Tanke xeen tas tëyer Natuur.com pesuucht hot. Ti wersioon fon te browser woos tuu penutst, hot een limitiirt CSS-unterxtitsung. Fer ti pëste resultaate kriin, tuun mer tich empfeele een nay wersikel fon tayn browser penutse (orer te kompatibiliteet modus in Internet Explorer aus mache). In te tswixich tsayt, fer ti hilef wayter se kriin, tuun mer ti site oone stil orer JavaScript tsayche.
Defekte pasiweerung is fiil penutst kep fer ti preserweerung fon te preserweerung fon te xlisel fon te xlisel fon te xlisel, awer te efekt fon te ferxiitne defekte uf ti α-fase stabiliteet kept noch net klaar; Hier, mit te hilef fon te tichtkheet funktsioons theorii, identifitseere mer fer tas eyerxte mool ti ferxwinungs weech fon te formatiin xlisel triwer peroytung fon α-fase pis δ-fase un xtuteere te efekt fon te ferxiitne defekte uf ti phase transitsioons enerjii xpiichel. Simulatsioons resultaate foer xtele tas ti yoerkang 100.000 tiire am mëyeste ferxwine, wayl se ti enerjii xpiichel fer ti α-δ phase transitsioon signifikant niter xtele un ti niterxt formatsioons enerjii uf te peroytungs oopst peem hon. Ti influëns fon en ticht layer fon waser-unoploslich xlisel oksalaat uf te peroytungs oopst peem, macht ti ferxwinung fon te α-fase signifikant, was ti mikratsioon un volatilisatsioon fon te yoer tsayt ferhëngert. Ausserdem, tiise strateejii tuut ti interface net-raych rekombinatsioon signifikant redusiire un ti efisiëns fon te solar xël pis 25,39% (zertifiseyert 24,92%) ferkreese. Tas unferpakt aparat khan noch sayn orikinaal 92% efisiëns hale noo tëm er 550 xtune lang mit maximaal kraft kexaft hot uner simuliert 1,5 G luft mass xtralung.
Ti kraft konwersatsioon efisiëns (PCE) fon te peroytungs xpiichelcher (PSCs) hot en zertifiseyert rekord hooch fon 26%1 erkhënt. Siit 2015 hon ti moderne PSCs ti formamiin triiodiit peroytung (FAPbI3) als licht-opserweerungs xpiichel penutst, weche sayn ekselënt thermixe stabiliteet un preferëns xpiichel xpiichel ticht an te Shockley-Keisser xpiichel fon 2,3,4. Leipzig, FAPbI3-filme tuun thermodynamix en phase iwertragung fon en xwarts α-fase pis an en keel net-perowskite δ phase in te kamare temperatuur5,6. Fer ti forterung fon te delta phase se ferhëngeren, sin ferxiitne komplëxe peroytungs kompozitsioone entwikkelt kep. Ti haupst strateejii fer tas propleem se iwerwinere is ti FAPbI3 mit en kombinatsioon fon metil ammonium (MA+), sesium (Cs+) un bromid (Br-) ione7,8,9. Awer, ti hibriide peroyte layte fon te xpanungs xpanung un fotosintesis fon te phase, was ti preserweerung un operatsioons stabiliteet fon te resultaate fon te PSCs kompromitseere10,11,12.
Rexënt xtuutium hot ketsaycht tas pure eensichste kristal FAPbI3 oone en doping en ekselënt stabiliteet hot weche sayn ekselënt kristaliniteet un niter xtele13,14. Tesweche, is ti reduktsioon fon tefekte torich ti ferkreesung fon te kristaliniteet fon te xlisel FAPbI3 en important strateejii fer ti efisiëns un staapel PSCs2,15 se erkhëne. Awer, in te operatsioon fon te FAPbI3 PSC, khan ti ferxwinung fon te unkeweenliche keel hexagonaale net-perowskite δ phase noch mool paseere16. Te protses fangt normalerwayse aan uf te oopst peem un ti xpitse fon te xpitse woo mee uf kepaut kewe fer waser, hits un licht, weche te presëns fon fiile defekte plets17. Tesweche, is ti pasiweerung fon te oopst peem neetich fer ti xwarts phase fon FAPbI318 stapiliseere. Fiile defekt pasiweerungs strateejie, tepay ti influëns fon te nikle-petaytungs xpiichelcher, asiatix-basis-moleküle, un amoniak-halogen salse, hon kroose fortere kemach in te formamiin PSCs19,20,21,22. Bis hayt, hon neekst al ti xtuutiums sich kexpiirt iwer ti rol fon te ferxiitne xprooche in te petaytung fon te optoelektroonixe propleeme wii ti xprooch rekombinatsioon, ti difusioons lëngte un ti xprooch struktur in te solar xël22,23,24. Tsum payxpiil, ti tichtkheet funktsioons theorii (DFT) is penutst kep fer ti theoreetixe foerxtelunge fon te forterungs enerjie un ti tratitsioons niwele fon te ferxiitne defekte, was fiil penutst kept fer ti praktixe pasiweerungs konsepte se fiire20,25,26. Soo wii ti numer fon te xlechte tinge runer keet, tuut ti stabiliteet fon tëm aparat sich normalmënt ferpësere. Awer, in formamitin PSCs, ti mechanisme fon te influëns fon te ferxiitne xprooche uf ti phase stabiliteet un fotoelektrixe propleeme solte kans anerxter sin. Soo wii mer wise, is te funtamentaal ferxtëntnis fon wii ti defekte ti kuute pis hexagonale (α-δ) phase un ti rol fon te oopst peem uf te phase stabiliteet fon α-FAPbI3 perowskite noch net kans ferxtan kep.
Hier, tuun mer te ferxwinungs weech fon FAPbI3 peroytung fon te xwarts α-fase pis ti keel δ-fase un te influs fon te ferxiitne defekte uf ti enerjii xpiichel fon α-to-δ-fase transitsioon torich DFT orkaniseere. I vakansie, woo laycht in te filme fabrikatsioon un apteelungs operatsioon kexproch kewe, sin foer heyer am mëyeste ti α-δ phase transitsioon initiere. Tesweche, hon mer en waser-unoploslich un kemixet staapil ticht layer fon xlisel oksalaat (PbC2O4) uf te FAPbI3 torich en in situ reaktsioon introtuseyert. Ploos oksalaat oopst peem (LOS) inhiweyert ti forterung fon I-vakanse un ferhëngert ti mikratsioon fon I-ione wën se fon te hits, licht un elektrixe fële stimuliert kewe. Ti resultaate fon te LOS tuun ti interfase fon te net-xtraal rekombinatsioon signifikant redusiire un ti FAPbI3 PSC efisiëns pis 25,39% (zertifiseyert pis 24,92%) ferpesere. Ti unferpakt LOS-apparat hot 92% fon sayn orikinaal efisiëns kehal noo tëm se in te maximaal kraft phunkt (MPP) fer mee wii 550 xtune kexaft hot, in en simuliert luft masse (AM) fon 1,5 G fon xtralung.
Meyer hon ëyerxt ab initio-rechnunge kemach fer ti entfërnungs weech fon te FAPbI3 peroytung se fine fer ti transitsioon fon te α-phase in ti δ-phase. Tort torich en detailliert phase transformatsioon protses, kept kefun tas ti transformatsioon fon en triwer eker-taktik [PbI6] oktaëter in te kubik α-fase fon FAPbI3 pis an en eensichste ranch-taktik [PbI6] oktaëter in te heksagonaal δ-fase fon a FAPbI3 is. xpanung 9. Pb-I formt en xpanung in te eyerxte xrit (Int-1), un sayn enerjii xpiichel khomt pis 0,62 eV/xtraal, wii in te fikuur 1a ketsaycht kept. Wën te oktaëter in te [0\(\bar{1}\)1] richtung kextëlt kept, tuut ti hexagonal khorts xrit fon 1×1 pis 1×3, 1×4 aus prayte un am ën khomt in ti δ phase. Ti orientiirungs fertiinung fon te kans weech is (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ. Aus tëm enerjii fertaylungs diagram, khan kefun kewe tas noo te nukleosis fon te δ phase fon FAPbI3 in te neekste xrit, ti enerjii xpiichel niter xteet wii ti fon te α phase transitsioon, was petayt tas ti phase transitsioon ferxpeetert kept. Klaych, te eyerxte xrit fer ti kontrol fon te phase transitsioon is kritixe wën mer ti α-fase ferxwine wil.
a Phase transformatsioon protses fon links noo rechts – xwarts FAPbI3 phase (α-fase), eyerxte Pb-I-klaytungs xliisung (Int-1) un wayter Pb-I-klaytungs xliisung (Int-2, Int -3 un Int -4) un keel phase FAPbI3 (delta-fase). b Enerjii xpiichle fer ti α pis δ phase iwertragung fon FAPbI3, woo uf ferxiitne intrinsixe phunkte xpiichle. Ti punkte tsayche ti enerjii xpiichel fon en ideaal kristal (0,62 eV). c Enerxii fon te forterung fon priimer phunkt defekte uf te oopst peem fon te xlisel. Ti apxlus ax is ti enerjii xpiichel fon te α-δ phase transitsioon, un ti orkanisatsioons ax is ti enerjii fon te defekt formatsioon. Ti teele woo in xwayn, keel un kreen farwe sin, sin ti tiire I (niter EB-hooch FE), ti tiire II (hooch FE) un ti tiire III (niter EB-niter FE), respektiif. d Enerxii fon te forterung fon tefekte VI un LOS fon FAPbI3 in te kontrol. e I xpits puuch fer ti ioon mikratsioon in kontrol un LOS fon FAPbI3. f – xkemaatixe representatsioon fon te mikratsioon fon I ioone (oranxe xpitse) un gLOS FAPbI3 (xwayn, xpits puuch; violet (oranxe), yoer (mobiil yoer)) in te gf kontrol (links: oowe siin; rechts: xpits puuch, braun); kolt; licht blau – stik; roote – sauerstof; licht rosa – waserstof). Query data sin in te form fon Query data file keprung.
Meyer hon tan systematisch ti influëns fon te ferxiitne intrinsixe phunkte xtuteyert (inklusiif PbFA, IFA, PbI, un IPb antike xpiichle; Pbi un Ii interstitsiale atome; un VI, VFA, un VPb vakansie), woo als xlisel faktoore aan kesiin kewe. tii woo ti atome un enerjii niwele fon te phase ferxwine, sin in te fikuur 1b un in te Suplemënt Tawel 1. Interessant is tas net al ti enerjii xpiichel fon te α-δ phase transitsioon xwach mache (fikuur 1b). Meyer klaawe tas ti defekte woo tswaay niter xtele fon te formatsioons enerjie un niter xtele fon te α-δ phase transitsioons enerjii xpiichle, als xlechtes fer ti phase stabiliteet aan kesiin kewe. Soo wii foer heyer kesaat kep waar, kewe ti xlisel-richtich oopst peem im kansem als effektiif fer formamidin PSC27 aan kesiin. Tesweche, tuun mer uns foer xtele uf te PbI2-terminatsioon (100) oopst peem uner xlisel-richtich kontitsioone. Ti enerjii fon tefekte formatsioon fon te oopst peem intrinsixe phunkte is in te fikuur 1c un in te Suplemënt Tawel 1 ketsaycht kep, woo ti enerjii xpiichel (EB) un ti phase transitsioons formatsioon enerxii (FE) pextimt, un tiise defekte sin in tray sorte keteelt kep. Tip I (niter EB-hooch FE): Opwool IPb, VFA un VPb ti enerjii xpiichel fon te phase xpiichelcher signifikant redukteere, hon se hooche formatsioons enerjiie. Tesweche, klaawe meyer tas tiise sorte fon tefekte en limiteyert influëns hon uf ti phase fon te mënxe wayl se seltener keformt kewe. Tip II (hooch EB): Weeche te ferpesert α-δ phase transitsioons enerjii xpiichel, tuun ti antike xpiichelcher PbI, IFA un PbFA net ti phase stabiliteet fon α-FAPbI3 peroytung ferxwine. Tip III (niter EB-niter FE): VI, Ii un Pbi-defekte mit relativ niter xtele fon te formatsioons enerjie khëne ti xwarts phase ferxwine. Espetsiaal wën mer ti niterxte FE un EB VI aan nëme, klaawe meyer tas ti effektiifste strateejii is ti I vakanse se redusiire.
Fer VI se redusiire, hon mer en ticht xpiichel fon PbC2O4 entwikkelt fer ti oopst peem fon FAPbI3 ferpesere. Im ferklaych mit te organixe halogen sals pasiweere wii feniletilammonium yoer (PEAI) un n-oktylammonium yoer (OAI), is PbC2O4, woo khee mobiile halogen ioone enthalet, kemixet staapil, net in waser uf lose khan, un is laycht deaktiwiert kep wën stimuleyert kept. Gute stabilisatsioon fon te oopst peem un elektrixe felt fon perovskit. Ti oplosion fon PbC2O4 im waser is ploos 0,00065 g/L, was soo kaar niter xteet wii tii fon PbSO428. Noch wichticher, ti ticht un eensichst xpiichel fon LOS khan uf peroyt filme mit in situ reaktsioone (siit uner). Meyer hon DFT simulatsioone fon te interface ferpintunge tswixe FAPbI3 un PbC2O4 kemacht, wii in te Suplemënt Fikuur 1. Ti Suplemënt Tawel 2 presentiert ti enerjii fon te defekt formatsioon noo LOS injektsioon. Meyer hon kefun tas LOS net ploos ti forterungs enerxii fon VI-defekte um 0,69–1,53 eV ferkreest (Figura 1d), awer aach ti aktiwiteet enerjii fon I uf te mikratsioons oopst peem un ausxtëlungs oopst peem ferkreest (Figura 1e). In te eyerxte xrit, migreere I-Ioone iwer ti peroytungs xpiichel, was VI-Ioone in en xtraal positsioon mit en enerjii xpiichel fon 0,61 eV lose. Noch noo te introtutsioon fon LOS, weche tëm efekt fon te stereotiipe, tuut ti aktiwiteet enerxii fer ti mikratsioon fon I ione sich ferkreese pis. 1,28 eV tas. Wën ti mikratsioon fon I-ione ti peroytungs xpiichelcher ferlase, is ti enerjii xpiichle in te VOC aach heecher wii in te kontrol protuktsioon (Figura 1e). Xëmatixe diagramme fon I ioon mikratsioons weech in te kontrol un LOS FAPbI3 sin in te fikuur 1 f un g, respektiwlich, ketsaycht kep. Ti simulatsioons resultaate tsayche tas LOS ti forterung fon VI-defekte un ti volatiliteet fon I inhiweyeere khan, was ti nukleosis fon te α- pis δ-phase transitsioon ferhëngert.
Ti reaktsioon tswixe oksaal asiat un FAPbI3 peroytung is keproopt kep. Noch noo em fermixe fon te lësungs mitel fon te oksaal asiat un FAPbI3, is en kroos numer fon wayse presipitatsioone keformt kep, wii in te Suplemënt Fikuur 2. Tas pulver protukt is identifitseert kep als pure PbC2O4 materiaal mit te hilef fon Xtraal Tifratsioon (XRD) (Suplemënt Fikuur 3) un Fourierfrat Fikuur Transformatsioon in4). Meyer hon kefun tas te oxaal asiat hooch uf lose khan in isopropyl alkohool (IPA) in kamare temperatuur mit en lose fon unkefeyer 18 mg/mL, wii in te Suplemënt Fikuur 5. Tas macht ti nookhomer ferarwaytung laychter wayl IPA, als kewoonlich pasiweerungs lose, net ti peroyonski tsayt ferxwine9. Tesweche, wën mer te peroytungs film in te oksaal lose lose ore ti xpiirung fon te oksaal lose uf te peroytungs xpiirung, khan ti tunkel un ticht PbC2O4 uf te peroytungs film xnël kefun kewe noo te folkloor kemixete ekwatsioon: H2C2O4 + FAPbI +2O3. FAI khan in IPA uf kexlos wëre un soo, wën se koche, wëch ketuun wëre. Ti tichter fon LOS khan kontroliert kewe torich reaktsioons tsayt un prekursor konsentratsioon.
Scan-eletroon mikroskopii (SEM) pilter fon kontrol un LOS peroytungs filme sin in te fikuure 2a,b ketsaycht kep. Ti resultaate tsayche tas ti peroytungs oopst peem morfolokii kuut preserweyert kept, un en kroos numer fon fine partikele uf te xpits fon te xpits puuwe xteen, was en PbC2O4 xpits puuwe representeere sol, woo fon te in-situ reaktsioon keformt kept. Te LOS perowskite film hot en pisye xrooer uf te ëyert (Suplemënt Fikuur 6) un en kreeser waser kontakt winkel ferklaycht mit tëm kontrol film (Suplemënt Fikuur 7). Hooch resolutsioon transversal transmisioon eletroon mikroskopii (HR-TEM) is penutst kep fer ti oopst peem fon te protukt se unerxiite. Im ferklaych mit tëm kontrol film (Figura 2c), is en eenlich un tichte tunkel xpits mit en tichter fon 10 nm klaar sichtbar uf te LOS perowskite (Figura 2d). Wën mer ti hooch winkel ring tunkel-felt xpiichlungs eletroon mikroskopii (HAADF-STEM) penutse fer ti interfëys tswixe PbC2O4 un FAPbI3 se xtuteere, khan ti presëns fon kristal rechioon fon FAPbI3 un amorfe rechioon fon PbC2O4 klaych ketsaycht kewe (Suplemënt Fikuur 8). Ti oopst kompozitsioon fon te peroytung noo em oxal asiat pehantelt kep waar torich xtraal fotoelektroon spektroskopii (XPS) meechlichkheete, wii in te fikuure 2e–g ketsaycht kept. In te fikuur 2e, ti C 1s xpitse umkefeyer 284,8 eV un 288,5 eV keheere tsu te spetsiifixe CC un FA siinaale, respektiwlich. Im ferklaych mit te kontrol membraan, hot ti LOS membraan en ekstra xpiichel fon 289,2 eV ketsaycht, woo fer C2O42- kexrip kept. Tas O 1s spektrum fon LOS perowskite tsaycht tray kemiitlich unerxiitliche O 1s xpiichelcher uf 531,7 eV, 532,5 eV, un 533,4 eV, was ti COO, C=O fon intakte oksalaat krupe 30 un O atome fon te OH2e entspreche (Fig.2e ). )). Fer ti kontrol protuktsioon, is ploos en kleene O 1s-peech ketsaycht kep, was fer ti sauerstof kemixt uf te oopst peem kexrip kept. Ti kontrol membraan kharakteristike fon Pb 4f7/2 un Pb 4f5/2 sin uf 138,4 eV un 143,3 eV, respektiif. Meyer hon ketsaycht tas te LOS perowskite en xtraal fon te Pb-peech fon unkefeyer 0,15 eV in te richtung fon te heechste xtraal tirektsioon tsaycht, was en xtërkere interaktsioon tswixe te C2O42- un Pb atome tsaycht (Figura 2g).
a SEM-bilder fon kontrol un b LOS perowskite filme, top aansicht. c Hooch resolutsioon xtraal transmisioon eletroon mikroskopii (HR-TEM) fon kontrol un d LOS perowskite filme. XPS mit hooch-resolutsioon fon e C 1s, f O 1s un g Pb 4f perowskite filme. Query data sin in te form fon Query data file keprung.
Tëm noo ti DFT-Resultaate, kept es theoreetixe foerxtelunge tas VI-Defekte un I-Mikratsioon laycht ti phase iwertragung fon α pis δ ferxwine. Fërtich pekhantmachunge hon ketsaycht tas I2 xnël fon PC-basierte peroytungs filme raus kehool kept, wën ti fotosintesis foer kexlaa kep sin noo tëm ti filme foer licht un thermixe xtress aus kexproch kep sin31,32,33. Fer te stabiliseerende efekt fon te xlisel oksalaat uf te α-fase fon te peroytung se pewayse, hon mer ti kontrol un LOS peroytungs filme in transparent xlisel fon xlisel kexmis, woo toluen enthalung hat, respektiif, un tan hon mer se mit 1 sun licht fer 24 h kextraalt. Meyer hon ti apsortsioon fon te ultraviolete un sichtbare licht (UV-Vis) kemeesert. ) toluen-oplossing, wii in te fikuur 3a ketsaycht kept. Im ferklaych mit te kontrol protuktsioon, is fiil niter xteen I2-apsortsioons intensiteet im fal fon LOS-persoon, was petayt tas ti kompakte LOS ti I2-opjektiif fon te peroytungs film inhiweyere khan, wën ti licht imersioon kept. Fotos fon te alte kontrol un LOS peroytungs filme sin in te insëkte fon te fikuure 3b un c ketsaycht kep. Ti LOS perowskite sin noch xwarts, wën ti meyerxte fon te kontrol filme keel kep sin. Ti UV–sichtbare apsortsioons xpiichle fon te imersioons filme sin in te Fig. 3b, c. Meyer hon ketsaycht tas ti apsortsioon woo α in te kontrol film entspricht, klaych ferkreest kep waar. Xtraal meechlichkheete sin kemacht kep fer ti ewolutsioon fon te kristal struktur se dokumenteere. Noo 24 xtune fon licht, hot te kontrol peroytung en xtarek keel δ-fase ketsaycht (11,8°), wën te LOS peroytung noch en kuut xwarts phase kehal hot (Figura 3d).
UV-sichtbare apsortsioons xpektre fon toluen solutsioone woo in te kontrol film un LOS film uner 1 sun licht fer 24 xtune inkexpërt kep sin. Ti insëtsung tsaycht een flayx woo yeete film in een ëkstra volumin fon toluen ketuun hot. b UV-Vis apsortsioons xpektre fon kontrol film un c LOS film foer un noo 24 h fon imersioon uner 1 sunlicht. Ti insëtsung tsaycht een foto fon tëm test film. d Xtraal tifratsioons mustere fon kontrol un LOS filme foer un noo 24 h fon ekspositsioon. SEM-foerxtelunge fon kontrol film e un film f LOS noo 24 xtune ekspositsioon. Query data sin in te form fon Query data file keprung.
Meyer hon ti xpiichlung fon te eletroon mikroskopii (SEM) meechlich kemach fer ti mikrostruktur fon te peroytungs xpiichelcher noo 24 xtune fon te iluminatsioon se peopachte, wii in te fikuure 3e,f ketsaycht kept. Im kontrol film, sin kroose khërner fernicht kep un sin in kleene naychkheete kexnit kep, was ti morfolokii fom δ-fase protukt FAPbI3 entspricht (Figura 3e). Fer LOS filme, playwe ti peroytungs krupe in en kuute kontitsioon (Figura 3f). Ti resultaate hon pekhant kemach tas te ferlust fon I ti iwertragung fon te xwarts phase in ti keel phase signifikant influëntsiert, wën PbC2O4 ti xwarts phase stapiliert, was te ferlust fon I ferhëngert. simultaan yoer lose un VI forme. Soo wii ti DFT foer heyer kesaat hot, khan LOS ti forterung fon VI-defekte inhiweyeere un ti mikratsioon fon I-ioone uf ti peroytungs oowerflëch ferhëngert.
Ausserdem, is te efekt fon te PbC2O4-laytung uf ti fuchtichkheet fon te peroytungs xpiichelcher in te atmosfera (relatiif fuchtichkheet 30-60%) xtuteyert kep. Soo wii in te Suplemënt Fikuur 9 ketsaycht kept, waar te LOS peroytung noch mool xwarts noo 12 taache, wën te kontrol film keel kep waar. In XRD-meetunge, tsaycht te kontrol film en xtarek xpits puuch uf 11,8° woo ti δ-fase fon FAPbI3 entspricht, wën te LOS peroytung ti xwarts α-fase kuut erhalt (Suplemënt Fikuur 10).
Statix ​​fotoluminesëns (PL) un tsayt-resolweyert fotoluminesëns (TRPL) sin penutst kep fer te pasiweerungs efekt fon te xlisel oxalaat uf te peroytungs oowerflëch xtuteere. In te fikuur 4a tsaycht tas te LOS film PL intensiteet ferkreest hot. In te PL-kartofle pilt, is ti intensiteet fom LOS-Film iwer te kanse areal fon 10 × 10 μm2 heecher wii ti intensiteet fon te kontrol-film (Suplemënt Fikuur 11), was tsaycht tas PbC2O4 uniform te peroytungs-film pasiweyert. Ti leewens tsayt fon te traywer is pextimt torich ti aproksimatsioon fon te TRPL-fertiinung mit en eensichste eksponential funktsioon (Figura 4b). Ti leewens tsayt fon te LOS-Film is 5,2 μs, was fiil mee lang is wii te kontrol-film mit en leewens tsayt fon 0,9 μs, was ti reduktsioon fon te oopst net-radiatiif rekombinatsioon tsaycht.
Statix ​​PL un b-spektra fon te tsaytliche PL fon perowskite filme uf xlisel substraate. c SP-kurve fon te aparat (FTO/TiO2/SnO2/Perovskite/Spiro-OMeTAD/Au). d EQE spektrum un Jsc EQE spektrum intekriert fon te efisiëntste apteelung. d Afhanklung fon te licht intensiteet fon en peroytungs apteelung uf em Voc-diagram. f Tipixe MKRC analyse mit en ITO/PEDOT:PSS/Perovskite/PCBM/Au sauwer lose apteelung. VTFL is ti maximaal trap fële spannung. Aus tëne data hon mer ti trap tichtheet (Nt) kexproch. Query data sin in te form fon Query data file keprung.
Fer te efekt fon te xlisel oksalaat xpiichel uf ti apteelungs xpiichel xtuteere, is en tratitsionaal FTO/TiO2/SnO2/Perovskite/Spiro-OMeTAD/Au kontakt xpiichel penutst kep. Meyer penutse formamitin kloriit (FACl) als aktiwiteet fer te peroytungs prekursor anxtat methylamin kloriit (MACl) fer ti peser apteelung fon te apteelung, wayl FACl khan en peser kristal kwaliteet protutseere un ti xpanungs xpanung fon FAPbI335 fermixe (siin Suplemënt Fikuure de2i un de1). ). 12-14). IPA is als antisolwent raus kesuucht kep wayl es en peser kristal kwaliteet kept un ti orientiirung fon te peroytungs filme ferklaycht mit te tiëtil eter (DE) ore klorobenzol (CB)36 (Erkhënungs Fikuure 15 un 16). Ti tichter fon PbC2O4 waar soriche optimiseyert kep fer ti xlechte pasiweerung fon te xlechte pasiweerung un ti laytungs transporte, torich ti aanpasung fon te oksaal asiat konsentraatsioon (Suplemënt Fikuur 17). Krupe fon te SEM-foerxtelunge fon te optimaal kontrol un LOS-apparate sin in te Suplemënt Fikuur 18 ketsaycht kep, ti tiwersiteet fon te xtroose tichtkheet (CD) fer ti kontrol un LOS-apparate sin in te fikuur 4c ketsaycht kep, un ti ekstraktiif parametere sin in te Suplemënt Tawel 3 keprung kep.Maximal kraft konwersatsioons efisiëns (J%c)43. 25,75 mA cm-2 (25,74 mA cm-2), Voc 1,16 V (1,16 V) un umkeen (foer) xpiichle. Te fële faktor (FF) is 78,40% (76,69%). Maximal PCE LOS PSC is 25,39% (24,79%), Jsc is 25,77 mA cm-2, Voc is 1,18 V, FF is 83,50% (81,52%) fon umkeen (foer Scan to). Tas LOS-apparat hot en zertifiseyert fotowoltaik preserweerung fon 24,92% in en fertraut fotowoltaik laboratoorium fon te trite partëye erkhënt (Suplemënt Fikuur 19). Ti auswënich kwante efisiëns (EQE) hot en intekrierte Jsc fon 24,90 mA cm-2 (kontrole) un 25,18 mA cm-2 (LOS PSC) kep, was in en kuute ërepxaft waar mit te Jsc woo im standart AM 1,5 G spektrum kemeesert kep waar (Figura .4d). ) . Ti statistix fertaylung fon te kemaynte PCEs fer ti kontrol un LOS PSCs is in te Suplemënt Fikuur 20 ketsaycht kep.
Soo wii in te fikuur 4e ketsaycht kept, is ti relatsioon tswixe Voc un licht intensiteet kexproch kep fer te efekt fon PbC2O4 uf ti trap-assistierte oopst rekombinatsioon xtuteere. Ti heechrung fon te fitne linie fer tas LOS-apparat is 1,16 kBT/m2, was niter xteet wii ti heechrung fon te fitne linie fer ti kontrol-apparat (1,31 kBT/m2), was petayt tas LOS nutslich is fer ti inhiweyerung fon te oopst peem rekombinatsioon torich ti xteke. Meyer penutse ti teknolokii fon te Raum Last Stroom Limiteere (SCLC) fer ti xprooch tichtkheet fon en peroytungs film kwantitatiif se meese, torich ti tunkel IV kharakteristik fon en loch apteelung (ITO/PEDOT:PSS/peerxrit/spiro-OMeTAD/Au) wii in te fikuur ketsaycht kept. 4f Tsaych. Ti trap tichtheet kept mit te formule Nt = 2ε0εVTFL/eL2 ketseelt, woo ε ti relatiif tilektrix konstant fom peroytungs film is, ε0 ti tilektrix konstant fom vakuum, VTFL is ti limite xpanung fer ti trap uf fële, e is ti ladung, L is ti tichter fon te peroytungs film n50). Ti xlechte tichtheet fon te VOC-Apparat is 1,450 × 1015 cm–3, was niter xteet wii ti xlechte tichtheet fon te kontrol-apparat, woo 1,795 × 1015 cm–3 is.
Ti unferpakt aparat waar am maximaal kraft phunkt (MPP) uner fol taach licht uner xtik fii keproch kep, fer sayn lang tsayt performance stabiliteet se ëntxlise (Figura 5a). Noo 550 xtune, hot te LOS-apparat noch mool 92% fon sayn maximaal efisiëns kehal, wën ti kontrol-apparat sayn preserweerung pis 60% fon sayn orikinaal preserweerung runer kang waar. Ti fertaylung fon te elemënte in te alt apteelung is torich ti tsayt-fluch sekuntaar ioon mass spektrometrii (ToF-SIMS) kemeesert kep (Figura 5b, c). En kroose aansamlung fon yoer khan in te oowe kolt kontrol area kesiin kewe. Ti kontitsioone fon inert gas xitsung ausxlus fon te umwelt ferxwine faktoore wii ti fuchtichkheet un ti sauerstof, was petayt tas ti interne mechanisme (woo ti ione mikratsioon sin) ferantwortlich sin. Soo wii ti ToF-SIMS resultaate tsayche, sin I- un AuI2- ioone in te Au-Elektrode kefun kep, was ti difusioon fon I fon te peroytung in Au tsaycht. Ti siinaal intensiteet fon I- un AuI2- ione in te kontrol apteelung is unkefeyer 10 mool heecher wii tii fon te VOC protuktsioon. Fërtich reportaaje hon ketsaycht tas ti ione perfëktsioon khan en xnël ferklaychung fon te xlisel kontitsioone fon te spiro-OMeTAD un kemiitlich korrootsioon fon te top eletroone xpiichel pringe, was te interface kontakt in te aparat ferxlimert37,38. Ti Au-Elektrode sin raus kehool kep un ti spiro-OMeTAD-laytung is fon te substraat mit en klorobenzol-oplosung raus kehool kep. Meyer hon tan te film ketsaycht mit te hilef fon te xtraal tifratsioon fon te xtraal tifratsioon (GIXRD) (Figura 5d). Ti resultaate tsayche tas te kontrol film en klaychmeesich tifratsioons petaytung hot uf 11,8°, wën khee nay tifratsioons petaytung in te LOS protuktsioon khomt. Ti resultaate tsayche tas kroose ferluste fon I-ione in te kontrol film pis an ti xprooch fon te δ phase nëme, wën in te LOS film tee protses klaych inhiweyert kept.
575 xtune fon kontinuum MPP-Tracking fon en unkeweenlich apteelung in en stik atmosfëre un 1 sunlicht oone UV-filter. ToF-SIMS ferteilung fon b I- un c AuI2- ioone in te LOS MPP kontrol apteelung un altheet apteelung. Ti farwe fon te kolt, kreen un oranj entsprëche Au, Spiro-OMeTAD un Perowskite. d GIXRD fon perowskite film noo MPP-test. Query data sin in te form fon Query data file keprung.
Temperatuur-afhanklich kontitsioone sin kemeesich kep fer se pewayse tas PbC2O4 ti ione mikratsioon inhiweyeere khënt (Suplemënt Fikuur 21). Ti aktiwiteet enerxii (Ea) fon te ione mikratsioon kept pextimt torich ti meechlichkheet fon te ferënerung fon te kontitsioone (σ) fom FAPbI3-Film in te ferxiitne temperatuure (T) un mit te penutsung fon te Nernst-Einstein-Relatsioon: σT = σ0exp(−Ea/kBT), woo σ0 en konstant is, kB is ti Botzl. Meyer kriin te weyert fon Ea fon te xpiichel fon ln(σT) keeche 1/T, was 0,283 eV fer ti kontrol un 0,419 eV fer ti LOS-apparat is.
In te resumatsioon, kewe mer en theoreetixe raam fer ti identifikatsioon fon te ferxwinungs weech fon FAPbI3 peroytung un te influs fon te ferxiitne defekte uf ti enerjii xpiichel fon te α-δ phase transitsioon. Uf tëne tswaay xprooche, sin ti VI xprooche theoreetixe kexichte woo laycht en phase iwergang fon α pis δ pringe. En waser-unoploslich un kemixe staapel ticht xpiichel fon PbC2O4 is introtuseyert kep fer ti α-fase fon FAPbI3 stapiliseere, torich ti inhiweyerung fon te forterung fon I-vakanse un ti mikratsioon fon I-ione. Ti strateejii tuut ti interfase net-raychlich rekombinatsioon signifikant xmayse, ti efisiëns fon te solar xël pis 25,39% ferkreese, un ti operatsioons stabiliteet ferpesere. Unser resultaate kepe orientiirung fer ti erkhënung fon efisiënt un staapel formatiin PSCs torich ti inhiweyerung fon te defekt-influëns α pis δ phase transitsioon.
Ti isopropoksiit fon te titaane (TTIP, 99,999%) is fon Sigma-Aldrich kekhaaft kep. Salsich waser (HCl, 35,0–37,0%) un ethanol (waser) sin fon te Chemixe Instrumënte fon Guangzhou kekhaaft kep. SnO2 (15 wt% tin(IV) oksiit kolook) is fon Alfa Aesar kekhaaft kep. Plo(II)-jodide (PbI2, 99,99%) is fon te TCI (China) kekhaaft kep. Formamidin iodid (FAI, ≥99,5%), formamidin chloride (FACl, ≥99,5%), methylamin hydrochloride (MACl, ≥99,5%), 2,2′,7,7′-tetrakis-(N , N-robime-aniline-9)-9 )- (Spiro-OMeTAD, ≥99,5%), Lii-TFSI, 99,95%), 4-tert -butilpiridin (tBP, 96%) waare fon te Xi’an Polimer Licht Teknolokii Kompanii (China) kekhaaft kep. N,N-dimetilformamiid (DMF, 99,8%), dimetilsulfoksiid (DMSO, 99,9%), isopropilalkohool (IPA, 99,8%), klorobenzol (CB, 99,8%), asetonitril (ACN). Kekauft fon Sigma-Aldrich. Oksaal (H2C2O4, 99,9%) is fon Macklin kekhaaft kep. Al ti kemiitlichkheete waare penutst kep wii se kriit hate oone anere ënerunge.
ITO ore FTO substraate (1,5 × 1,5 cm2) sin ultrasonik mit waser, asetoon un ethanol fer 10 min, respektiwlich, kexnit kep, un tan sin se uner en stik stroom ketrokt kep. En ticht TiO2-Barriere Layer is uf en FTO-Substraat kexmis kep, mit en lose fon titanik tiire (asetilaseton) in ethanol (1/25, v/v) woo 60 min uf 500 °C kexmis kep waar. Ti SnO2-kolookixe xpiirung is mit deioniseyert waser in en volumin fertiint fon 1:5 fertiint kep. An en sauwer substraat woo 20 minute mit UV-Oson pehantelt kep waar, is en tunkel film fon SnO2-Nanopartikele uf 4000 rpm fer 30 sekunte kexmis kep un tan is se 30 minute uf 150 °C foer kextëlt kep. Fer ti peroyt prekursor lose, kewe 275,2 ml FAI, 737,6 ml PbI2 un FACl (20 mol%) in DMF/DMSO (15/1) kexmikt. Ti peroytungs xpiichel is foer kexlaa kep torich ti sentrifukeerung fon 40 μL peroytungs xpiichelcher uf te UV-oson-pehantelt SnO2 xpiichelcher mit 5000 rpm in te umwantungs luft fer 25 s. 5 sekunte noo tëm letste mool, 50 μL fon MACl IPA-Lösung (4 mg/mL) is xnël uf te substraat kexmis kep als antisolwent. Tan, sin ti frix kexnitne filme uf 150°C fer 20 min un tan uf 100°C fer 10 min kexnit kep. Noch noo tëm te peroytungs film in te kamare temperatuur kefërept kep waar, is ti H2C2O4-oplosung (1, 2, 4 mL in 1 mL IPA) mit 4000 rpm fer 30 s kexpritst kep fer ti peroytungs oowerflëch pasiweere. En spiro-OMeTAD-oplosung woo foer kexlaa kep waar torich 72,3 ml spiro-OMeTAD, 1 ml CB, 27 ml tBP un ​​17,5 ml Li-TFSI (520 ml in 1 ml asetonitril) is uf te film kexnit kep mit 4000 rpm innerhalb. Tsum xlus, is en 100 nm tiif Au-laytung in te vakuum ferpint kep mit en xtraal fon 0,05 nm/s (0~1 nm), 0,1 nm/s (2~15 nm) un 0,5 nm/s (16~100 nm) . ).
Ti SC-petaytung fon te peroytungs xëlcher is kemeesert kep mit en Keithley 2400 meter uner xtraal simulator (SS-X50) mit en licht intensiteet fon 100 mW/cm2 un is ferifitsiert kep mit te hilef fon kalifitseerte standart silikoon xëlcher. Wën net anerxter kesaat kep waar, waare ti SP-kurwe in en stik-fërtich hant xteke in te kamare temperatuur (~25°C) in foran un hiner xtek motiif (xpanungs xrit 20 mV, fertraypung tsayt 10 ms) kemeesert kep. En xtraal mask waar penutst kep fer en effektiif areal fon 0,067 cm2 fer ti kemeesichte PSC se pewayse. EQE-meetunge sin in te umwantungs luft kemacht kep mit en PVE300-IVT210-System (Industrial Visión Tecnologia(s) Pte Ltd) mit monokromaatixe licht woo uf em aparat foer kexlaa kep waar. Fer ti stabiliteet fon te aparate, is ti testitsioon fon net-enkapsulierte soltaate in en stik hant xteke mit 100 mW/cm2 preserweerung oone UV-filter kemacht kep. ToF-SIMS is gemes mit te PHI nanoTOFII tsayt-fon-fluch SIMS. Ti tiif profiilung is mit en 4 kV Ar-Ion-Pool mit en areal fon 400×400 μm kefun kep.
Xtraal fotoelektroon spektroskopii (XPS) meechlichkheete sin uf en Thermo-VG Sientifik Sisteem (ESCALAB 250) kemacht kep, mit en monokromatisiert Al Kα (fer XPS-Modus) mit en preserweerung fon 5,0 × 10–7 Pa. Ti oopst peem un ti rauheet fon te peroytungs xpiichelcher sin mit te atome kraft mikroskopii (AFM) (Bruker Dimension FastScan) kemeesert kep. STEM un HAADF-STEM sin in te FEI Titan Themis STEM kehalt kep. UV–Vis apsortsioons xpektre sin mit en UV-3600Plus (Shimadzu Korporatsioon) kemeesert kep. Ruum laytung limiteere stroom (SCLC) is uf en Keithley 2400 meter kexrip kep. Staatixe fotoluminesëns (PL) un tsayt-resolweyert fotoluminesëns (TRPL) fon te xpiichle leewens tsayt ferxwine, sin mit en FLS 1000 fotoluminesëns spektrometer kemeesert kep. PL-karte pilter sin mit en Horiba LabRam Raman-System HR Ewolutsioon kemeesert kep. Ti infrarout spektrofotometrii fon te Fourier Transformatsioon (FTIR) is mit en Thermo-Fisher Nicolet NXR 9650 Sisteem kemacht kep.
In tee aarwat, penutse mer ti SSW weech protuktsioons methook fer ti phase iwertragung weech fon α-phase pis δ-phase xtuteere. In te SSW-Methode, kept ti bewegung fon te potensial enerjii oopst peem pextimt torich ti richtung fon te randomiseerungs motiif (tsweete xprooch), was en detailliert un objektiif xtuutium fon te potensial enerjii oopst peem erlaupnis kept. In tee aarwat, kept ti weech protuktsioon uf en 72 atome super-xpiichle kemacht, un mee wii 100 initial/final xtaat (IS/FS) paare sin uf em DFT niwel samer ketuun kep. Basiert uf te IS/FS paarwise data sets, khan te weech woo ti aanfangs struktur un ti ën struktur ferpint, mit te korrektsioon tswixe atome pextimt kewe, un tan kept ti tswaay-wayl peweechung iwer ti variawel eenheet oopst peem penutst fer ti transitsioons xtaat methook laycht fest xtele. (VK-DESV). Noch noo te suuchung fon te transitsioons xtaat, khan te weech mit te niterxte xpitse pextimt kewe torich ti rang xtele fon te enerjii xpitse.
Al ti DFT-Rechnunge sin mit te hilef fon VASP (wersioon 5.3.5) kemacht kep, woo ti eletroone–ioon interaktsioone fon C, N, H, Pb, un I atome representeyert, torich en proyektsioons xpiichel fon te ferkreest welt (PAW). Ti austausch korrektsioons funktsioon is pexrip kep torich ti generaliseerung fon te xprooch aproksimatsioon in te Perdue-Burke-Ernzerhoff parametrisierung. Ti enerxii limit fer ti planse wërter waar 400 eV. Tas Monkhorst–Pack k-punkt raster hot en kroosheet fon (2 × 2 × 1). Fer ale strukture, waare ti xtraal un atome positsioone kans optimiseyert kep, pis ti maximaal xpanungs komponënt uner 0,1 GPa waar un ti maximaal kraft komponënt uner 0,02 eV/Å. Im oopst peem model, hot ti oopst peem fon FAPbI3 4 xpitse, ti uner xpitse hon fixe atome woo te khërper fon FAPbI3 simuliere, un ti hooche 3 xpitse khëne sich fray in te optimiseerungs protses beweege. Ti PbC2O4-laytung is 1 ML tiif un is uf te I-terminal xpits fon FAPbI3, woo Pb an 1 I un 4 O kexnit kept.
Fer mee informatsioone iwer tas xtuutium prokram, kuk te Natuurliche Portugal Rapport Abstract woo mit tëm artikel se tuun hot.
Al ti informatsioone woo in tiise xtuutium kefun kep sin orer woo analysiirt kep sin, sin in te puplikatsioone kexrip kep, soo wii in te unerxtitsungs informatsioone un in te rutxiche data-file. Ti rutxiche data woo in tiise xtuutium foer kextëlt kep sin, sin uf te sayt fon te xprooch kexrip kep. Query data sin fer tiise artikel këp.
Green, M. un ti. Tabels fon te efisiëns fon te solar xël (57. ed.). prokram. fotoelektrisch tas. resourse. aplikatiiw. 29, 3 pis 15 (2021).
Parker J. un ti anere. Kontroleere te wakstum fon peroytungs xpiichelcher mit te hilef fon fëchelcher alkyl ammonium kloride. Natuur 616, 724-730 (2023).
Zhao Y. un ti anere. Inaktiif (PbI2)2RbCl stapiliert ti peroytungs filme fer ti hooch efisiëns fon te soltaate. Wisheet 377, 531-534 (2022).
Tan, K. un ti. Inwertierte perowskite solar zellen mit dimetilakridinil dopant. Natuur, 620, 545-551 (2023).
Han, K. un ti. Eenfach kristal formamiin ploos yoer (FAPbI3): insicht in strukturaale, optixe un elektrixe propleeme. atwereb. Mat. 28, 2253 pis 2258 (2016).
Massey, S. un ti anere. Stabilisierung fon te xwarts peroytungs phase in FAPbI3 un CsPbI3. AKS Energie Kommunikatsioon. 5, 1974-1985 (2020).
Tuu, JJ, un ti anere. Effisiënt perowskite solar xëlcher torich ferpësert traywer feraynichung. Natuur 590, 587-593 (2021).
Saliba M. un ti. Inkorporatsioon fon rubium katione in peroytungs solar xëlcher ferpësert ti fotowoltaik preserweerung. Wisheet 354, 206-209 (2016).
Saliba M. un ti. Triple-katioon peroytungs xëlcher: ferpesert stabiliteet, reprotuktsioons kapasiteet un hooch efisiëns. enerjii umfelt. ti siëns. 9, 1989 pis 1997 (2016).
Cui X. un ti anere. Rexënt fortere in te FAPbI3 phase stabilisatsioon in hooch-prestitsioons perowskite solar xëlcher Sol. RRL 6, 2200497 (2022).
Delagetta S. un ti anere. Ratsionaaliseert fotoinfluëns phase fon kemixt halogen organixe-anorganixe perowskite. Nat. komunikeere. 8, 200 (2017).
Slotkavage, DJ un ti. Licht-influëns phase separatsioon in halogen perowskite apsorbente. AKS Energie Kommunikatsioon. 1, 1199 pis 1205 (2016).
Chen, L. un ti. Intrinsixe phase stabiliteet un intrinsixe bandgap fon formamitin ploos trijoid perovskit eensichste kristal. Anjiva tas. Chemixe tas. internatsionaalkheet. Ed. 61. tas yoer 2022 (2022).
Duinsti, EA usw. Ferxteen ti ferpintung fon te metitsiin un sayn rol in te phase stabilisatsioon fon te xlisel triyot formamitin. J. Chemi. Bich. 18, 10275 pis 10284 (2023).
Lu, HZ un ti. Effisiënt un staapel dampf apxlus fon xwarts peroytungs soltaate FAPbI3. Wisheet 370, 74 (2020).
Doherty, TAS usw. Staapel kexnitne oktaëter halogenid peroytung unerxtitsung fon te lokaliseyert forterung fon phase mit limiteyerte karakteristike. Wisheet 374, 1598-1605 (2021).
Ho, K. un ti. Mechanisme fon transformatsioon un ferxwinung fon formamiin-kroos uner te influëns fon te fuchtichkheet un licht. AKS Energie Kommunikatsioon. 6, 934-940 (2021).
Zheng J. un ti anere. Entwicklung fon pseudohaliid anione fer α-FAPbI3 peroytungs solar xëlcher. Natuur 592, 381-385 (2021).