Китайские учёные раскрыли механизм транспорта заряда в перовскитных плёнках

Группа китайских исследователей разработала метод трёхмерной (3D) электрической визуализации, который напрямую показывает, как обработка для пассивации дефектов улучшает качество перовскитных плёнок и производительность связанных с ними солнечных элементов.

Исследование было недавно опубликовано в журнале Newton.

Перовскитные солнечные элементы привлекают широкое внимание как недорогая и высокоэффективная альтернатива традиционным кремниевым фотоэлектрическим панелям. Однако дефекты, скрытые внутри перовскитных плёнок, могут препятствовать транспорту заряда, приводя к потерям энергии и снижению эксплуатационной стабильности.

Пассивационные обработки направлены на смягчение этих дефектов, но проверка их внутренней эффективности остаётся сложной задачей, поскольку большинство методов характеризации исследуют только поверхность или предоставляют усреднённую макроскопическую информацию.

Чтобы решить эту проблему, исследователи из Нинбоского института технологии материалов и инженерии (NIMTE) Китайской академии наук (CAS) использовали томографическую сканирующую зондовую микроскопию для визуализации распределения тока в перовскитных плёнках.

Метод работает путём последовательного удаления ультратонких слоёв плёнки с одновременным измерением локальной электропроводности на разных глубинах. Путем наложения этих измерений воссоздаётся 3D-карта транспорта заряда внутри плёнки с нанометровым разрешением.

Используя этот подход, исследователи охарактеризовали внутреннее электрическое поведение перовскитных плёнок, обработанных различными стратегиями пассивации.

Необработанные плёнки демонстрировали обширные области низкой проводимости, которые препятствовали транспорту заряда, тогда как объёмная пассивация значительно сокращала эти области, особенно вдоль границ зёрен.

Поверхностная пассивация в основном улучшала проводимость вблизи верхнего интерфейса, что критически важно для интеграции устройства. Плёнки, обработанные как объёмной, так и поверхностной пассивацией, продемонстрировали наиболее однородные и непрерывные проводящие пути, при этом оставшиеся области низкой проводимости были в основном ограничены поверхностью.

«Эти микроскопические электрические особенности тесно коррелируют с результирующей производительностью солнечного элемента, устанавливая прямую связь между 3D-транспортом заряда внутри плёнки и общей эффективностью устройства», — пояснил профессор Сяо Чуаньсяо, один из авторов исследования.

Предоставляя прямое трёхмерное представление о том, как электроны движутся через перовскитные плёнки, эта работа предлагает мощный инструмент для оценки и оптимизации стратегий пассивации. Она прокладывает путь для рационального проектирования перовскитных материалов более высокого качества, что позволит создавать более эффективные и стабильные перовскитные солнечные элементы.