Аннотация результатов, полученных в 2021 году
На первом этапе работ мы исследовали возможности применения перспективных низкоразмерных материалов, таких как максены (Ti3C2) и трисульфиды металлов (HfS3, TiS3). Мксены обладают высокой электропроводностью, а трисульфиды металлов селективно-транспортными свойствами. Поставленной задачей было исследование влияния используемого типа низкоразмерных материалов на интерфейсе С60 – медь на стабильность приборных характеристик ПСЭ. В результате эксперимента было определено, что при постоянном фотонасыщении наиболее стабильно работают устройства со максенами, они сохраняют 80% от начального КПД практически 1100 часов, в то время как эталонные устройства менее 1000 часов. Устройства с трисульфидами гафния и титана показали отсутствие снижения средних значений КПД на протяжении более 700 часов (испытания продолжаются). Используя комплекс измерений спектроскопии адмиттанса, DLTS и RDLTS, мы оценили изменения численных параметров дефектов для ПСЭ CsFAPbI3 с легированием Cl в условиях непрерывного фотонасыщения. Частичное замещение Cl-аниона в химическом составе перовскитового поглотителя улучшило значение КПД с 17,06 до 19,39%. Оценка стабильности при непрерывном фотонасыщении в условиях Voc показала увеличение периода стабилизации T80 с 650 ч до 1280 ч для устройств, легированных Cl, по сравнению с эталонными (CsFAPbI3). Мы обнаружили три вида заряженных дефектов в ПСЭ на основе стехиометрического трииодидного перовскита - CsFAPbI3: 0,41 эВ, рассчитанных из адмиттанса (возможно VI,); 0,37 эВ,рассчитанных из DLTS (возможно I-FA или V-Cs,) и 0,76 эВ, рассчитанных из R-DLTS (возможно I-Pb или Ii,). Дефекты в допированных Cl ПСЭ демонстрировали различные энергетические уровни: 0,42 эВ, рассчитанных из адмиттанса (возможно, VI); 0,53 и 0,57 эВ (возможно, VFA для обоих), м DLTS и R-DLTS соответственно. Мы предполагаем, что устранение дефектов замещения I-Pb в Cl-допированных ПСЭ значительно уменьшило влияние нерадиационной рекомбинации на работу устройства и улучшило эффективность переноса заряда. После воздействия внешних факторов деградации на ПСЭ на основе CsFAPbI3 появились ловушки в высоких концентрациях более 10^14 см-2 на уровнях 0,62 и 0,64 эВ (возможно, VI или Ii). Для устройств на основе CsFAPbI3-xClx значения энергии активации стали мельче - 0,41 эВ (возможно VI) и 0,29 эВ (возможно VCs). Мы обнаружили, что Cl-допирование, реализованное для ПСЭ CsFAPbI3, подавляет образование дефектов замещения (I-Pb, I-FA) и йодных междоузлий, которые могут вызвать неблагоприятные фазовые переходы и коррозию на границах раздела. Наше комплексное исследование четко показало, что замещение Cl-аниона изменяет механизмы образования дефектов и задерживает динамику структурной деградации в ПСЭ. Наличие вакансий (VI, VCs) остается критическим фактором для длительной стабильной работы ПСК на основе двойных катионных композиций. Настоящая работа дает новое представление о поведении дефектов в СПП при постоянном внешнем напряжении, выявляет критические точки для стратегии Cl-добавки и стабилизации работы устройства.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Для комплексных исследований изменений приборных характеристик при внедрении НРМ первоначально были получены две группы образцов: НРМ на интерфейсе с зардо-транспортным слоем n-типа; НРМ в объеме перовскитного фотоактивного слоя. Средние значения КПД для опорных ПСЭ составили 18.1% с отклонением для лучших устройств до значений 19.9%. Введение максенов позволило повысить среднее значение КПД до 19.2%, а лучшие образцы продемонстрировали конкурентные значение до 20.9 %, что соответствует высокому уровню современного развития перовскитной фотовольтаики для p-i-n инвертированных архитектур. Для устройств HfS3 и TiS3 средние значение КПД были ниже 14% и не демонстрировали релевантных улучшений в сравнении с опорной конфигурацией. После получения данных об изменении КПД устройств при введении НРМ на интерфейс с зарядо-транспортным слоем n-типа мы перешили к анализу данных по введению НРМ в объем перовскитного фотоактивного слоя. Для образцов, легированных трисульфидами HfS3 и TiS3 было определено существенное снижение напряжения холостого хода в диапазоне 0.8 – 0.9 В, а также потеря шунтирующих свойств, в результате чего экспоненциальный участок ВАХ на большинстве образцов фактически отсутствовал. Совокупность изменения напряжения холостого хода, плотности тока короткого замыкания и фактора заполнения продемонстрировала незначительные изменения при внедрении максенов в объем фотоактивной пленки (увеличение КПД от 18.2 до 18.7%), но критически большое снижение КПД для образцов с трисульфидами (КПД<10%). Проанализировав экспериментальные подходы по нанесению НРМ Ti3C2 на интерфейс гидрофобной поверхности С60 мы провели оптимизацию режимов нанесения для получения равномерной морфологии микрочешуек материла. Мы провели апробацию концентраций в диапазоне 0,5-5,0 мг/мл. Был определен эффект кластеризации металлических максенов при высоких концентрациях, при этом средняя толщина прослойки менялась от 9 до 12 нм. Измерение тушения фотолюминесценции показали, что сильное тушение ФЛ происходит в многослойном слое с концентрацией максенов 0,75 мг/мл, в то время как в образцах, изготовленных с другими концентрациями тушение слабее. Чтобы охарактеризовать динамику рекомбинации носителей, мы провели измерения ФЛ с временным разрешением (TRPL). Значения времен жизни фотоносителей составили 81,83 нс для опорного стека, которые увеличиваются до 99,23 нс при использовании НРМ Ti3C2(+13%). После получения информации о повышении равномерности распределения НРМ на интерфейсе с ЗТС и повышении времени жизни фотоносителей были изготовлены прототипы ПСЭ. Значения напряжения разомкнутой цепи (Voc) увеличились с 1,07 ± 0,007 В для опорных конфигураций до 1,12 В с оптимизированной морфологией прослойки Ti3C2. В то же время легирование НРМ незначительно увеличивает средние значения плотности тока короткого замыкания и коэффициента заполнения (FF). В результате КПД лучшего устройства увеличился до 21,48%. Анализ измерений МРРТ демонстрирует, что при введении НРМ Ti3C2 в объем фотоактивной пленки не ведёт к релевантному повышению стабильности устройств. Для устройств с максенами в объеме и на интерфейсе с ЭТЛ составил менее 12,4 % за 3650 часов, для конфигурации с Ti3C2 только на интерфейсе с ЭТЛ менее 6,1% за 4000 часов. Таким образом было достигнут целевой показатель стабилизации более 3000 часов с КПД не менее 21%. В результатах представлены спектры для ионов с энергией активации 0,55 эВ для перед и после первого DLTS. Значительный рост концентрации данного вида ионов заметен в исследуемом образце с максенами в слое C60. Несмотря на малую амплитуду плеча в емкости по сравнению с референсным образцом. После нагрева сигнал значительно вырос относительно своего исходного значения, что говорит о постепенном увеличении концентрации 0,55 эВ ионов при нагреве.. Для референсного образца амплитуда пиков в DLTS и RDLTS примерно равна. Одинаковая амплитуда и пик при температуре чуть выше 250 K может означать, что сигнал обусловлен одним ионом с энергией активации ~0,55 эВ, который мы видели ранее в спектрах адмиттанса. Результаты полученные спектроскопией адмиттанса говорят о постепенном накапливании ионов у границы перовскит/C60 а данные емкостной спектроскопии говорят о ассиметричной кинетике мобильных ионов (0,55÷0,65 эВ) и ограниченной возможности двигаться их при приложении прямого смещения. Для исследования влияния композитных прослоек максенов Ti3C2, блокирующих дырки, на диффузию ионов мы провели оже-элементное профилирование для модельных устройств с максенами и без них как для изготовленных, так и после продолжительного фотонасыщения (500 часов). Оже-профили показывают, что приборные структуры после фотонасыщения демонстрируют значительное расширение профилей йода на опорных образцах структурах, в то время как на структуре с максенами этого не происходит. Таким образом, Оже-анализ показывает, что использование максенов Ti3C2 на гетерограницах снижает скорость деградации интерфейса, ограничивающего миграцию йода. Анализ характеристик нарастания перовскитных ФЭП (TPC) показывает более быстрое нарастание профиля тока для образцов с Ti3C2, что свидетельствует об улучшенном извлечении заряда, что позволяет достичь стабильного значения тока за меньшее время. Непосредственно для ПСЭ Ti3C2 время нарастания составило 2.7 мкс, а для опорной конфигурации 3.8 мкс. Анализ характера кривых релаксации TPV демонстрирует экспоненциальный тренд, из было определено, что время жизни увеличилось с 9.8 до 12.2 мкс. Более того, устройство с Ti3C2 показывает моноэкспоненциальный распад для всех интенсивностей света. Было проведено комплексное исследование контроля дефектных областей образцов галогенидных перовскитов на микроуровне при измерении спектров катодолюминесценции. Возбуждение электронным пучком было использовано для характеризации локальных электрических и оптических свойств, и их мониторинга под воздействием облучения для которого варьировалась энергия пучка (Eb) в диапазоне от 2,5 до 30 кэВ. В ходе исследований мы обнаружили, что спектры КЛ демонстрировали сильную трансформацию с увеличением дозы облучения и значительное смещение максимумов пиков от 2,23 эВ до >2,5 эВ. Использование большей энергии электронного пучка (>20 кэВ) оказалось предпочтительным для замедления образования дефектов, связанными с процессами разложения (свободный метил амин, метил амин в междоузлиях, вакансии брома и пр.). Пик эмиссии, равный 2,23 эВ был измерен только при Eb, равном 20 и 30 кэВ, что обеспечивает более глубокое проникновение вглубь по сравнению с более низкими энергиями электронного пучка. Процессы поверхностного разложения, вызванные условиями окружающей среды (загрязнение влагой и кислородом), распространяется с поверхности в объем MAPbBr3, поэтому использование больших Eb>20 кэВ устраняет влияние деградированного материала на спектры эмиссии. Полученные результаты показывают, что измерения КЛ могут предоставить ценную информацию относительно квазихимических реакций в MAPbBr3.