Stabile hocheffiziente zweidimensionale Perowskit-Solarzellen durch Bromeinbau

Einführung

In den letzten zehn Jahren haben die organisch-anorganischen Hybridperowskite aufgrund ihres einfachen Herstellungsprozesses und ihrer hervorragenden optoelektronischen Eigenschaften, wie z Länge [1,2,3,4,5,6]. Derzeit das höchste zertifizierte PCE hat 25 % der 3D-PVSCs überschritten [7]. Leider behindert das Stabilitätsproblem von 3D-Perowskit die kommerzielle Anwendung von Perowskit-Solarzellen. Beispiel:CH₃ NH₃ PbI₃ (MAPbI₃ ) wird Perowskit schnell abgebaut, wenn es längere Zeit Licht oder Feuchtigkeit ausgesetzt wird [8, 9]. Dieses Problem veranlasste die Forscher, hart daran zu arbeiten, die Stabilität von Perowskitmaterialien zu verbessern.

Vor kurzem wurde 2D-Perowskit (RNH₃ )₂ A_{n −1} M_n X_{3n +1} (Ruddlesden-Popper-Phase) wurden aufgrund ihrer hervorragenden Feuchtigkeitsbeständigkeit entwickelt, wobei R eine langkettige organische Gruppe oder sperrige organische Gruppe ist, A steht für kleines organisches Kation (MA ⁺ , FA ⁺ , oder Cs ⁺ ), M entspricht dem B-Kation im dreidimensionalen Perowskit (d. h. Pb ²⁺ und Sn ²⁺ ), X ist ein Halogenidanion (I ⁻ , Br ⁻ und Cl ⁻ ) und n ist die Anzahl der Oktaeder in jeder einzelnen Perowskitschicht, die die Anzahl der 2D-Perowskite definiert [10,11,12,13,14,15,16,17]. Aufgrund der stärkeren Van-der-Waals-Wechselwirkung zwischen den blockierten organischen Molekülen und dem [MX₆ ] ⁴⁻ Einheit zeigt 2D-Perowskit eine bessere Stabilität als 3D-Perowskit [10]. Die große Exzitonenbindungsenergie von 2D-Perowskit erschwert jedoch die Exzitonendissoziation [18]. Währenddessen behindert die Isolierung der organischen Abstandsschicht den Transport von Ladungsträgern, was zu einer Verringerung des photogenerierten Stroms führt [12]. Daher liegt der PCE von 2D-PVSCs weit hinter dem ihrer 3D-Pendants zurück.

Es wurden verschiedene Methoden implementiert, um die Leistung von 2D-PVSCs zu verbessern, einschließlich Additive Engineering [19,20,21,22,23,24], Komponentenregulierung [25,26,27,28,29,30,31,32,33 ], Grenzflächentechnik [34,35,36,37] und Vorbereitungsprozess [38,39,40]. Halogenionen zeigen großes Potenzial, die Leistung des Geräts in 3D-PVSCs zu verbessern. Zum Beispiel kann eine kleine Menge Chlorid in 3D-Perowskit die Kristallisationszeit verlängern, die Kristallwachstumsrichtung ändern, die Dichte der Fallenzustände verringern und die Diffusionslänge photogenerierter Ladungsträger erhöhen [41,42,43,44] . Inzwischen beweisen frühere Arbeiten, dass eine geringe Menge an bromdotiertem 3D-Perowskit die Stabilität erhöht, die Ionenmigration unterdrückt und die Fallenzustandsdichte verringert [45]. Angesichts der Zusammensetzung von 2D-Perowskit ist es notwendig, Forschung zur Halogenregulation durchzuführen. Es wurden jedoch nur begrenzte Arbeiten zum Einfluss der 2D-Perowskit-Halogenregulierung auf die Geräteleistung durchgeführt. Liu und sein Mitarbeiter fanden heraus, dass Chlorid eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Perowskitmorphologie spielt. Durch Regulieren des Chloridverhältnisses der Vorläuferlösung wurde der 2D-Perowskitfilm mit erhöhter Korngröße, erhöhter Kristallinität und gleichförmiger Oberfläche erhalten. Als Ergebnis wurde der PCE von 2D-PVSCs mit ausgezeichneter Stabilität bemerkenswert von 6,52 auf 12,78 % verbessert [46]. Diese Ergebnisse bestätigen, dass die Halogenregulierung die Leistung von 2D-PVSCs verbessern kann.

In dieser Arbeit untersuchten wir den Einfluss von Brom auf die optoelektronischen Eigenschaften des 2D-Perowskits unter Verwendung von n-Butylamin(BA)-Spacern. Brom wurde unter Verwendung von Blei(II)-bromid (PbBr₂) eingebaut ). Es wird gezeigt, dass der Einbau einer geeigneten Menge Brom die Bildung eines hochwertigen 2D-Perowskitfilms erleichtern kann, was zu reduzierten Defektzuständen des 2D-Perowskitfilms und einer verbesserten photovoltaischen Leistung von 2D-PVSCs führt. Der PCE von 2D-PVSCs wird von 3,66 auf 12,4% gesteigert. Interessanter ist, dass die optimalen 2D-PSVCs-Geräte eine signifikante Verbesserung in Bezug auf Feuchtigkeit, Beleuchtung und thermische Stabilität aufweisen.

Methode

Material- und Lösungsvorbereitung

Blei (II) Jodid (PbI₂ ), PbBr₂ , n-Butylammoniumjodid (BAI), Methylaminjodid (CH₃ NH₃ I, MAI), PEDOT:PSS (4083) wässrige Lösung, Phenyl-C61-buttersäuremethylester (PC₆₁ BM) und Bathocuproin (BCP) wurden von Xi’an Polymer Light Technology Cory bezogen. N,N-Dimethylformamid (DMF), Dimethylsulfoxid (DMSO) und Chlorbenzol wurden von Sigma-Aldrich bestellt. Isopropanol wurde von You Xuan Trade Co., Ltd. bezogen. Alle Reagenzien und Lösungsmittel wurden wie erhalten verwendet. Der 2D-Perowskit BA₂ MA₄ Pb₅ I_16-10x Br_10x (n =5, x = 0, 5, 10 oder 15%) Vorläuferlösung (0.8 M) wurde durch Zugabe von BAI, MAI, PbI₂ . hergestellt , und PbBr₂ mit einem Molverhältnis von 0,4:0,8:1-x :x im gemischten Lösungsmittel von DMSO und DMF im Volumenverhältnis 1:15.

Geräteherstellung

Die Indiumzinnoxid (ITO)-Substrate wurden durch sequentielle Beschallung in Detergens, Aceton, absolutem Ethylalkohol und entionisiertem Wasser für jeweils 15 min gereinigt. Die ITO-Substrate wurden in N₂ . getrocknet Durchfluss und gereinigt durch UV–O₃ Behandlung für 15 min. Die wässrige PEDOT:PSS-Lösung wurde dann auf die ITO-Substrate bei 5000 U/min 30 Sekunden lang aufgeschleudert, gefolgt von einem Tempern bei 150 °C für 15 Minuten in Luft. Anschließend wurden die PEDOT:PSS/ITO-Substrate in eine Stickstoff-Handschuhbox überführt. Die 2D-Perowskit-Lösungen mit unterschiedlichem Bromgehalt wurden auf die vorgewärmten PEDOT:PSS/ITO-Substrate durch einen Schleuderbeschichtungsprozess bei 5000 U/min für 20 s und anschließendes Tempern bei 100 °C für 10 min aufgeschleudert. Nach dem Tempern wurden die vorbereitete PCBM-Lösung (20 mg/ml in Chlorbenzol) und die BCP-Lösung (0,5 mg/ml in Isopropanol) oben auf einem 2D-Perowskitfilm bei 2000 U/min für 30 Sekunden bzw. 5000 U/min für 30 Sekunden aufgetragen. Schließlich wurde eine thermische Verdampfung durchgeführt, um die Elektroden Ag mit einer Dicke von 70 nm herzustellen.

Messung und Charakterisierung

Die Messungen mit Rasterelektronenmikroskop (FEI-Inspect F50, Holland), Rasterkraftmikroskopie (Cypher S) und Röntgenbeugung (Bruker D8 ADVANCE A25X) wurden basierend auf der Struktur von ITO-geätztem Glas/PEDOT:PSS/2D . durchgeführt Perowskit. Das UV-sichtbare Absorptionsspektrum von 2D-Perowskitfilmen auf Gläsern wurde mit einem Shimadzu 1500 Spektrophotometer gemessen. Das PL-Spektrum wurde mit dem Spektrofluorometer Fluo Time 300 (Pico Quant) gesammelt. Die Stromdichte-Spannung (J-V ) wurden die Eigenschaften von 2D-PVSCs unter Verwendung eines Keithley 2400 Sourcemeters bei einer Sonnenintensität von AM 1,5 G, die von einem Newport Corp-Solarsimulator bestrahlt wurde, gesammelt. Die aktive Fläche des Geräts beträgt 0,04 cm ² . . Die J -V Kurven wurden in Rückwärts- (von 1,2 bis 0 V) und Vorwärtsrichtung (von 0 bis 1,2 V) mit einer Abtastrate von 0,23 V/s, einem festen Spannungsintervall von 0,0174 mV und einer Verweilzeit von 10 ms gemessen. Dunkelstrom-Spannungskurven wurden auf die gleiche Weise im Dunkelzustand gemessen.

Ergebnisse und Diskussion

Die 2D-Perowskitfilme mit unterschiedlichen Brommengen wurden durch ein zuvor beschriebenes Heißgussverfahren hergestellt. Bei dieser Methode werden Substrate vorgewärmt, um Kristallisation und Orientierung zu begünstigen [40]. Um die Auswirkungen unterschiedlicher Mengen an PbBr₂ . zu untersuchen in den 2D-Perowskit-Vorläuferlösungen zur Morphologie des resultierenden Films wurden ein Rasterelektronenmikroskop (REM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) Messungen durchgeführt. Wie in Abb. 1a gezeigt, ist der 2D-Perowskit BA₂ MA₄ Pb₅ I_16-10x Br_10x Film ohne Bromeinlagerung (x =0%, als Kontrollperowskit bezeichnet) weist eine schlechte Morphologie mit großen Rissen auf, was auf die geringe Bedeckung und die mindere Kompaktheit hinweist. Die Risse verschwinden im 2D-Perowskitfilm mit 5 mol% PbBr₂ Inhalt (x =5%, bezeichnet als Perowskit-5%). Der Perowskit-5%-Film weist jedoch noch einige kleine Löcher auf (Abb. 1b). Im Fall des 2D-Perowskitfilms mit 10 mol% PbBr₂ Inhalt (x =10 %, bezeichnet als Perowskit-10 %), die Filmoberfläche wird gleichmäßig und kompakt ohne Risse oder Nadelstiche (Abb. 1c). Als PbBr₂ Gehalt wird weiter auf 15 mol% (x =15%, bezeichnet als Perowskit-15%, traten wieder Risse im Film auf (Abb. 1d). Die AFM-Bilder eines 2D-Perowskitfilms mit verschiedenen Mengen an PbBr₂ sind in Abb. 2a–d dargestellt, die mit den REM-Ergebnissen übereinstimmen. Der Kontroll-Perowskitfilm zeigt eine raue Oberfläche mit einem hohen quadratischen Mittelwert der Rauhigkeit (RMS) von 51,2 nm. Der teilweise Ersatz von Jod durch Brom reduziert den RMS-Wert stark auf 21,3 nm für Perowskit-5% bzw. 23,1 nm für Perowskit-15%. Insbesondere der Perowskit-10%-Film weist aufgrund des Verschwindens von Rissen und Pinholes eine ziemlich glatte Oberfläche mit dem niedrigsten RMS-Wert von 10,7 nm auf. Die obigen Ergebnisse zeigen, dass das Einbringen einer geeigneten Menge an Brom vorteilhaft ist, um die Gleichmäßigkeit und Oberflächenbedeckung des 2D-Perowskitfilms zu verbessern. Es ist bekannt, dass Risse und kleine Löcher im Film zu starken energetischen Unordnungen führen, Rekombination verursachen, den Ladungstransport behindern und die photovoltaische Leistung schwächen können [47]. Daher ist es wichtig, einen gleichmäßigen und gut bedeckten Perowskitfilm zu erhalten, um die Effizienz der Vorrichtung zu verbessern.

REM-Bilder von BA₂ MA₄ Pb₅ I_16-10x Br_10x Filme basierend auf a 0 % PbBr₂ , b 5 % PbBr₂ , c 10 % PbBr₂ , und d 15 % PbBr₂

AFM-Bilder von BA₂ MA₄ Pb₅ I_16-10x Br_10x Filme basierend auf a 0 % PbBr₂ , b 5 % PbBr₂ , c 10 % PbBr₂ , und d 15 % PbBr₂ . Röntgenbeugungsmuster (e ) und entsprechendes lokales vergrößertes Bild (f ) von BA₂ MA₄ Pb₅ I_16-10x Br_10x Filme mit unterschiedlichen Mengen an PbBr₂

Um den Einfluss von Brom auf die Kristallphase und Kristallinität von 2D-Perowskitfilmen zu untersuchen, wurden Röntgenbeugungsmessungen (XRD) durchgeführt. Wie in Fig. 2e gezeigt, zeigen alle Filme zwei charakteristische Beugungspeaks bei etwa 14,5° und 28,4°, die den kristallographischen Ebenen (111) bzw. (202) zugeordnet werden können. Frühere Studien haben gezeigt, dass sowohl die (111)- als auch die (202)-Orientierung die [(MA)_{n −1} Pb_n I_{3n +1} ] ²⁻ Platten wachsen in vertikaler Ausrichtung zum PEDOT:PSS/ITO-Substrat [13, 23, 24]. Daher ist ein begrenzter Ersatz von Jod durch Brom förderlich für die Bildung eines vertikal ausgerichteten 2D-Perowskitfilms, was durch die bevorzugte Intensitätszunahme in den (111)- und (202)-Peaks belegt wird [48]. Der vertikal ausgerichtete 2D-Perowskitfilm ermöglicht einen effizienteren Transport photoneninduzierter Ladungsträger und verbessert die photovoltaische Leistung von PVSC [23, 24]. Einerseits werden die Beugungspeaks bei etwa 14,5° und 28,4° beide durch den Einbau von Brom stärker, was auf die erhöhte Kristallinität des Perowskitfilms hindeutet. Andererseits werden die beiden Peaks beim Einbau von Brom allmählich zu höheren Winkeln verschoben, was auf die kleinere Größe des Brom-Ions in Bezug auf das Iod-Ion zurückzuführen ist, das das Kristallgitter schrumpft [13]. Diese allmählichen Verschiebungen der Beugungspeakposition beweisen, dass gemischtes BA₂ MA₄ Pb₅ I_16-10x Br_10x Perowskite werden mit in das Kristallgitter eingefügten Bromionen gebildet. Es ist erwähnenswert, dass alle Filme die Spitzen von (0 k 0) Reflexe bei kleinen Winkeln (<10°), was auf die Bildung von 2D-RP-Perowskitstrukturen hinweist (Abb. 2f). Der Kontrollfilm weist jedoch einige Beugungspeaks auf, die keinem typischen charakteristischen 2D-Perowskit-Peak zugeordnet werden konnten. Die Intensität dieser unerwünschten Peaks wird beim Einbau von Brom abgeschwächt, was die niedrigste Intensität in einem Perowskit-10%-Film verursacht. Dieses Phänomen deutet darauf hin, dass der Einbau von mäßigem Brom die Bildung der Verunreinigungsphasen im 2D-Perowskitfilm hemmen kann.

Darüber hinaus wurden Extinktions- und Photolumineszenz(PL)-Messungen durchgeführt, um den Einfluss des Bromeinbaus auf die optischen Eigenschaften des Films zu verstehen, wie in Abb. 3a–c zusammengefasst. Abbildung 3a zeigt die UV-sichtbaren Absorptionsspektren des 2D-Perowskitfilms mit verschiedenen Mengen an PbBr₂ . Alle diese Filme zeigen ausgeprägte Exziton-Absorptionspeaks in den Absorptionsspektren, die 2D-Phasen mit n . zugeordnet werden =2, 3 und 4, obwohl nominell vorbereitet als „n =5.“ Der Perowskit-10% weist eine erhöhte Absorptionsintensität auf, die aus einer dichten und gleichförmigen Natur des resultierenden Films resultiert, wie durch die SEM- und AFM-Bilder nachgewiesen wird. Außerdem ist die Absorptionskante von BA₂ MA₄ Pb₅ I_16-10x Br_10x hat eine Blauverschiebung mit der Zunahme von x Wert, der die Aufweitung der Bandlücke belegt [49]. Abbildung 3b zeigt die stationären PL-Spektren der 2D-Perowskitfilme, die auf Glassubstraten abgeschieden wurden. Im Vergleich zu der Kontrollprobe, die das schwächste PL-Signal zeigt, zeigt entweder die Perowskit-15%-Probe oder die Perowskit-5%-Probe das erhöhte PL-Signal, während die Perowskit-10%-Probe das stärkste PL-Signal zeigt. Nach dem Einbau von Brom wird eine bemerkenswerte PL-Verstärkung beobachtet, was auf die reduzierte Fallenzustandsdichte in PbBr₂ . hinweist behandelte Filme. Abbildung 3c zeigt die zeitaufgelösten PL-Zerfallsspektren des BA₂ MA₄ Pb₅ I_16-10x Br_10x auf Glassubstraten aufgeschleuderte Filme, was auch die Verringerung der Fallenzustandsdichte in Perowskit durch den Einbau von Brom beweist. Die zeitaufgelösten PL-Kurven wurden mit einer zwei-exponentiellen Gleichung (Gl. (1)) mit einem schnellen und einem langsamen Zerfallsprozess angepasst, und die Anpassungsparameter sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Der schnelle Zerfall (τ ₁ ) wird als das Ergebnis der Auslöschung des Ladungsträgertransports in der Perowskit-Domäne und des langsamen Zerfalls (τ ₂ ) ist das Ergebnis einer strahlenden Rekombination [50]. Die durchschnittliche Lebensdauer (τ ) von 2D-Perowskitfilmen werden nach Gl. (2). Der Perowskit-10%-Film präsentiert das längste τ von 3,47 ns im Vergleich zu anderen Filmen (dh 0,9 ns, 2,72 ns und 1,31 ns für Kontrollfilm, Perowskit-5%-Film bzw. Perowskit-15%-Film), was auf einen langsameren Rekombinationsprozess mit weniger Defekten hindeutet.

a Absorptionsspektren, b stationäre PL-Spektren und c zeitaufgelöste PL-Kurven von BA₂ MA₄ Pb₅ I_16-10x Br_10x Film mit unterschiedlichen Mengen an PbBr₂ auf Glassubstraten aufgeschleudert. d Dunkelstrom-Spannungsmessungen von PVSCs basierend auf dem BA₂ MA₄ Pb₅ I_16-10x Br_10x Film mit unterschiedlichen Mengen an PbBr₂

Um außerdem zu untersuchen, ob reduzierte Defektzustände aus dem PbBr₂ . entstehen Beim Zusammenbau der 2D-Perowskitfilme in einer PVSC-Struktur wurden auch dunkle Strom-Spannungs-Kurven der entsprechenden Bauelemente gesammelt (Abb. 3d). Der Dunkelstrom der Vorrichtung auf Basis des Perowskit-10%-Films ist bei gleicher Spannung viel geringer als der der Vorrichtung auf Basis des Kontrollfilms. Der niedrigere Dunkelstrom des Geräts basierend auf dem Perowskit-10%-Film weist darauf hin, dass die reduzierten Defektzustände tatsächlich durch den Einbau von Brom beigetragen werden.

Es wird gezeigt PbBr₂ in 2D-Perowskitfilmen induzierte verbesserte Morphologie, Kristallinität und optoelektronische Eigenschaften. Wir haben PVSC-Bauelemente mit der planaren p-i-n-Architektur als Indium-Zinn-Oxid (ITO)/PEDOT:PSS/BA₂ . hergestellt MA₄ Pb₅ I_16-10x Br_10x /PCBM/BCP/Ag. Die J-V Kurven und die zugehörigen Parameter der Geräte mit der besten Leistung sind in Abb. 4a und Tabelle 2 gezeigt. Die PVSCs auf Basis des Kontroll-Perowskitfilms ergaben eine schlechte Geräteleistung und zeigten einen Champion PCE von 3,01% bei einer Leerlaufspannung (V _oc ) von 0,89 V, eine Kurzschlussstromdichte (J _sc ) von 8,28 mA/cm ² , und ein Füllfaktor (FF ) von 40,79 %. Die Einführung von Brom in die Perowskit-Vorstufe erhöht den PCE . merklich des Gerätes (Abb. 4a). Der höchste PCE von 12,19 % mit einem V _oc von 1.02 V, ein J _sc von 17,86 mA/cm ² , und ein Füllfaktor (FF ) von 66,91 % wurde in 10 mol% PbBr₂ . erhalten -behandeltes Gerät im Vergleich zu 8,88 % im 5 mol% PbBr₂ -enthaltene Vorrichtung und 7,85% in 15 mol% PbBr₂ -enthaltenes Gerät. Um die Leistung dieser Geräte genauer vergleichen zu können, wurden für jeden Fall 20 Geräte hergestellt. Aus statistischen Daten (Abb. S1, Hintergrundinformationen) zeigt das Gerät mit 10 mol-% Brom das relativ höhere V _oc und FF , was auf die reduzierte Fallenzustandsdichte aufgrund eines hochwertigen Perowskitfilms zurückgeführt wird, wie in Abb. 3b–d diskutiert. Je höher V _oc in Br-enthaltenden Geräten kann auch auf die vergrößerte Bandlücke zurückzuführen sein. Die Bandlücke des BA₂ MA₄ Pb₅ I_16-10x Br_10x steigt mit steigendem PbBr₂ Verhältnis, wie Abb. 3a zeigt [49]. Somit sind die 15 mol% PbBr₂ -enthaltenes Gerät zeigt die höchste V _oc . Darüber hinaus ist das hohe J _sc in 10 mol% PbBr₂ -enthaltene Vorrichtung kann auf die erhöhte Lichtabsorption und den effizienten Ladungstransport zurückgeführt werden, wie oben diskutiert. Die Hysterese der Geräte basierend auf dem Kontroll-Perowskitfilm und dem Perowskit-10%-Film wurde durch Scannen des J-V . untersucht Kurven in verschiedene Richtungen (Abb. 4c und Abb. S2). Die auf dem Perowskit-10% basierende Vorrichtung weist eine leichte Hysterese auf, während bei der auf dem Kontrollperowskit basierenden Vorrichtung eine ernsthafte Hysteresecharakteristik beobachtet wurde, was wiederum die signifikant reduzierten Fehlerzustände im ersteren Fall anzeigt.

a Die Gerätearchitektur von PVSC. b J-V Kurven von PVSCs basierend auf BA₂ MA₄ Pb₅ I_16-10x Br_10x Filme mit unterschiedlichen Mengen an PbBr₂ . c J-V Kurven des Geräts mit der besten Leistung bei verschiedenen Scanrichtungen. d Feuchtigkeitsstabilität, e Beleuchtungsstabilität und f thermische Stabilität des unversiegelten Gerätes ohne und mit 10 mol% PbBr₂

Darüber hinaus ist der Einbau von PbBr₂ kann die Feuchtigkeit, Beleuchtung und thermische Stabilität der 2D-PVSCs effektiv verbessern. Das unversiegelte Kontrollgerät und das Gerät auf Basis von Perowskit-10% wurden für die Feuchtestabilitätsprüfung einer relativen Luftfeuchtigkeit von 45–60% bei 25°C ausgesetzt. Der PCE des Steuergeräts sinkt innerhalb von 30 Tagen auf 50 % seines ursprünglichen Wertes, während das Gerät auf Basis von Perowskit-10 % unter identischen Bedingungen noch 85 % seiner ursprünglichen Effizienz behält (Abb. 4d). Interessanterweise ist die Einführung von PbBr₂ verbessert auch die Beleuchtungsstabilität der PVSCs. Nachdem die Geräte 240 min kontinuierlich mit AM 1,5G Sonnenintensität bestrahlt wurden, behalten die Geräte mehr als 80 % des ursprünglichen PCE . bei für Perowskit-10%, während für den Kontroll-Perowskit nur weniger als 50% (Fig. 4e). Die Verbesserung der thermischen Stabilität wurde auch durch Messung bestätigt. Sowohl die Kontrollvorrichtung als auch die Perowskit-10%-Vorrichtung wurden bei 85°C in einer Stickstoffatmosphäre ohne Einkapselung thermisch geglüht. Wie in Abb. 4f gezeigt, behält das Perowskit-10%-Gerät 83% seines anfänglichen PCE . bei nach 300 min, was viel höher ist als die des Steuergeräts (54%).

Schlussfolgerung

Zusammenfassend zeigten wir, dass der Einbau von geeignetem Brom in die Vorstufenlösung die Morphologie von 2D-Perowskitfilmen mit erhöhter Kristallinität verbessern kann, was zu einer Verbesserung der optoelektronischen Eigenschaften in Bezug auf Absorption und Fallendichte führt. Die herausragende Filmqualität und die optoelektronischen Eigenschaften führen zu einer deutlichen Verbesserung des PCE von 3,01 auf 12,19 %. Darüber hinaus verbessert der Bromeinbau die Toleranz von PVSCs gegenüber Feuchtigkeit, Beleuchtung und thermischer Stabilität. Diese Ergebnisse beweisen, dass der Einbau von Brom entscheidend für die Erzielung stabiler Hochleistungs-2D-PVSCs ist.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Alle Daten sind uneingeschränkt verfügbar.

Abkürzungen

3D:

Dreidimensional

2D:

Zweidimensional

PCE :

Leistungsumwandlungseffizienz

PVSCs:

Perowskit-Solarzellen

PbBr₂ :

Blei(II)-bromid

PbI₂ :

Blei(II)-jodid

BAI:

N-Butylammoniumiodid

MAI:

Methyl-Ammoniumjodid

PC₆₁ BM:

Phenyl-C61-buttersäuremethylester

DMSO:

Dimethylsulfoxid

BCP:

Bathocuproin

ITO:

Indium-Zinn-Oxid

J-V :

Stromdichte-Spannung

SEM:

Rasterelektronenmikroskop

AFM:

Rasterkraftmikroskopie

RMS:

Wurzel-Quadrat-Rauheit

PL:

Photolumineszenz

V _oc :

Stromkreisspannung

J _sc :

Kurzschlussstromdichte

FF :

Füllfaktor