Les joints de grains (GB) dans les PSC se sont avérés préjudiciables aux performances photovoltaïques des dispositifs. De nombreux articles ont rapporté que les défauts des GB pérovskites devraient être passivés par des matériaux appropriés, tels que l'halogénure d'ammonium quaternaire, dérivés de fullerène et CH 3 NH 3 JE, pour atténuer la recombinaison des porteurs et par conséquent améliorer les performances de l'appareil.

Dans un nouvel article publié dans Lumière :Sciences et applications, une équipe de scientifiques, dirigé par le professeur Feng Yan du Département de physique appliquée, L'Université polytechnique de Hong Kong, Hung Hom, Kowloon, Hong Kong, et ses collègues ont développé une nouvelle méthode pour surmonter l'inconvénient des GB pérovskite sans passivation de défaut sur eux. Plusieurs matériaux 2D, dont phosphore noir (BP), MoS 2 et l'oxyde de graphène (GO), sont spécifiquement modifiés sur le bord des GB pérovskites par un processus de résolution.

Les matériaux 2D ont des mobilités de porteurs élevées, épaisseurs ultrafines et surfaces lisses sans liaisons pendantes. Les PCE des appareils sont considérablement améliorés par les flocons 2D, dans lequel les flocons de BP peuvent induire l'amélioration relative la plus élevée d'environ 15 %. Plus intéressant, ils trouvent que, sous certaines conditions, Les GB modifiés avec les matériaux 2D sont favorables aux performances de l'appareil. Par conséquent, un effet synergique entre les flocons 2D et les GB pérovskites est observé pour la première fois.

Bien que la nanotechnologie de l'utilisation de matériaux 2D dans les PSC ait été signalée dans certains articles, l'effet synergique entre les flocons 2D et les pérovskites GB n'a pas été rapporté jusqu'à présent. Pour mieux comprendre le mécanisme sous-jacent de l'effet ci-dessus, la simulation de l'appareil a été réalisée à l'aide d'un logiciel commercial. Les processus de conduction des trous des GB aux flocons 2D dans les PSC sont clairement démontrés, montrant que les GB et les flocons 2D agissent tous comme des canaux de trous dans les appareils.

Les résultats de la simulation confirment que l'amélioration des performances induite par BP est supérieure à celle d'autres matériaux 2D en raison de la mobilité de trou la plus élevée de BP. En outre, la modification des paillettes 2D sur les grains de pérovskite à l'écart des GB a peu d'effet sur les performances de l'appareil, indiquant que l'effet synergique des flocons 2D et des GB pérovskite est essentiel à l'amélioration des performances de nos appareils.

Bien que la couverture des flocons 2D sur les films de pérovskite ne soit que de plusieurs pour cent, la plupart des flocons sont situés sur des GB pérovskites. En raison des mobilités élevées des supports des matériaux 2D en particulier BP, le transfert de trous depuis les GB est considérablement amélioré dans les PSC, résultant en des améliorations substantielles de l'efficacité ainsi que de la stabilité des appareils. Ces résultats indiquent également que les GB dans les PSC ne sont pas préjudiciables aux performances de l'appareil si les trous accumulés dans les GB peuvent être éliminés efficacement.

Sous certaines conditions, Les GB peuvent même être favorables aux performances photovoltaïques des PSC en raison des champs électriques intégrés qui les entourent, ce qui peut faciliter la séparation et le transfert des photoporteurs dans les appareils. Par conséquent, Les GB pérovskites sont électriquement bénins, ce qui est cohérent avec certains calculs théoriques rapportés précédemment. Plus important, ils ont observé pour la première fois l'effet synergique des flocons 2D sur les GB dans les PSC. La mobilité du porteur et l'emplacement des flocons 2D sur la surface de la pérovskite sont essentiels à l'amélioration des performances.

Ce travail fournit une ligne directrice pour modifier les couches de pérovskite avec de nouveaux matériaux 2D à haute mobilité pour améliorer les performances photovoltaïques ainsi que la stabilité des PSC.