Получение эффективных и стабильных активных слоев перовскита CsPbI₃ вакуумно-динамическим методом

Метод динамического термоотжига в вакууме использован для приготовления активных слоев перовскита CsPbI₃ — перспективного материала для солнечных элементов благодаря своей высокой стабильности и оптимальной ширине запрещенной зоны (1.7 эВ). Применение этого метода способствовало улучшению структуры активного слоя за счет снижения количества дефектных состояний и нанопор, а также увеличения размера кристаллических зерен. Вакуумный термоотжиг способствовал снижению концентрации дефектов и рекомбинационных ловушек, что объясняется более эффективным удалением молекул диметилформамида из структуры активного слоя. Проведен сравнительный анализ оптических и фотоэлектрических характеристик перовскитных солнечных элементов (ПСЭ), полученных методом динамического термоотжига в вакууме, а также изучено влияние изменений условий окружающей среды. Напряжение холостого хода (V_oc) ПСЭ, изготовленных при низких температурах, увеличилось с 1.08 до 1.16 В. Эффективность преобразования энергии активных слоев возросла с 16.5 до 18.8 %.

1. W.-M. Gu, Y. Zhang, K.-J. Jiang, G. Yu, Y. Xu, J.-H. Huang, Y. Zhang, F. Wang, Y. Li, Y. Lin. J. Mater. Chem. A, 10 (2022) 12882—12889

2. A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, T. Miyasaka. J. Am. Chem. Soc., 131 (2009) 6050—6051

3. F. Li, X. Deng, F. Qi, Z. Li, D. Liu, D. Shen, M. Qin, S. Wu, F. Lin, S.-H. Jang. J. Am. Chem. Soc., 142 (2020) 20134—20142

4. J. Zhang, J. Liu, A. Tan, J. Piao, Z. Fu. Chem. Commun., 56 (2020) 13816—13819

5. X. Liu, X. Wang, T. Zhang, Y. Miao, Z. Qin, Y. Chen, Y. Zhao. Angew. Chem. Int. Ed., 60 (2021) 12351—12355

6. T. Liu, J. Zhang, M. Qin, X. Wu, F. Li, X. Lu, Z. Zhu, A. K. Y. Jen. Adv. Funct. Mater., 31 (2021) 2009515

7. M. M. Lee, J. Teuscher, T. Miyasaka, T. N. Murakami, H. J. Snaith. Science, 338 (2012) 643—647

8. Y. Wang, T. Zhang, M. Kan, Y. Li, T. Wang, Y. Zhao. Joule, 2 (2018) 2065—2075

9. R. J. Sutton, G. E. Eperon, L. Miranda, E. S. Parrott, B. A. Kamino, J. B. Patel, M. T. Hörantner, M. B. Johnston, A. A. Haghighirad, D. T. Moore. Adv. Energy Mater., 6 (2016) 1502458

10. J. Tian, Q. Xue, Q. Yao, N. Li, C. J. Brabec, H. L. Yip. Adv. Energy Mater., 10 (2020) 2000183

11. H. Zhu, Y. Ren, L. Pan, O. Ouellette, F. T. Eickemeyer, Y. Wu, X. Li, S. Wang, H. Liu, X. Dong. J. Am. Chem. Soc., 143 (2021) 3231—3237

12. H. Zhu, B. Shao, J. Yin, Z. Shen, L. Wang, R.W. Huang, B. Chen, N. Wehbe, T. Ahmad, M. Abulikemu. Adv. Mater., 36 (2024) 2306466

13. R. Cheacharoen, N. Rolston, D. Harwood, K. A. Bush, R. H. Dauskardt, M. D. McGehee. Energy & Environ. Sci., 11 (2018) 144—150

14. G. Zheng, C. Zhu, J. Ma, X. Zhang, G. Tang, R. Li, Y. Chen, L. Li, J. Hu, J. Hong. Nature Commun., 9 (2018) 2793

15. Y. Guo, X. Yin, J. Liu, W. Que. J. Mater. Chem. A, 7 (2019) 19008—19016

16. F. Yang, D. Hirotani, G. Kapil, M. A. Kamarudin, C. H. Ng, Y. Zhang, Q. Shen, S. Hayase. Angew. Chem., 130 (2018) 12927—12931

17. P. Luo, W. Xia, S. Zhou, L. Sun, J. Cheng, C. Xu, Y. Lu. J. Phys. Chem. Lett., 7 (2016) 3603—3608

18. Y. Hu, F. Bai, X. Liu, Q. Ji, X. Miao, T. Qiu, S. Zhang. ACS Energy Lett., 2 (2017) 2219—2227

19. A. Saparbaev, C. Gao, D. Zhu, Z. Liu, X. Qu, X. Bao, R. Yang. J. Power Sources, 426 (2019) 61—66

20. B. Zhao, S.-F. Jin, S. Huang, N. Liu, J.-Y. Ma, D.-J. Xue, Q. Han, J. Ding, Q.-Q. Ge, Y. Feng. J. Am. Chem. Soc., 140 (2018) 11716—11725

21. Y. Wang, M. I. Dar, L. K. Ono, T. Zhang, M. Kan, Y. Li, L. Zhang, X. Wang, Y. Yang, X. Gao. Science, 365 (2019) 591—595

22. S. Yang, M. Wu, X. Lei, J. Wang, Y. Han, X. He, S. Liu, Z. Liu. ACS Energy Lett., 9 (2024) 4817—4826

23. J. Qiu, X. Mei, M. Zhang, G. Wang, S. Zou, L. Wen, J. Huang, Y. Hua, X. Zhang. Angew. Chem. Int. Ed., 63 (2024) e202401751

24. Y. Che, Z. Liu, Y. Duan, J. Wang, S. Yang, D. Xu, W. Xiang, T. Wang, N. Yuan, J. Ding. Angew. Chem. Int. Ed., 61 (2022) e202205012

25. J. Wang, Y. Che, Y. Duan, Z. Liu, S. Yang, D. Xu, Z. Fang, X. Lei, Y. Li, S. Liu. Adv. Mater., 35 (2023) 2210223

26. S. M. Yoon, H. Min, J. B. Kim, G. Kim, K. S. Lee, S. I. Seok. Joule, 5 (2021) 183—196

27. A. Saparbaev, M. Zhang, V. Kuvondikov, L. Nurumbetova, I.O. Raji, I. Tajibaev, E. Zakhidov, X. Bao, R. Yang. Solar Energy, 228 (2021) 405—412

28. E. Zakhidov, S. K. Nematov, A. Saparbaev, L. Nurumbetova, B. Khidirov, A. Y. Turguboev. J. Appl. Spectrosc., 90 (2023) 830—836

29. R. E. Beal, D. J. Slotcavage, T. Leijtens, A. R. Bowring, R. A. Belisle, W. H. Nguyen, G. F. Burkhard, E. T. Hoke, M. D. McGehee. J. Phys. Chem. Lett., 7 (2016) 746—751

30. C.-Y. Chen, H.-Y. Lin, K.-M. Chiang, W.-L. Tsai, Y.-C. Huang, C.-S. Tsao, H.-W. Lin. Adv. Mater. (Deerfield Beach, Fla.), 29 (2017)

31. L. A. Frolova, D. V. Anokhin, A. A. Piryazev, S. Y. Luchkin, N. N. Dremova, K. J. Stevenson, P. A. Troshin. J. Phys. Chem. Lett., 8 (2017) 67—72

32. J. Huang, S. He, W. Zhang, A. Saparbaev, Y. Wang, Y. Gao, L. Shang, G. Dong, L. Nurumbetova, G. Yue. Solar RRL, 6 (2022) 2100839

33. W. Ke, I. Spanopoulos, C. C. Stoumpos, M. G. Kanatzidis. Nature Commun., 9 (2018) 4785

34. Y. Wang, T. Zhang, M. Kan, Y. Zhao. J. Am. Chem. Soc., 140 (2018) 12345—12348

35. T. Kirchartz, J. A. Márquez, M. Stolterfoht, T. Unold. Adv. Energy Mater., 10 (2020) 1904134

36. C. Li, F. Xu, Y. Li, N. Li, H. Yu, B. Yuanb, Z. Chen, L. Li, B. Cao. Solar Energy, 233 (2022) 271—277