Lapisan Penyerapan Cahaya Rekayasa Gradien untuk Efisiensi Pemisahan Pembawa yang Ditingkatkan dalam Sel Surya Perovskit
Abstrak
Perilaku transportasi pembawa di lapisan penyerapan cahaya perovskit secara signifikan memengaruhi kinerja sel surya perovskit (PSC). Dalam karya ini, pengurangan kerugian rekombinasi pembawa dicapai dengan desain struktur pita dalam bahan perovskit. Ultra tipis (PbI2 /PbBr2 )n film dengan rasio ketebalan gradien diendapkan sebagai lapisan prekursor halida timbal dengan metode penguapan termal, dan PSC dengan struktur pita gradien di lapisan penyerapan perovskit dibuat dengan metode dua langkah di atmosfer sekitar. Sebagai perbandingan, PSC dengan bahan perovskit homogen MAPbI3 dan MAPbIx Br3 x juga dibuat. Ditemukan bahwa struktur pita tipe-II gradien sangat mengurangi masa pakai pembawa dan meningkatkan efisiensi pemisahan pembawa. Akibatnya, PSC dengan struktur pita gradien menunjukkan efisiensi konversi daya rata-rata 17,5%, yang 1-2% lebih tinggi daripada PSC tradisional. Karya ini memberikan metode baru untuk mengembangkan PSC dengan efisiensi tinggi.
Pengantar
Dalam 10 tahun terakhir, sel surya perovskite (PSC) telah menjadi fokus perhatian di bidang energi karena efisiensi tinggi dan biaya rendah [1,2,3,4,5,6]. Banyak upaya telah difokuskan pada peningkatan kinerja sel atau efisiensi konversi daya (PCE) [7,8,9,10,11,12,13]. Seperti yang kita ketahui, kinerja sel pada dasarnya bergantung pada efisiensi konversi foton-ke-elektron insiden (IPCE) dan efisiensi penyerapan cahaya, sedangkan efisiensi pemisahan pembawa yang efisien adalah kunci untuk meningkatkan IPCE. Oleh karena itu, menjadi penting untuk mengontrol pengangkutan pembawa yang dihasilkan foton dalam bahan perovskit. Dalam PSC struktur planar tradisional, pembawa (atau pasangan lubang elektron) dipisahkan pada antarmuka antara lapisan transfer elektron (ETL) dan bahan perovskit, dan hanya pembawa yang menyebar ke antarmuka pemisahan yang dapat berpengaruh pada kinerja sel. Oleh karena itu, banyak pekerjaan telah dicurahkan untuk mengurangi rekombinasi pembawa selama difusinya. Metode yang berbeda, seperti pelarut anil [14,15,16,17], rekayasa aditif [18,19,20], pasif permukaan [21,22,23,24], dll telah digunakan untuk meningkatkan kualitas kristal perovskit. Sebenarnya, kontrol band alignment merupakan metode alternatif untuk mengurangi kerugian rekombinasi [25,26,27]. Misalnya, Jing Zhang dkk. memperkenalkan ion bergerak ekstrinsik Li
+
/Saya
−
di MAPbI3 , dan agregasi Li
+
/Saya
−
menyetel tingkat energi perovskit, yang membuat ekstraksi muatan cukup efisien dari bahan perovskit ke ETL dan lapisan transport lubang (HTL) di PSC [28]. Menariknya, struktur pita bahan perovskit organometal halida dapat dengan mudah disesuaikan dengan mengubah komponen atau kandungan elemen halogen dalam bahan perovskit [29,30,31,32]. Misalnya, Zhang et al. membuat MAPbI3 /MAPbIx Br3 x heterostruktur dengan struktur pita tipe-II dan mencapai PSC bebas HTL [33]. Intinya, ini adalah pendekatan yang ideal untuk secara langsung mengurangi kerugian rekombinasi melalui desain struktur pita gradien di lapisan penyerapan cahaya perovskit [34, 35], yang mendukung pemisahan pembawa secepat mungkin. Namun, sejauh pengetahuan kami, sejauh ini belum dilaporkan tentang pembuatan bahan perovskit dengan struktur pita gradien.
Dalam karya ini, PbI ultra tipis2 dan PbBr2 film secara bergantian diendapkan ke substrat sebagai lapisan prekursor timbal halida dengan metode penguapan termal, dan PSC dengan lapisan penyerapan perovskit yang direkayasa secara gradien dibuat dengan secara bertahap menyetel rasio ketebalan PbI2 ke PbBr2 film. Sebagai perbandingan, PSC dengan bahan perovskit homogen MAPbI3 dan MAPbIx Br3 x juga dibuat. Pemindaian mikroskop elektron (SEM), spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDS), difraksi sinar-X (XRD), spektrum serapan, spektrum photoluminescence (PL), dan spektrum time-resolved photoluminescence (TRPL) dilakukan untuk menyelidiki morfologi, distribusi elemen, struktur kristal, komposisi kimia, sifat optik, dan masa pakai pembawa bahan perovskit. Ditemukan bahwa struktur pita gradien di lapisan penyerapan cahaya perovskit secara signifikan mengurangi masa pakai pembawa dan meningkatkan efisiensi pemisahan pembawa. Hasilnya, PSC dengan struktur pita gradien menunjukkan efisiensi konversi daya rata-rata sebesar 17,5%, yang 1-2% lebih tinggi daripada PSC tradisional.
Bagian Eksperimental
Fabrikasi Perangkat
Substrat kaca oksida timah (FTO) yang didoping fluor (15 Ω/sq) digores dengan laser dan dibersihkan dengan ultrasonikasi berurutan dalam aseton, etanol, dan air deionisasi masing-masing selama 15 menit. SnO yang ringkas2 (c-SnO2 ) diendapkan pada substrat FTO yang telah dibersihkan dengan spin-coating 0,1 M larutan etanol timah oksida (Xi'an Polymer) pada 3000 rpm selama 30 s, dan kemudian dianil pada 200 °C selama 120 min. Setelah substrat didinginkan secara alami hingga suhu kamar, substrat direndam dalam larutan timah tetraklorida selama 20 menit pada suhu 75 ° C, dan kemudian dibilas dengan air deionisasi dan dikeringkan dengan aliran nitrogen. Tiga jenis lapisan perovskit, yaitu MAPbI3 , MAPbIx Sdr3 – x , dan G-MAPbIx Br − x , disiapkan dengan metode dua langkah. Untuk membuat MAPbI yang homogen3 atau MAPbIx Br3 x film perovskit, PbI2 (99,99%, Xi'an Polymer) dengan ketebalan 180 nm pertama kali diuapkan pada substrat yang disiapkan dengan kecepatan 0,5 nm/s. Untuk mengubah halida timbal menjadi MAPbI3 bahan, film prekursor dengan larutan CH3 NH3 I (MAI) dalam isopropanol (40 mg/mL) dilakukan spin-coated pada substrat, sedangkan untuk mengubah timbal halida menjadi MAPbIx Br3 x , MAI dan MABr (CH3 NH3 Br) campuran larutan isopropanol (perbandingan mol:4:1) digunakan sebagai prekursor dan spin-coated pada FTO/c-SnO2 yang telah disiapkan. /PbI2 substrat. Adapun pembuatan gradien MAPbIx Br3 x film perovskit, PbI2 dan PbBr2 diuapkan secara bergantian ke FTO/c-SnO2 substrat sebagai lapisan prekursor timbal halida, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1, dengan secara akurat mengontrol waktu penguapan PbI2 dan PbBr2 , dan lapisan halida timbal heterogen 180 nm dengan rasio ketebalan gradien, terdiri dari (11,6 nm PbI2 /0.4 nm PbBr2 )/(11,2 nm PbI2 /0.8 nm PbBr2 )/....../(6 nm PbI2 /6 nm PbBr2 ), diperoleh. Dan kemudian film prekursor dengan larutan MAI dalam isopropanol (40 mg/mL) dispin-coated pada FTO/c-SnO2 yang telah disiapkan. /(PbI2 /PbBr2 )15 substrat. Semua kecepatan spin-coating di atas diatur ke 5500 rpm, dan semua sampel dianil pada 110 °C selama 60 min. Material hole transport (HTM) diendapkan dengan spin-coating pada 4000 rpm selama 30 s, yang terdiri dari 72 mg spiro-OMeTAD, 28,8 μL 4tert-butylpyridine, dan 17,5 μL 520 mg/mL lithium bis-( triflouromethanesulfonyl) imida dalam asetonitril dalam 1 mL klorobenzena. Semua proses di atas dioperasikan di atmosfer udara dengan kelembaban relatif 35%. Akhirnya, elektroda emas setebal 80 nm diendapkan di bagian atas perangkat dengan metode penguapan termal. Area aktif sel diukur menjadi 0,07 cm
2
.
Skema proses fabrikasi MAPbI gradienx Br3 x film perovskit
Karakterisasi
Morfologi sampel dan gambar pemetaan EDS diperiksa oleh SEM emisi bidang resolusi tinggi (FE-SEM, Zeiss Sigma). Struktur kristal dianalisis dengan XRD (Ultima IV, Rigaku, Cu Kα:λ =0,15406 nm). Spektrum serapan film perovskit dicirikan oleh spektrofotometer UV/Vis (PerkinElmer, Lambda 850). Kurva kerapatan-tegangan arus (J-V) diukur dengan meteran sumber digital (B2901A, Keysight) di bawah simulator surya AM 1.5 (SS150, Zolix). IPCE diukur dalam mode AC pada sistem pengujian (QE-R, Spectral Response Measurement System) (Enli Technology Co. Ltd.) dengan lampu tungsten-halogen sebagai sumber cahaya. Spektrum PL dan TRPL diukur dengan spektrometer fluoresensi inframerah-dekat transien tunak (FLS 980) pada panjang gelombang laser 377 nm sebagai sumber eksitasi.
Hasil dan Diskusi
Morfologi permukaan dan penampang film perovskit dikarakterisasi dengan SEM. Gambar 2 a–c menunjukkan gambar permukaan sampel perovskit MAPbI3 , MAPbIx Sdr3 – x , dan MAPbI gradienx Br3 x (diberi label sebagai G-MAPbIx Br3 x ), masing-masing. Sisipan adalah gambar penampangnya. Semua sampel menunjukkan permukaan yang seragam dan kompak, menunjukkan kualitas kristal yang baik dari bahan perovskit. Khususnya, sampel menunjukkan ukuran butir yang berbeda. MAPbIx Br3 x sampel memiliki ukuran butir rata-rata dalam orde mikrometer, sedangkan untuk MAPbI3 dan G-MAPbIx Br3 x sampel, ukuran butir masing-masing ~ 350 nm dan ~ 450 nm. Perbedaan ukuran harus terkait dengan proses pertumbuhan material. Adapun MAPbIx Br3 x sampel, larutan isopropanol campuran MAI dan MABr digunakan sebagai prekursor, sedangkan untuk dua sampel lainnya, hanya larutan isopropanol MAI yang diadopsi. Atom Br dalam larutan prekursor cenderung secara perlahan menggantikan atom I selama proses pertumbuhan karena jari-jari atomnya yang berbeda, yang kondusif untuk mengurangi laju pertumbuhan dan meningkatkan ukuran butir. Perilaku ini juga diamati dalam laporan lain [36, 37]. Selain itu, seperti yang ditunjukkan pada sisipan Gambar 2, ketebalan untuk ketiga sampel dikontrol hingga ~ 350 nm, yang serupa dengan nilai yang dioptimalkan dalam laporan sebelumnya [38].
Morfologi permukaan dan penampang film perovskit:a MAPbI3 , b MAPbIx Br3 x , dan c G-MAPbIx Br3 x . Sisipan adalah gambar penampangnya
Untuk menjelaskan struktur kristal dan komposisi sampel yang berbeda, pengukuran XRD dilakukan dengan hasil pada Gambar. 3a. Puncak difraksi pada sekitar 14,1°, 28,4°, 31,8°, dan 40,9° diindeks pada bidang (110), (220), (312), dan (330) bidang MAPbI3 materi, masing-masing. Tidak ada puncak karakteristik yang sesuai dengan PbI heksagonal2 atau PbBr2 , mengungkapkan konversi lengkap. Sehubungan dengan MAPbI3 sampel, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3b, puncak difraksi MAPbIx Br3 x dan G-MAPbIx Br3 x sampel sedikit bergeser ke yang lebih besar 2θ derajat dan hampir muncul di posisi yang sama, menunjukkan kandungan doping analog atom Br [32]. Gambar 3 c menunjukkan spektrum serapannya. Untuk MAPbI3 sampel, tepi penyerapan yang jelas pada ~ 785 nm diamati, sesuai dengan celah pita 1,58 eV. Untuk dua sampel lainnya, kedua tepi serapan bergerak ke ~ 755 nm, sesuai dengan celah pita 1,64 eV. Secara empiris, celah pita Eg dapat diperkirakan dengan persamaan kuadrat berikut:
a Pola XRD film perovskit, b pembesaran sebagian, dan c spektrum serapan
maka kandungan Br dapat diperkirakan ~ 16% [32]. Perlu dicatat bahwa meskipun MAPbIx Br3 x dan G-MAPbIx Br3 x sampel memiliki tepi serapan yang hampir sama, kemiringan kurvanya menunjukkan perbedaan tertentu. Tepi penyerapan untuk G-MAPbIx Br3 x sampel relatif lembut, yang mungkin karena itu adalah bahan perovskit non-homogen yang memiliki celah pita yang tidak identik.
PSC dibuat dengan menggunakan ketiga sampel di atas dan diberi label masing-masing sebagai PSC-I, PSC-I/Br, dan PSC-G-I/Br. Gambar 4 a menampilkan kurva karakteristik J-V. Parameter kinerja terperinci dirangkum dalam tabel yang disisipkan. Terlihat bahwa PSC-GI/Br menunjukkan kinerja terbaik dengan PCE 18,2%, sesuai dengan tegangan rangkaian terbuka (Voc) 1,07 V, rapat arus hubung singkat (Jsc) 22,5 mA/cm
2
, dan faktor pengisian (FF) sebesar 75,6%. Dapat dimengerti, Voc dari kedua sel yang mengandung Br adalah 0,06 V lebih tinggi daripada sel tanpa komponen Br, karena doping Br memperluas celah pita bahan perovskit dan meningkatkan Voc [1]. Selain itu, dibandingkan dengan dua sel lainnya, sel PSC-I/Br memiliki Jsc yang berkurang secara signifikan (21,7 mA/cm
2
). Ini mungkin karena penyerapan cahaya yang lebih sedikit dalam bahan perovskit karena celah pita yang lebih besar. Untuk mengkonfirmasi keefektifan percobaan, kami membuat 80 perangkat untuk setiap jenis sel. Gambar 4 b menunjukkan histogram PCE. Jelas, perangkat PSC-G-I/Br memiliki rata-rata PCE tertinggi sebesar 17,5%, sedangkan perangkat PSC-I dan PSC-I/Br menunjukkan PCE rata-rata yang lebih rendah, masing-masing sesuai dengan ~ 15,8% dan ~ 16,7%. Gambar 4 c menunjukkan hasil stabilitas. Setelah tiga minggu, kinerja sel hampir berkurang 60%. Di sini, harus disebutkan bahwa eksperimen kami sepenuhnya dioperasikan di atmosfer udara (kelembaban relatif 35%), dan PSC dengan efisiensi dan stabilitas yang lebih tinggi diharapkan dapat dicapai jika dibuat di lingkungan dengan kelembapan rendah.
a Kurva J-V dari PSC, sisipan adalah hasil parameternya. b Histogram PCE perangkat PSC. c Evolusi PCE perangkat yang tidak dienkapsulasi di bawah penyimpanan gelap dalam kotak kering (25 °C, RH 30%). d Kurva IPCE dari PSC
Untuk mengungkap mekanisme peningkatan kinerja pada perangkat PSC-G-I/Br, dilakukan pengukuran IPCE, PL, EDS, dan TRPL untuk sampel yang berbeda. Gambar 4 d menunjukkan kurva IPCE mereka dengan rentang panjang gelombang dari 300 hingga 800 nm. Ada sedikit perbedaan dalam panjang gelombang cutoff dan intensitas IPCE. Adapun perangkat PSC-I, ini menunjukkan wilayah efektif terbesar dari 300 hingga 780 nm, berkontribusi pada Jsc maksimal. Sebaliknya, perangkat yang mengandung Br (yaitu, PSC-I/Br dan PSC-G-I/Br) menunjukkan panjang gelombang cutoff yang lebih pendek karena celah pita yang lebih besar. Khususnya, dibandingkan dengan perangkat PSC-I/Br, perangkat PSC-G-I/Br memiliki IPCE yang lebih tinggi dalam kisaran 500 hingga 750 nm, menghasilkan Jsc yang lebih besar. Fenomena ini mungkin terkait dengan distribusi penyerapan cahaya dalam bahan perovskit. Diketahui bahwa koefisien kepunahan material perovskit menurun dengan bertambahnya panjang gelombang cahaya pada rentang tampak [39]. Oleh karena itu, ketika sinar matahari mengenai sel perovskit, cahaya dengan panjang gelombang pendek cenderung diserap di daerah yang dekat dengan antarmuka pemisahan karena kedalaman penetrasinya yang kecil, dan pembawa yang dihasilkan foto memiliki efisiensi pemisahan yang lebih tinggi, sedangkan -panjang gelombang cahaya memiliki kedalaman penetrasi yang lebih dalam, dan lebih banyak pembawa foto yang dihasilkan terletak jauh dari antarmuka pemisahan, yang tidak kondusif untuk pemisahan pembawa. Oleh karena itu, seperti ditunjukkan pada Gambar 4d, untuk perangkat PSC-I/Br atau PSC-I, IPCE pada panjang gelombang panjang sedikit lebih rendah daripada pada panjang gelombang pendek. Namun, untuk perangkat PSC-G-Br/I, struktur pita energi gradien lebih berkontribusi pada peningkatan efisiensi pemisahan pembawa yang jauh dari antarmuka daripada di dekat antarmuka. Oleh karena itu, peningkatan IPCE yang signifikan terlihat pada panjang gelombang yang panjang (500–750 nm).
Gambar 5 a menunjukkan spektrum PL mereka diukur dari depan (dari bahan perovskit) dan belakang (dari kaca). Dalam kasus MAPbI3 dan MAPbIx Br3 x bahan, posisi puncak PL terletak di 780 dan 752 nm, masing-masing, sesuai dengan celah pita 1,58 dan 1,64 eV, yang sesuai dengan hasil pada Gambar. 3c. Sedangkan posisi puncak spektra PL yang diukur dari sisi yang berbeda adalah sama, menunjukkan bahan yang homogen. Menariknya, untuk MAPbIx Br3 x , dua spektrum PL menunjukkan posisi puncak yang berbeda masing-masing terletak pada 734 nm dan 771 nm, sesuai dengan perbedaan celah pita 80 meV; Selain itu, lebar penuh pada setengah maksimum (FWHM) spektrum PL lebih luas dari pada MAPbI3 atau MAPbIx Br3 x bahan. Fenomena ini harus dikaitkan dengan distribusi Br yang tidak homogen dalam bahan perovskit. Adapun G-MAPbIx Br3 x sampel, itu setara dengan bahan multi-komponen, dan spektrum PL terdiri dari beberapa spektrum, menghasilkan perluasan FWHM. Selain itu, ketika cahaya eksitasi datang pada sisi yang berbeda, setiap spektrum tunggal memberikan kontribusi yang berbeda terhadap spektrum PL total. Dalam kasus spektrum PL yang diukur dari depan, lebih banyak kontribusi berasal dari bahan perovskit permukaan dengan celah pita yang lebih besar, menghasilkan posisi puncak spektrum PL yang terletak pada panjang gelombang yang lebih pendek. Dan sebaliknya, posisi puncak spektrum PL yang diukur dari belakang terletak pada panjang gelombang yang lebih panjang. Untuk menganalisis lebih lanjut distribusi elemen Br, dilakukan pemetaan EDS elemen I dan Br untuk MAPbIx Br3 x dan G-MAPbIx Br3 x sampel. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5c–g, elemen I dan Br hampir terdistribusi secara merata di seluruh lapisan perovskit untuk MAPbIx Br3 x sampel, sedangkan distribusi gradien I dan Br sepanjang arah longitudinal dapat diamati dengan jelas untuk G-MAPbIx Br3 x seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5h-l, dan terlebih lagi, semakin dekat dengan substrat FTO, semakin kecil kandungan Br. Hasil ini sesuai dengan harapan awal. Selain itu, dapat dilihat dari Gambar 5a bahwa intensitas PL untuk G-MAPbIx Br3 x bahan secara nyata lebih rendah daripada dua sampel lainnya. Seperti yang kita ketahui, intensitas emisi dipengaruhi secara signifikan oleh masa pakai pembawa material perovskit. Gambar 5 b memplot spektrum TRPL yang diukur pada 770 nm untuk sampel yang berbeda. Kami memasang masa pakai pembawa melalui fungsi peluruhan eksponensial dua komponen [40]:
a Spektrum PL kondisi-mapan. b spektrum TRPL. c Gambar penampang MAPbIx Br3 x film. d , e Gambar pemetaan EDS elemen I dan Br pada area yang ditandai dengan (c ), masing-masing. f , g Intensitas relatif elemen I dan Br berdasarkan (d ) dan (e ) gambar sepanjang arah memanjang. h Gambar penampang G-MAPbIx Br3 x film. saya , j Gambar pemetaan EDS elemen I dan Br pada area yang ditandai dengan (h ), masing-masing. k , l Intensitas relatif elemen I dan Br berdasarkan (i ) dan (j ) gambar sepanjang arah membujur
dimana A adalah konstanta offset dasar, B1 dan B2 adalah amplitudo redaman yang sesuai dari komponen ini, dan τ1 dan τ2 adalah waktu peluruhan. Rata-rata masa rekombinasi (τave ) dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Nilai pas dari τjalan untuk MAPbI3 dan MAPbIx Br3 x dan G-MAPbIx Br3 x , berturut-turut adalah 18.4 ns, 18.1 ns, dan 13.1 ns. Dapat dilihat bahwa G-MAPbIx Br3 x sampel memiliki masa pakai pembawa terpendek. Seperti yang kita ketahui, kualitas material juga dapat mempengaruhi masa pakai carrier, dan kualitas yang buruk akan mengakibatkan masa pakai carrier yang pendek [41,42,43]. Menurut hasil XRD kami yang ditunjukkan pada Gambar. 3a, puncak karakteristik pada 14,1° tajam dan FWHMnya hampir sama untuk ketiga sampel, yang menunjukkan bahwa ada sedikit perbedaan dalam kualitas kristalnya [15, 43]. Selain itu, tidak ada pelebaran yang muncul untuk FWHM spektrum PL di MAPbIx Br3 x dibandingkan dengan yang ada di MAPbI3 , seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5a, menunjukkan bahwa teknologi fabrikasi kami cocok untuk preparasi bahan perovskit dengan elemen halogen campuran. Selanjutnya, dalam percobaan kami, PSC-G-MAPbIx Br3 x menunjukkan PCE yang lebih tinggi dibandingkan dengan dua jenis sel lainnya, yang bertentangan dengan kualitas G-MAPbI yang burukx Br3 x bahan. Oleh karena itu, masuk akal untuk percaya bahwa waktu peluruhan yang lebih pendek dalam spektrum TRPL terutama disebabkan oleh struktur pita gradien dan efisiensi pemisahan pembawa yang lebih tinggi di G-MAPbIx Br3 x bahan. Dalam hal ini, struktur pita gradien yang dirancang dalam eksperimen kami bermanfaat untuk pemisahan pembawa dan kinerja perangkat dibandingkan dengan struktur pita homogen tradisional.
Untuk lebih mengelaborasi bagaimana struktur pita gradien mempengaruhi kinerja PSC, diagram skematik prinsip kerja PSC dengan atau tanpa struktur pita gradien pada material perovskit digambar pada Gambar 6. Adapun struktur tradisional PSC ditunjukkan pada Gambar 6a, pasangan elektron-lubang pertama-tama dihasilkan dalam bahan perovskit di bawah iradiasi cahaya, dan kemudian dipisahkan pada antarmuka antara SnO2 dan bahan perovskit, yang mengarah ke keluaran saat ini. Dari sudut pandang ini, hanya pasangan elektron-lubang yang menyebar ke antarmuka pemisahan yang dapat berkontribusi pada arus keluaran. Oleh karena itu, peningkatan kualitas kristal telah digunakan secara luas untuk meningkatkan kinerja sel karena peningkatan jumlah pasangan elektron-lubang yang mencapai antarmuka pemisahan. Berdasarkan laporan sebelumnya [44], pita konduktif untuk material perovskit yang didoping Br ringan (MAPbIx Br3 x ) secara bertahap akan meningkat dengan konten Br sementara pita kelambu hampir tetap. Berdasarkan hal ini, struktur pita untuk PSC dengan konten gradien Br digambar pada Gambar 6b. Dibandingkan dengan struktur pita tradisional yang ditunjukkan pada Gambar. 6a, struktur gradien mendukung pemisahan pembawa di dalam bahan perovskit, yang secara signifikan mengurangi rekombinasi radiasi atau non-radiatif pembawa selama proses difusi, sehingga meningkatkan efisiensi pemisahan pembawa dan kinerja sel.
Diagram skema prinsip kerja untuk PSC yang berbeda. a PSC tanpa struktur pita tipe-II gradien. b PSC dengan struktur pita gradien
Kesimpulan
Pada penelitian ini, lapisan serapan perovskit dengan struktur pita gradien atau non-gradien dirancang dan dibuat dengan metode dua langkah, dan tiga jenis PSC, yaitu PSC-I, PSC-I/Br dan PSC-GI/Br, tercapai. Hasilnya mengungkapkan bahwa struktur pita gradien pada lapisan penyerapan perovskit bermanfaat untuk pengurangan kerugian rekombinasi pembawa. Efisiensi pemisahan pembawa yang ditingkatkan dan IPCE dicapai di PSC dengan struktur pita gradien. Akibatnya, jenis PSC menunjukkan PCE rata-rata 17,5%, yang 1-2% lebih tinggi dari PSC tradisional. Pekerjaan ini membuka jalan untuk merancang PSC dengan efisiensi tinggi.
Ketersediaan Data dan Materi
Kami menyatakan bahwa materi yang dijelaskan dalam manuskrip, termasuk semua data mentah yang relevan, akan tersedia secara bebas bagi ilmuwan mana pun yang ingin menggunakannya untuk tujuan non-komersial, tanpa melanggar kerahasiaan peserta.
