Published February 18, 2019
| Version v1
Publication
Open
Strain engineering in perovskite solar cells and its impacts on carrier dynamics
Creators
- 1. Beijing Institute of Technology
- 2. Jilin University
- 3. Peking University
- 4. China University of Petroleum, Beijing
- 5. Beijing University of Technology
- 6. Hong Kong University of Science and Technology
- 7. University of Hong Kong
Description
The mixed halide perovskites have emerged as outstanding light absorbers for efficient solar cells. Unfortunately, it reveals inhomogeneity in these polycrystalline films due to composition separation, which leads to local lattice mismatches and emergent residual strains consequently. Thus far, the understanding of these residual strains and their effects on photovoltaic device performance is absent. Herein we study the evolution of residual strain over the films by depth-dependent grazing incident X-ray diffraction measurements. We identify the gradient distribution of in-plane strain component perpendicular to the substrate. Moreover, we reveal its impacts on the carrier dynamics over corresponding solar cells, which is stemmed from the strain induced energy bands bending of the perovskite absorber as indicated by first-principles calculations. Eventually, we modulate the status of residual strains in a controllable manner, which leads to enhanced PCEs up to 20.7% (certified) in devices via rational strain engineering.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
برزت بيروفسكايت الهاليد المختلط كممتصات ضوء متميزة للخلايا الشمسية الفعالة. لسوء الحظ، فإنه يكشف عن عدم التجانس في هذه الأفلام متعددة الكريستالات بسبب فصل التكوين، مما يؤدي إلى عدم تطابق الشبكات المحلية والسلالات المتبقية الناشئة وبالتالي. حتى الآن، لا يوجد فهم لهذه السلالات المتبقية وتأثيراتها على أداء الجهاز الكهروضوئي. ندرس هنا تطور الإجهاد المتبقي على الأغشية من خلال قياسات حيود الأشعة السينية لحادث الرعي المعتمد على العمق. نحدد التوزيع المتدرج لمكون الانفعال داخل الطائرة بشكل عمودي على الركيزة. علاوة على ذلك، نكشف عن آثاره على ديناميكيات الناقل على الخلايا الشمسية المقابلة، والتي تنبع من انحناء نطاقات الطاقة المستحثة بالإجهاد لامتصاص البيروفسكايت كما هو موضح في حسابات المبادئ الأولى. في النهاية، نقوم بتعديل حالة السلالات المتبقية بطريقة يمكن التحكم فيها، مما يؤدي إلى تعزيز PCEs بنسبة تصل إلى 20.7 ٪ (معتمدة) في الأجهزة عبر هندسة السلالات العقلانية.Translated Description (French)
Les pérovskites aux halogénures mixtes sont apparues comme des absorbeurs de lumière exceptionnels pour des cellules solaires efficaces. Malheureusement, il révèle une inhomogénéité dans ces films polycristallins en raison de la séparation de la composition, ce qui conduit à des mésappariements de réseau locaux et à des souches résiduelles émergentes en conséquence. Jusqu'à présent, la compréhension de ces contraintes résiduelles et de leurs effets sur les performances des dispositifs photovoltaïques est absente. Nous étudions ici l'évolution de la déformation résiduelle sur les films par des mesures de diffraction des rayons X incidentes en fonction de la profondeur. Nous identifions la distribution de gradient de la composante de déformation dans le plan perpendiculaire au substrat. De plus, nous révélons ses impacts sur la dynamique des porteurs sur les cellules solaires correspondantes, qui provient de la flexion des bandes d'énergie induites par la déformation de l'absorbeur de pérovskite, comme indiqué par les calculs des premiers principes. Finalement, nous modulons l'état des souches résiduelles de manière contrôlable, ce qui conduit à des pce améliorés jusqu'à 20,7 % (certifiés) dans les dispositifs via une ingénierie rationnelle des souches.Translated Description (Spanish)
Las perovskitas de haluro mixto han surgido como excelentes absorbentes de luz para células solares eficientes. Desafortunadamente, revela falta de homogeneidad en estas películas policristalinas debido a la separación de la composición, lo que conduce a desajustes de la red local y, en consecuencia, a tensiones residuales emergentes. Hasta ahora, la comprensión de estas tensiones residuales y sus efectos en el rendimiento del dispositivo fotovoltaico está ausente. Aquí estudiamos la evolución de la deformación residual sobre las películas mediante mediciones de difracción de rayos X incidente de pastoreo dependiente de la profundidad. Identificamos la distribución del gradiente de la componente de deformación en el plano perpendicular al sustrato. Además, revelamos sus impactos en la dinámica del portador sobre las células solares correspondientes, que se deriva de la flexión de las bandas de energía inducida por la tensión del absorbente de perovskita como lo indican los cálculos de los primeros principios. Eventualmente, modulamos el estado de las deformaciones residuales de manera controlable, lo que conduce a PCE mejorados hasta un 20,7% (certificados) en los dispositivos a través de la ingeniería racional de deformaciones.Files
s41467-019-08507-4.pdf.pdf
Files
(1.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:5fda033f77e7296f0d40e105eafd4f57
|
1.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- هندسة الإجهاد في الخلايا الشمسية البيروفسكية وتأثيراتها على ديناميكيات الناقل
- Translated title (French)
- Ingénierie des contraintes dans les cellules solaires à pérovskite et ses impacts sur la dynamique des porteurs
- Translated title (Spanish)
- Ingeniería de deformación en células solares de perovskita y sus impactos en la dinámica del portador
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2912153941
- DOI
- 10.1038/s41467-019-08507-4
References
- https://openalex.org/W1970127494
- https://openalex.org/W1970810735
- https://openalex.org/W1981368803
- https://openalex.org/W1983585927
- https://openalex.org/W1996863384
- https://openalex.org/W1998343415
- https://openalex.org/W2000536749
- https://openalex.org/W2007395042
- https://openalex.org/W2011472471
- https://openalex.org/W2012327696
- https://openalex.org/W2052052830
- https://openalex.org/W2052356532
- https://openalex.org/W2054093403
- https://openalex.org/W2075511306
- https://openalex.org/W2082006646
- https://openalex.org/W2083222334
- https://openalex.org/W2085359721
- https://openalex.org/W2087642091
- https://openalex.org/W2093594114
- https://openalex.org/W2100244982
- https://openalex.org/W2124205171
- https://openalex.org/W2125469086
- https://openalex.org/W2138918945
- https://openalex.org/W2170302100
- https://openalex.org/W2197824282
- https://openalex.org/W2301656337
- https://openalex.org/W2314462761
- https://openalex.org/W2327721819
- https://openalex.org/W2338027194
- https://openalex.org/W2395081394
- https://openalex.org/W2410619939
- https://openalex.org/W2467648336
- https://openalex.org/W2506805592
- https://openalex.org/W2510009842
- https://openalex.org/W2537364077
- https://openalex.org/W2557553337
- https://openalex.org/W2559228609
- https://openalex.org/W2560748970
- https://openalex.org/W2561622681
- https://openalex.org/W2591900169
- https://openalex.org/W2598285699
- https://openalex.org/W2602430337
- https://openalex.org/W2603449698
- https://openalex.org/W2604760266
- https://openalex.org/W2611852394
- https://openalex.org/W2613455907
- https://openalex.org/W2618505131
- https://openalex.org/W2624352978
- https://openalex.org/W2626466860
- https://openalex.org/W2729523528
- https://openalex.org/W2731818310
- https://openalex.org/W2735613780
- https://openalex.org/W2735952616
- https://openalex.org/W2741920203
- https://openalex.org/W2748578943
- https://openalex.org/W2755332538
- https://openalex.org/W2755947364
- https://openalex.org/W2770830442
- https://openalex.org/W2771319237
- https://openalex.org/W2780459020
- https://openalex.org/W2790131079
- https://openalex.org/W2799854290
- https://openalex.org/W2801228296
- https://openalex.org/W2883779301
- https://openalex.org/W3100606776
- https://openalex.org/W3150461863
- https://openalex.org/W4239574994