هندسة الجزيئات الثنائية من مؤسسات صينية ترفع كفاءة خلايا البيروفسكايت المقلوبة إلى 27.31%

أخبار ar.wedoany.com، أفاد باحثون من عدة مؤسسات في الصين القارية وهونغ كونغ عن استراتيجية هندسة واجهة جزيئية ثنائية لخلايا البيروفسكايت الشمسية المقلوبة (p–i–n)، محققين كفاءة معتمدة بلغت 27.31%. تجمع هذه الطريقة بين طبقة أحادية الجزيء ذاتية التجميع من حمض الفوسفونيك Me-4PACz ومادة معدلة تآزرية هي 9H-كاربازول-2-يل ثلاثي فلورو ميثان سلفونات (CzOTf)، لتشكيل طبقة جزيئية هجينة ومقفلة الواجهة عند سطح التماس NiOx/بيروفسكايت. صُمم CzOTf لتثبيت استخلاص الشحنات، وتخميد العيوب المرتبطة بالرصاص المدفونة، وتخفيف إجهاد الشد الذي قد يضعف تبلور البيروفسكايت ويؤدي إلى تدهور الواجهة، مع كبح مسارات فقدان الأكسدة والاختزال الناجمة عن Ni³⁺.

حصل الجهاز المُحسَّن على كفاءة معتمدة بلغت 27.31% (أفضل جهاز 27.32%)، بجهد دائرة مفتوحة 1.185 فولت، وتيار دائرة قصر 26.30 مللي أمبير/سم²، وعامل تعبئة 87.64%. بلغت كفاءة الجهاز المرجعي الخالي من CzOTf 26.20%. امتد نطاق تطبيق هذه الاستراتيجية ليشمل الخلايا الترادفية من البيروفسكايت/السيليكون غير المتبلور (HJT) بنسبة 32.84%، والوحدات كبيرة المساحة (766 سم²) بنسبة 21.54%. فيما يتعلق بالاستقرار، حافظ الجهاز على 92% من كفاءته بعد 2000 ساعة من الإضاءة المستمرة، وتمكنت الوحدة من العمل بثبات في الهواء الطلق لمدة 35 يومًا.

يعمل جزيء Me-4PACz القائم على حمض الفوسفونيك، عبر تثبيت مجموعة الفوسفونات على سطح NiOx لتشكيل طبقة واجهة أحادية الجزيء كثيفة، مما يقاوم الانفصال ويُثبِّت الخصائص الكيميائية للواجهة. تعمل مواقع التفاعل الإلكتروني/الشحني الوظيفية من نوع الكاربازول على تخميد مصائد الواجهة الكهروضوئية النشطة عند سطح التماس NiOx-بيروفسكايت، مما يقلل من إعادة التركيب غير الإشعاعي. تعمل هذه الطبقة الأحادية الجزيئية للواجهة أيضًا على تحسين قابلية التبلل والتلامس عند سطح التماس NiOx/بيروفسكايت، مما يعزز تبلورًا أكثر تجانسًا للبيروفسكايت. يثبط تأثير التنسيق لـ Me-4PACz تكوين الرصاص ضعيف التنسيق والعيوب العميقة الأخرى بالقرب من السطح، مما يقلل من مسارات إعادة التركيب بمساعدة المصائد. يكمل CzOTf دور Me-4PACz من خلال اقتران مجموعته الوظيفية المرتبطة بأنيون السلفونات وجزء الكاربازول مع البيئة الكيميائية للواجهة، مما يزيد من تثبيت حالات العيب القريبة من سطح البيروفسكايت، ويساعد في تحييد مواقع عدم توازن الشحنات المدفونة التي تتشكل أثناء التشغيل. تعمل الطبقة الجزيئية الثنائية على تحسين استخلاص الشحنات من خلال ضبط مستويات طاقة الواجهة، وتخفيف عدم التطابق الميكانيكي عند سطح التماس NiOx/بيروفسكايت، وتعمل كحاجز أمام هجرة الأيونات، مما يقلل من التدهور المحفز بالأكسدة والاختزال عند الوصلة. يحافظ سطح التماس NiOx/بيروفسكايت الناتج على جودة البلورة ويبطئ تدهور الواجهة تحت الإضاءة المستمرة والظروف الخارجية.