Organické mezivrstvy v perovskitových solárních článcích představují klíčovou složku pro zlepšení jejich stability, účinnosti a životnosti. Tyto vrstvy, obvykle tvořené alkylamonium nebo aromatickými aminosůlmi se stereocyklickou strukturou, vykazují dobrou tepelnou stabilitu, odolnost proti UV záření a vlhkosti. Tato stabilita je nezbytná pro zajištění dlouhodobé funkčnosti solárních článků, které jsou vystaveny vnějším vlivům, jako je sluneční záření a vlhkost v atmosféře. Organické složky, které mají velkou prostorovou překážku, pak mohou bránit transportu nábojů přes Van der Waalsovy mezery, což může negativně ovlivnit účinnost zařízení.

Na druhou stranu, aminosůl s konjugovanou strukturou, která se rozšiřuje do aminových skupin a vykazuje vlastnosti - stohování mezi organickými molekulami, jsou pro transport nábojů výhodné. Tato struktura zlepšuje elektronový pohyb v perovskitovém materiálu a tím i celkovou účinnost solárních článků. Využití těchto organických molekul, které obsahují prvky síry (S), jodu (I) a fosforu (P), může vést k silnější interakci s halogenovými vakancemi a k vytvoření materiálů s nízkým zakázaným pásmem. Tyto materiály mohou kompenzovat absorpci světla tradičními 3D perovskity a tím zvyšují efektivitu solárních článků.

Významným směrem pro zlepšení účinnosti perovskitových solárních článků je inženýrství dimenzí a struktury materiálů. Kombinace 2D a 3D perovskitů vytváří heterojunkce, které mohou významně zlepšit elektrické a optické vlastnosti solárních článků. Tento přístup se zaměřuje na kontrolu růstových kinetik tenkých vrstev a na pochopení sekvence vzniku 2D a 3D perovskitů. Zatímco výzkum v této oblasti pokračuje, zatím není dostatek studií zaměřených na vztah mezi strukturou organických mezivrstev a dimenzionalitou jejich vytvořených LD perovskitů. To naznačuje, že pro dosažení lepší stability a účinnosti je třeba dále zkoumat vliv těchto faktorů na celkový výkon solárních článků.

Dalšími faktory, které je nutno zohlednit při navrhování perovskitových článků s organickými mezivrstevami, jsou optimální výběr rozpouštědel a metod přípravy. Výběr vhodného rozpouštědla je klíčový pro dosažení požadované struktury a stabilitu materiálů, přičemž konstantní dielektrická permitivita a Gutmannovo číslo jsou parametry, které by měly být při volbě rozpouštědla zohledněny. Také je důležité posoudit stabilitu těchto hybridních perovskitových článků v dlouhodobých testech, kdy je sledováno jejich chování při maximálním sledování výkonu v atmosferických podmínkách.

Pokud jde o strukturu perovskitových solárních článků, v budoucnu bude nutné se zaměřit na inženýrství komponent a rozměrů, aby byla dosažena optimální kombinace stability a přenosu nábojů. Výzvou je najít správnou rovnováhu mezi organickými mezivrstvami a inorganickými perovskity, aby se dosáhlo vysoké účinnosti při současném zajištění dlouhodobé stability článků.

Mezi klíčové výzvy, které je třeba vyřešit, patří otázka distribuce LD perovskitů v tenkých vrstvách a její vliv na celkovou strukturu článku. Rovněž je nutné pokračovat ve výzkumu vztahu mezi strukturou organických mezivrstev a dimenzionalitou vytvořených LD perovskitů, aby bylo možné lépe pochopit, jak tyto faktory ovlivňují výsledný výkon. Vývoj nových metod přípravy těchto heterojunkcí a optimalizace růstových podmínek mohou vést k významnému zlepšení účinnosti a stability perovskitových solárních článků, což bude klíčové pro jejich širší komerční využití v budoucnu.

Jak organické diaminy ovlivňují vlastnosti nízkorozměrových perovskitových solárních článků?

V posledních letech se organické diaminy, zejména ty s různými délky uhlíkového řetězce, ukázaly jako velmi důležité pro vývoj nízkorozměrových perovskitových solárních článků. Tyto diaminy hrají klíčovou roli při ovlivňování struktury a fotovoltaických vlastností perovskitových filmů. Studie provedené Zhengem et al. ukazují, jak různá alkyldiaminy, jako jsou 1,3-propanediamin (PDA), 1,4-butanediamin (BDA), 1,5-pentanediamin (PeDA) a 1,6-hexanediamin (HDA), ovlivňují šířku a distribuci kvantových jamek (QWs) v perovskitových vrstvách.

Významným zjištěním je, že ligandy na bázi PDA a BDA vedou k perovskitovým filmům s rovnoměrnější distribucí QWs, což je klíčové pro dosažení vyšší efektivity a stability solárních článků. Naopak, použití ligandu PeDA a HDA způsobuje nerovnoměrnou distribuci QWs, což může mít negativní dopad na výkon zařízení. To je patrné i při měření UV/vis absorpčních spekter, kde PDA a BDA vykazují posun směrem k modré barvě, což naznačuje zvýšení energetické mezery a lepší strukturu materiálu.

Kromě toho je důležité si uvědomit, že struktura perovskitových materiálů, které obsahují PDA a BDA, vykazuje menší poruchovost a lepší vertikální růst zrn, což přispívá k vyšší účinnosti a dlouhodobé stabilitě solárních článků. Pro solární články založené na PDA byla dosažena PCE (účinnost konverze energie) až 14,16 %, zatímco pro BDA dosáhla PCE hodnoty 16,38 %. Naopak, perovskitové články založené na PeDA a HDA měly nižší účinnost, přičemž PCE PeDA byla 12,95 % a HDA 10,55 %.

Kromě výše zmíněných přínosů, organické diaminy jako PDA a BDA zlepšují také mobilitu nosičů náboje a délku difúze nosičů, což jsou faktory, které pozitivně ovlivňují celkový výkon perovskitových solárních článků. Využití těchto ligandů může tedy být klíčem k vysoce účinným a stabilním solárním článkům na bázi perovskitů.

Významným krokem v dalším vývoji těchto materiálů by mělo být zaměření na interakci organických aminů s prekursorovými roztoky, což pomůže zpomalit předčasnou precipitaci organických aminných skupin a zajistit vznik čistých fází při přípravě filmů. Dále se doporučuje zkoumat zavedení heteroatomů nebo konjugovaných struktur, které by mohly podpořit přenos náboje mezi anorganickými vrstvami. Tento přístup by mohl vést k ještě lepším vlastnostem nízkorozměrových perovskitových materiálů a jejich větší efektivitě.

Dalším směrem výzkumu je zavádění benzenových cyklů do perovskitových struktur. Látky, jako je 1,4-fenyldimethylamin (PDMA), vykazují slibné výsledky. Bylo prokázáno, že PDMA má pozitivní vliv na orientaci krystalů v perovskitových vrstvách a přispívá k vytváření vysoce orientovaných struktur. Významným přínosem je i zkrácení vzdálenosti mezi anorganickými vrstvami, což zlepšuje elektrickou vodivost a stabilitu těchto materiálů. PCE perovskitů na bázi PDMA dosáhla až 15,6 %, což je velmi vysoká hodnota pro tento typ materiálu.

Fluorované organické ligandy, jako je 4-fluor-1,4-benzen-dimethylamin (4FPhDMA), ukazují také na zlepšení stability a účinnosti perovskitových článků. Využití těchto ligandu zvyšuje kvalitu filmů a jejich stabilitu díky nekovalentním interakcím mezi organickými ligandy a anorganickými vrstvami. Solární články na bázi 4FPhDMA dosahují účinnosti až 16,62 %, což je jedno z nejvyšších dosažených výsledků pro 2DDJ perovskity.

Je třeba si však uvědomit, že použití benzenových cyklů a jejich rigidita může omezit volnost uspořádání anorganických vrstev, což může být výzvou pro další zlepšení těchto materiálů. S ohledem na tyto skutečnosti je nezbytné pokračovat v hlubším výzkumu a optimalizaci těchto systémů pro dosažení lepších výsledků v komerčních aplikacích.

Jak lze využít data z InSAR pro monitorování změn v podzemních vodách a udržitelnost zdrojů vody?
Proč tvrdá práce může zabíjet? Jaké jsou skutečné důsledky pracovního nadměru a jak najít rovnováhu
Jaký je vliv udržitelné inovace a frugal engineering na efektivitu a konkurenceschopnost v západních korporacích?
Kdy má černý dostatečnou kompenzaci za pěšce v damgambitech?
Jaké tajemství skrývá krajina Jurského období?
Jak vytvořit histogramy a tabulky četností pro přesnější analýzu dat