Er is vastgesteld dat korrelgrenzen (GB's) in PSC's schadelijk zijn voor de fotovoltaïsche prestaties van de apparaten. Talrijke artikelen meldden dat de defecten in perovskiet GB's moeten worden gepassiveerd door geschikte materialen, zoals quaternair ammoniumhalogenide, fullereenderivaten en CH ₃ NH ₃ L, om carrier-recombinatie te verminderen en bijgevolg de prestaties van het apparaat te verbeteren.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Licht:Wetenschap &Toepassingen, een team van wetenschappers, onder leiding van professor Feng Yan van de faculteit Technische Natuurkunde, De Hong Kong polytechniek universiteit, Hung huis, Kowloon, Hongkong, en medewerkers hebben een nieuwe methode ontwikkeld om het nadeel van perovskiet GB's te overwinnen zonder defectpassivering op hen. Diverse 2D materialen, inclusief zwarte fosfor (BP), MoS ₂ en grafeenoxide (GO), zijn specifiek gemodificeerd aan de rand van perovskiet GB's door een oplossingsproces.

De 2D-materialen hebben een hoge draagmobiliteit, ultradunne diktes en gladde oppervlakken zonder bungelende verbindingen. De PCE's van de apparaten worden aanzienlijk verbeterd door de 2D-flakes, waarin BP-vlokken de hoogste relatieve verbetering van ongeveer 15% kunnen induceren. interessanter, dat vinden ze, onder bepaalde omstandigheden, GB's die zijn aangepast met de 2D-materialen zijn gunstig voor de prestaties van het apparaat. Daarom, voor het eerst wordt een synergetisch effect tussen de 2D-vlokken en perovskiet GB's waargenomen.

Hoewel de nanotechnologie van het gebruik van 2D-materialen in PSC's in sommige artikelen is gerapporteerd, het synergetische effect tussen de 2D-vlokken en perovskiet GB's is tot nu toe niet gemeld. Om het onderliggende mechanisme van het bovenstaande effect beter te begrijpen, apparaatsimulatie werd uitgevoerd met behulp van commerciële software. De gatengeleidingsprocessen van GB's naar 2D-vlokken in PSC's zijn duidelijk aangetoond, waaruit blijkt dat de GB's en 2D-vlokken allemaal fungeren als gatenkanalen in de apparaten.

De simulatieresultaten bevestigen dat de prestatieverbetering die wordt veroorzaakt door BP hoger is dan die van andere 2D-materialen vanwege de hoogste gatenmobiliteit van BP. In aanvulling, de wijziging van de 2D-vlokken op de perovskietkorrels weg van GB's heeft weinig effect op de prestaties van het apparaat, wat aangeeft dat het synergetische effect van 2D-vlokken en perovskiet GB's essentieel is voor de prestatieverbetering in onze apparaten.

Hoewel de dekking van de 2D-vlokken op de perovskietfilms slechts enkele procenten is, de meeste vlokken bevinden zich op perovskiet GB's. Vanwege de hoge dragermobiliteit van de 2D-materialen, met name BP, gatoverdracht van GB's is drastisch verbeterd in de PSC's, resulterend in substantiële verbeteringen van zowel de efficiëntie als de stabiliteit van de apparaten. Deze resultaten geven ook aan dat GB's in PSC's niet nadelig zijn voor de prestaties van het apparaat als de geaccumuleerde gaten in de GB's efficiënt kunnen worden uitgevoerd.

Onder bepaalde omstandigheden, GB's kunnen zelfs gunstig zijn voor de fotovoltaïsche prestaties van PSC's vanwege de ingebouwde elektrische velden eromheen, die de scheiding en overdracht van fotodragers in de apparaten kan vergemakkelijken. Daarom, perovskiet GB's zijn elektrisch goedaardig, wat consistent is met enkele eerder gerapporteerde theoretische berekeningen. Belangrijker, ze observeerden voor het eerst het synergetische effect van de 2D-vlokken op de GB's in PSC's. Zowel de mobiliteit van de drager als de locatie van de 2D-vlokken op het perovskietoppervlak zijn essentieel voor de prestatieverbetering.

Dit werk biedt een richtlijn voor het aanpassen van perovskietlagen met nieuwe 2D-materialen met hoge mobiliteit om de fotovoltaïsche prestaties en de stabiliteit van PSC's te verbeteren.