İyonik sıvı katkılı 3D/2D hibrit perovskite güneş hücrelerinin verim ve kararlılığının iyileştirilmesi

Perovskite güneş hücreleri (PSC), yüksek güç dönüşüm verimleri (PCE) ve düşük üretim maliyetleri ile fotovoltaik teknolojilerde devrim yaratmıştır. Ancak, bu hücrelerin uzun süreli kararlılığı ve çevresel dayanıklılığı, ticari uygulanabilirlik açısından önemli bir engel teşkil etmektedir. Bu çalışma, iyonik sıvı (İS) katkılarının PSC'lerin verim ve kararlılığını nasıl iyileştirebileceğini araştırmaktadır. Bu çalışmada, 1-butyl-4-methylpyridinium tetrafluoroborate (BMPyBF₄) iyonik sıvısının 3D/2D hibrit güneş hücrelerinde fotovoltaik performans ve kararlılığa etkisini araştırmaktadır. Cs₀.₀₅(FA₀.₉MA₀.₁)₀.₉₅Pb(I₀.₉Br₀.₁)₃ kompozisyonuna farklı oranlarda BMPyBF₄ katkılanarak optimize edilen hücrelerde XRD, Pole-Figure, GIWAXS, SEM, AFM, KPFM, XPS, UPS, ToF-SIMS, PL ve TRPL analizleri ile yapısal ve elektronik özellikler belirlenmiştir. DFT analizleri, BMPyBF₄'ün perovskite yüzeyi ile güçlü etkileşimler oluşturarak kusur pasivasyonu sağladığını ve yük taşıma bariyerlerini düşürdüğünü ortaya koymuştur. J-V, IPCE, EIS ve Mott-Schottky ölçümleri ile aygıt performansı ve yük taşıma dinamikleri değerlendirilmiştir. Optimum BMPyBF₄ katkı oranında (mmolce %0.5), hücre 1,18 V açık devre voltajı (VOC), 24,37 mA/cm² kısa devre akım yoğunluğu (JSC), %82 dolum faktörü (FF) ve %23,6 maksimum güç dönüşüm verimi (PCE) göstermiştir. ISOS protokollerine göre gerçekleştirilen operasyonel kararlılık testlerinde, kontrol hücresi 500 saat sonunda başlangıç verimliliğinin %33'ünü kaybederken, %0,5 BMPyBF₄ katkılı cihazlar 1000 saat sonunda ilk verimliliğin %99'unu korumuştur. Ayrıca, 65 °C'de termal dayanıklılık testlerinde, katkısız hücrede 100 saatin sonunda %59 kayıp gözlemlenirken, katkılı hücrede 200 saatin sonunda kayıp yalnızca %38 olarak ölçülmüştür. Bu sonuçlar, BMPyBF₄'ün kusur pasivasyonu sağlayarak yük taşıma dinamiklerini iyileştirdiğini ve rekombinasyon kayıplarını azalttığını göstermektedir. Bu çalışma, katkı mühendisliği ile PSC'lerin yük taşıma dinamiklerinin optimize edilebileceğini ve iyonik sıvı katkılarının bu süreçte kritik bir rol oynadığını ortaya koymaktadır.