Методика исследования фотостабильности солнечных элементов на основе органо-неорганических перовскитов с помощью конфокального спектрометра

  • Наталья Сергеевна Магонь Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Ольга Васильевна Королик Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Александр Васильевич Мазаник Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-1-88-97

Аннотация

На примере изучения фотодеградации и темнового восстановления органо-неорганических перовскитных солнечных элементов представлена методика исследования фоточувствительных структур, основанная на использовании конфокального спектрометра для измерения спектров комбинационного рассеяния света, спектров и кинетик фото- и электролюминесценции, кинетик тока короткого замыкания и напряжения холостого хода при локальном воздействии монохроматическим излучением. Спектры комбинационного рассеяния света помогают установить наличие или отсутствие вторичных фаз, образование которых возможно в фоточувствительных слоях под воздействием света, а спектры фотолюминесценции дают возможность выявить однофазность изучаемого объекта. Картирование интенсивности и положения центра масс полосы фотолюминесценции в плоскости исследуемого объекта позволяет судить о пространственном расположении центров безызлучательной рекомбинации носителей заряда, распределении участков с наибольшей и наименьшей эффективностью экстракции носителей заряда транспортно-акцепторными слоями и пространственной однородности химического состава. Сравнение спектров электролюминесценции до и после светового воздействия дает возможность выявить образование центров безызлучательной рекомбинации в фотопоглощающем слое и на его границах с транспортными слоями. Анализ кинетик изменения параметров полосы фотолюминесценции, полученных при измерении тока короткого замыкания и напряжения холостого хода, позволяет установить доминирующие фотоиндуцированные процессы, приводящие к изменению интенсивности полосы фотолюминесценции.

Биографии авторов

Наталья Сергеевна Магонь, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

аспирантка кафедры энергофизики физического факультета. Научный руководитель – А. В. Мазаник

Ольга Васильевна Королик, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; заведующий научно-исследовательской лабораторией энергоэффективных материалов и технологий кафедры энергофизики физического факультета

Александр Васильевич Мазаник, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; заведующий кафедрой энергофизики физического факультета

Литература

  1. Park N-G, Grätzel M, Miyasaka T, editors. Organic-inorganic halide perovskite photovoltaics: from fundamentals to device architectures. [Cham]: Springer; 2016. viii, 366 p.
  2. Ščajev P, Miasojedovas S, Juršėnas S. A carrier density dependent diffusion coefficient, recombination rate and diffusion length in MAPbI3 and MAPbBr3 crystals measured under one-and two-photon excitations. Journal of Materials Chemistry C. 2020;8(30):10290–10301. DOI: 10.1039/D0TC02283G.
  3. Di Zhou, Tiantian Zhou, Yu Tian, Xiaolong Zhu, Yafang Tu. Perovskite-based solar cells: materials, methods, and future perspectives. Journal of Nanomaterials. 2018:8148072. DOI: 10.1155/2018/8148072.
  4. Kojima A, Teshima K, Shirai Y, Miyasaka T. Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. Journal of the American Chemical Society. 2009;131(17):6050–6051. DOI: 10.1021/ja809598r.
  5. Gottesman R, Zaban A. Perovskites for photovoltaics in the spotlight: photoinduced physical changes and their implications. Accounts of Chemical Research. 2016;49(2):320–329. DOI: 10.1021/acs.accounts.5b00446.
  6. Berhe TA, Wei-Nien Su, Ching-Hsiang Chen, Chun-Jern Pan, Ju-Hsiang Cheng, Hung-Ming Chen, et al. Organometal halide perovskite solar cells: degradation and stability. Energy & Environmental Science. 2016;9(2):323–356. DOI: 10.1039/C5EE02733K.
  7. Jeong-Hyeok Im, Chang-Ryul Lee, Jin-Wook Lee, Sang-Won Park, Nam-Gyu Park. 6.5 % efficient perovskite quantum-dot-sensitized solar cell. Nanoscale. 2011;3(10):4088–4093. DOI: 10.1039/C1NR10867K.
  8. Dong Yang, Ruixia Yang, Xiaodong Ren, Xuejie Zhu, Zhou Yang, Can Li, et al. Hysteresis-suppressed high-efficiency flexible perovskite solar cells using solid-state ionic-liquids for effective electron transport. Advanced Materials. 2016;28(26):5206–5213. DOI: 10.1002/adma.201600446.
  9. Domanski K, Roose B, Matsui T, Saliba M, Turren-Cruz S-H, Correa-Baena J-P, et al. Migration of cations induces reversible performance losses over day/night cycling in perovskite solar cells. Energy & Environmental Science. 2017;10(2):604–613. DOI: 10.1039/C6EE03352K.
  10. Yanqing Yao, Gang Wang, Fei Wu, Debei Liu, Chunyan Lin, Xi Rao, et al. The interface degradation of planar organic-inorganic perovskite solar cell traced by light beam induced current (LBIC). RSC Advances. 2017;7(68):42973–42978. DOI: 10.1039/C7RA06423C.
  11. Jiangang Hu, Gottesman R, Gouda L, Kama A, Priel M, Tirosh S, et al. Photovoltage behavior in perovskite solar cells under light-soaking showing photoinduced interfacial changes. ACS Energy Letters. 2017;2(5):950–956. DOI: 10.1021/acsenergylett.7b00212.
  12. Yicheng Zhao, Wenke Zhou, Hairen Tan, Rui Fu, Qi Li, Fang Lin, et al. Mobile-ion-induced degradation of organic hole-selective layers in perovskite solar cells. The Journal of Physical Chemistry C. 2017;121(27):14517–14523. DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b04684.
  13. de Souza ECC, Muccillo R. Properties and applications of perovskite proton conductors. Materials Research. 2010;13(3):385–394. DOI: 10.1590/S1516-14392010000300018.
  14. Christians JA, Miranda Herrera PA, Kamat PV. Transformation of the excited state and photovoltaic efficiency of CH3NH3PbI3 perovskite upon controlled exposure to humidified air. Journal of the American Chemical Society. 2015;137(4):1530–1538. DOI: 10.1021/ja511132a.
  15. Dian Wang, Wright M, Elumalai NK, Uddin A. Stability of perovskite solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2016;147:255–275. DOI: 10.1016/j.solmat.2015.12.025.
  16. Khenkin M, Anoop KM, Visoly-Fisher I, Kolusheva S, Galagan Yu, Di Giacomo F, et al. Dynamics of photoinduced degradation of perovskite photovoltaics: from reversible to irreversible processes. ACS Applied Energy Materials. 2018;1(2):799–806. DOI: 10.1021/acsaem.7b00256.
  17. Prete M, Khenkin MV, Glowienka D, Patil BR, Lissau JS, Dogan I, et al. Bias-dependent dynamics of degradation and recovery in perovskite solar cells. ACS Applied Energy Materials. 2021;4(7):6562–6573. DOI: 10.1021/acsaem.1c00588.
  18. Khenkin MV, Anoop KM, Visoly-Fisher I, Di Giacomo F, Dogan I, Patil BR, et al. Peculiarities of perovskite photovoltaics degradation and how to account for them in stability studies. In: 47th IEEE photovoltaic specialists conference (PVSC); 2020 June 15 – August 21; Calgary, Canada. [S. l.]: Institute of Electrical and Electronics Engineers; 2020. p. 0305–0308. DOI: 10.1109/PVSC45281.2020.9300576.
  19. Mahon NS, Korolik OV, Khenkin MV, Arnaoutakis GE, Galagan Yu, Soriūtė V, et al. Photoluminescence kinetics for monitoring photoinduced processes in perovskite solar cells. Solar Energy. 2020;195:114–120. DOI: 10.1016/j.solener.2019.11.050.
  20. Ledinský M, Löper P, Niesen B, Holovský J, Soo-Jin Moon, Jun-Ho Yum, et al. Raman spectroscopy of organic-inorganic halide perovskites. The Journal of Physical Chemistry Letters. 2015;6(3):401–406. DOI: 10.1021/jz5026323.
Опубликован
2022-01-27
Ключевые слова: конфокальный спектрометр, люминесценция, комбинационное рассеяние света, органо-неорганические перовскиты, перовскитные солнечные элементы, методика исследования фотостабильности
Поддерживающие организации Работа выполнена при поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (проект № Ф20ПТИ-019).
Как цитировать
Магонь, Н. С., Королик, О. В., & Мазаник, А. В. (2022). Методика исследования фотостабильности солнечных элементов на основе органо-неорганических перовскитов с помощью конфокального спектрометра. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 1, 88-97. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-1-88-97
Выпуск
№ 1 (2022): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Приборы и методы исследований

Copyright (c) 2022 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).