterdrückung der Schnittstelle nicht-strahlenden Zusammensetzung

Die Schnittstelle zwischen Perovskit und der Ladungsübertragungsschicht (HTL/ETL) ist eine „hohe Risikozeone“ des Trägerkomposits (Energiemangel, Schnittstellenfehler), die durch eine optimierte Schnittstelle vermindert werden kann.

1. Übertragungsschicht Schnittstellenmodifikation

Verbesserung der Energieebenenausstimmung und Passivierung von Schnittstellenfehlern durch Einführung von Pufferschichten auf der Oberfläche der Transportschicht.

·ETL-Modifikation (Elektronische Übertragungsschicht)In der TiO₂oder SnO₂Oberflächenbeschichtung Al₂O₃、 ZnO oder organische Moleküle (wie TPBi) reduzieren die Schnittstellenfehlerdichte und machen TiO₂Das Leitband passt besser zu dem Perovskit-Leitband und reduziert die Akkumulation von Elektronen an der Schnittstelle. Zum Beispiel: Al₂O₃Modifizierte TiO₂Die Perovskit-Schnittstelle erhöht die PLQY um etwa 20 %.

·HTL (Hole Transport Layer) ModifikationEinführung von CuI, NiO auf Spiro-OMeTAD- oder PTAA-OberflächenₓOder die selbstmontierte Einmolekularschicht (z. B. Phenylsulfoderivate) kann die Effizienz der Löcherextraktion verbessern und die Retention von Löchern an der Grenzfläche verringern. Beispielsweise kann die CuI-modifizierte Spiro-OMeTAD/Perovskit-Schnittstelle PLQY von 30% auf 50% erhöhen.

2. Perovskit / Transferschicht Energie Niveau Passung Optimierung

Wählen Sie ein Übertragungsmaterial, das dem Perovskit-Energiegrad besser entspricht und reduzieren Sie die Barrieren für die Trägeraustraktion. Zum Beispiel im Vergleich zu TiO₂(Leitband ca. - 4,0 eV), SnO₂Leitband (ca. - 4,4 eV) näher an MAPbI₃Leitband (ca. - 4,0 eV), effizientere Elektronenextraktion, weniger Schnittstellenkomposition, höhere PLQY (SnO)₂Basisgeräte PLQY in der Regel als TiO₂10 bis 20 Prozent).

Verbesserte Stabilität: Unterdrückung des PLQY-Abfalls durch Abbau

Der Abbau von Perovskit (Wasser, Sauerstoff, Lichtinduktion) führt zu neuen Mängeln (z. B. PbI).₂、 PbO-Verunreinigungsphase) führt zu einer kontinuierlichen Senkung des PLQY, so dass eine verbesserte Stabilität der Schlüssel zur Aufrechterhaltung eines hohen PLQY ist.

1. Stabilisierung der Komponenten

Verwenden eines gemischten Cation / Anion-Systems (z. B. MA)₀.₁FA₀.₆Cs₀.₃Pb (I)₀.₈Br₀.₂)₃Durch die Wechselwirkung zwischen den Ionen wird die Verzerrung des Gitters und die Flüchtigkeit der Komponenten unterdrückt und die Abfallbeständigkeit des Materials verbessert. Zum Beispiel erhöhte sich die PLQY-Retention von 30 % auf 70 % nach 100 Stunden Luftaufbewahrung im Vergleich zu reinem MA-basiertem Perovskit.

2. Verpackungs- und Blockierschichtdesign

Durch Verpackung (z. B. Glas/Metall) oder Einführung einer Wassersauerstoffbarrierschicht (z. B. Al)₂O₃、 PET/Al-Verbundmembran), die Wassersauerstoffeindring reduziert. Zum Beispiel: Al₂O₃Das verdampfte Gerät wird 30 Tage lang bei 85 % Feuchtigkeit gelagert und PLQY behält immer noch mehr als 80 % des ursprünglichen Wertes (nur 10 % bei nicht verpackten Geräten).

V. Optimierung der Stimulationsbedingungen: Vermeidung der nicht-strahlenden Verbundverstärkung

Bei Messungen oder Anwendungen kann eine angemessene Regulierung der Anregungsbedingungen verhindern, dass PLQY „künstlich reduziert“ wird:

·Stimulation IntensitätsregelungVermeiden Sie übermäßige Stimulierungsintensitäten (z.B. > 10¹)⁸Photonen / cm²・s）， Verhindern Sie, dass eine übermäßige Konzentration von Trägern die Auslösung von Oschie-Komponenten (eine Art von nicht-strahlenden Komponenten) auslöst;

·TemperaturregelungIn Szenarien, die eine hohe PLQY erfordern (z. B. bei luminescenten Anwendungen), kann die Temperatur angemessen gesenkt werden (z. B. 77 K), die Fehlererfassung durch thermische Aktivierung unterdrückt und der Anteil der Strahlungskomposite erhöht werden.

Zusammenfassung

Die Kernstrategie zur Verbesserung von PLQY kann als folgt zusammengefasst werden:"Die Passivierung von Mängeln ist in erster Linie, die Optimierung von Kristallisation und Schnittstelle wird ergänzt und die Stabilität verbessert, um die Langlebigkeit zu gewährleisten"Durch die direkte Reduzierung der nicht-strahlenden Komplexzentren durch Oberflächen- / Körperphase-Passivierung, in Kombination mit Kristallregulierung zur Reduzierung von Kristallgrenzendefekten, Schnittstellentechnik zur Optimierung der Trägereextraktion, ergänzt durch Stabilitätsdesign zur Unterdrückung des Abbaus, kann die PLQY von Perovskit erheblich verbessert werden (PLQY von derzeit ausgezeichneten Systemen ist nahe 100%). Diese Strategien verbessern nicht nur PLQYQuantenproduktivitätEs kann auch die PV-Leistung von Solarzellen (wie offene Schaltungsspannung, EQE) synchron verbessern, da niedrige nicht-strahlende Verbundverluste ein gemeinsames Merkmal von effizienten Geräten sind.