تصميم الهياكل الجزيئية للتخميل من أجل تقليل فقد جهد الدائرة المفتوحة في خلايا الطاقة الشمسية البيروفيسكية

أصبح تخميل العيوب الإلكترونية على السطح وحدود الحبيبات في مواد البيروفيسكايت واحدة من أهم الاستراتيجيات لكبح إعادة اتحاد الشحنة في خلايا الطاقة الشمسية البيروفيسكية متعددة البلورات والبلورات الأحادية. على الرغم من الإبلاغ عن العديد من جزيئات التخميل، لا يزال آلية التخميل لمجموعات الوظائف المختلفة غير واضحة للغاية. هنا، نقوم بتصميم هياكل مجموعات الوظائف الجزيئية للتخميل بشكل منهجي، بما في ذلك مجموعات الكربوكسيل والأمين والإيزوبروبيل والفينيثيل و tert-butylphenethyl، ونقوم بدراسة قدرتها على التخميل للبروفسكيت. تكشف النتائج أن مجموعات الكربوكسيل والأمين ستعالج العيوب المشحونة من خلال التفاعلات الكهروستاتيكية، ويمكن تقليل العيوب المرتبطة باليود المحايد بواسطة الهياكل العطرية. يمكن أن يؤدي التحكم الحكيم في التفاعل بين البيروفيسكايت والجزيئات إلى تحقيق تخميل حواف الحبوب، بما في ذلك تلك التي تتجه بعمق نحو الركائز. يسمح فهم الآليات الأساسية لنا بتصميم جزيء تخميل جديد، D-4- tert-butylphenylalanine، مما ينتج عنه خلايا شمسية ذات هيكل p-i ذات أداء مرتفع بكفاءة مستقرة تبلغ 21.4%. يصل جهد الدائرة المفتوحة (VOC) لجهاز ذو فجوة بصرية قدرها 1.57 eV لطبقة البيروفيسكايت إلى 1.23 فولت، مما يتوافق مع عجز VOC صغير قياسي قدره 0.34 فولت. توفر نتائجنا توجيهات لتصميم جزيئات تخميل جديدة لتحقيق تطبيقات متعددة الأوجه في إلكترونيات البيروفيسكايت.