Control over grain size and crystallinity: Role of trap states in perovskites II (Perocryst)

晶粒尺寸和结晶度的控制:陷阱态在钙钛矿 II(Perocryst)中的作用

基本信息

项目摘要

The project “Control over grain size and crystallinity: Role of trap states in perovskites (II) (Perocryst)” is a highly interdisciplinary project between physics and materials science / physical chemistry coupling the expertises of Prof. Lukas Schmidt-Mende (device physics, nanoscience) and Prof. Sabine Ludwigs (controlled crystallization, morphology tuning, materials science). The main objective of the project is to gain a deeper understanding and control of nucleation and crystal growth of high quality perovskite films to ultimately improve solar cell performance in terms of reproducibility, efficiency and stability. The crystallization shall be manipulated and guided towards single crystalline thin perovskite films with ideally no defects and grain boundaries. Systematic correlations of the number of grain boundaries and size of domains with respect to their role as trap states shall be established. In the project we will focus on material processing and post-annealing, in depth investigation of the parameters influencing the film crystallization, such as topographically & chemically patterned substrates and electric field guided growth, and finally the opto-electronic characterization, including (anisotropic) charge transport, solar cell performance and dynamic characterization of transport and recombination. The key to success of our strategy is that our preparation methods allow a reproducible perovskite film formation with tailored number of grain boundaries. Our post-annealing approaches allow a direct means to tune nucleation and guide crystal growth. Single crystals in films are ultimately targeted as perfect candidates for solar cells. The combination of in-situ characterization tools for the crystal growth and in depth-characterization on films allows a systematic approach to improve the film quality and understand the growth mechanism and its governing parameters. With our project, we aim to obtain single crystalline films or films with a low number of grain boundaries / low nucleation densities. We want to establish design rules for best quality crystallized films which shall enable us to conclude on structure-function relationships between film quality and crystal structure, stability and device performance in solar cells.
该项目“控制晶粒尺寸和结晶度:陷阱态在钙钛矿(II)(Perocryst)中的作用”是物理学和材料科学/物理化学之间的高度跨学科项目,耦合Lukas Schmidt-Mende教授(器件物理,纳米科学)和Sabine Ludwigs教授(受控结晶,形态调整,材料科学)的专业知识。该项目的主要目标是更深入地了解和控制高质量钙钛矿薄膜的成核和晶体生长,以最终提高太阳能电池在再现性,效率和稳定性方面的性能。结晶应被操纵和引导朝向理想地没有缺陷和晶界的单晶薄钙钛矿膜。应建立晶界数量和畴大小与其作为陷阱态的作用之间的系统相关性。在该项目中,我们将专注于材料加工和后退火,深入研究影响薄膜结晶的参数,如地形和化学图案化衬底和电场引导生长,最后是光电特性,包括(各向异性)电荷传输,太阳能电池性能和传输和复合的动态特性。我们的战略成功的关键是我们的制备方法允许可重复的钙钛矿薄膜形成,具有定制的晶界数量。我们的后退火方法允许直接调节成核和引导晶体生长。薄膜中的单晶体最终成为太阳能电池的理想候选者。用于晶体生长的原位表征工具和膜上的深度表征的组合允许系统的方法来改善膜质量并理解生长机制及其控制参数。通过我们的项目,我们的目标是获得单晶薄膜或具有少量晶界/低成核密度的薄膜。我们希望建立最佳质量的结晶薄膜的设计规则,这将使我们能够得出结论的薄膜质量和晶体结构,稳定性和太阳能电池的器件性能之间的结构-功能关系。

项目成果

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