Teurimong geunaseh ka neukunjong bak Nature.com. Versi browser nyang neungui na dukungan CSS nyang teubatah. Keu hasé nyang paleng jroh, kamoe meusarankan neungui versi browser droeneuh nyang leubeh barô (atau neumat mode kompatibilitas lam Internet Explorer). Lam watee nyan, keu tapeugot dukungan meulanjot, kamoe peuleumah situs nyan hana styling atawa JavaScript.
Pasivasi defek kalheh le dipakek untuk meupeutingkat kinerja sel surya perovskite triiodida timah, teutapi efek dari berbagai defek bak stabilitas fase α teutap hana jeulah; Di sinoe, ngon geungui teori fungsional kepadatan, kamoe meuidentifikasi keu phon that jalur degradasi perovskite triiodida timah formamidin dari fase-α sampoe fase-δ ngon meurunoe efek dari berbagai cacat bak penghalang energi transisi fase. Hase simulasi meuramalkan bahwa kekosongan yodium paleng mungken menyebabkan degradasi kareuna seucara signifikan meupeutren hambatan energi untuk transisi fase α-δ ngon na energi pembentukan paleng miyup bak permukaan perovskite. Peutamong lapehsan padat oksalat timah nyang hana larut lam ie keu permukaan perovskite seucara signifikan meuhambat dekomposisi fase-α, meucegah migrasi ngon volatilisasi yodium. Seulaen nyan, strategi nyo seucara signifikan meupeukureng rekombinasi nonradiatif antarmuka ngon meuningkatkan efisiensi sel surya jeut 25,39% (disertifikasi 24,92%). Alat nyang hana dikemas nyan mantong jeuet geupeutheun efisiensi asli 92% lheuh geuoperasi bak daya maksimum seulama 550 jeum di miyup iradiasi massa udara 1,5 G simulasi.
Efisiensi konversi daya (PCE) sel surya perovskite (PSC) kaleuh mencapai rekor tinggi nyang tersertifikasi 26%1. Seujak thon 2015, PSC modern leubeh galak perovskit triiodida formamidin (FAPbI3) seubagai lapehsan yeng menyerap cahaya kareuna stabilitas termal yeng sangat get ngen celah pita preferensial yeng toe deungen batas Shockley-Keisser 2,3,4. Sayang jih, pilem FAPbI3 seucara termodinamis mengalami transisi fase dari fase α itam keu fase δ non-perovskite kuneng bak suhu ruangan5,6. Keu peutheun pembentukan fase delta, meubagoe komposisi perovskite nyang kompleks ka geukembangkan. Strategi nyang paleng umum untuk geuatasi masalah nyoe adalah geu campur FAPbI3 ngon kombinasi ion metil amonium (MA+), sesium (Cs+) ngon bromida (Br-)7,8,9. Namun, perovskite hibrid menderita dari peuluah celah pita ngen pemisahan fase yeng diinduksi foto, yeng meubahayakan hase keureuja ngen stabilitas operasional PSC yeng dihasekan10,11,12.
Studi baroe-baroe nyoe ka geutunyok bahwa FAPbI3 kristal tunggal murni hana doping na stabilitas nyang that get kareuna kristalinitas nyang that get ngon cacat nyang miyub13,14. Oleh kareuna nyan, mengurangi cacat deungon meningkatkan kristalinitas massal FAPbI3 adalah strategi peunteng untuk meucapai PSCs2,15 nyang efisien ngon stabil. Namun, seulama operasi PSC FAPbI3, degradasi keu fase δ non-perovskite heksagonal kuneng nyang hana dikumeng mantong jeuet teujadi16. Proses jih biasa jih dimulai bak permukaan ngon bataih bijeh nyang leubeh mudah keunong ie, suum ngon cahya kareuna na le daerah nyang cacat17. Kareuna nyan, pasivasi permukaan/butir-butir peureulee untuk menstabilkan fase itam FAPbI318. Le strategi pasivasi defek, termasok peuturi perovskit dimensi miyup, molekul Lewis asam-basa, ngen garam amonium halida, kalheh dipeuget kemajuan rayek dalam PSC formamidin19,20,21,22. Sampoe saat nyo, karap mandum penelitian kaleuh berfokus bak peran berbagai defek lam menentukan sifet optoelektronik lage rekombinasi pembawa, panyang difusi ngon struktur pita lam sel surya22,23,24. Meuse jih, teori fungsional kepadatan (DFT) dipakek untuk seucara teoritis memprediksi energi pembentukan ngen tingkat energi peujeubak dari berbagai defek, yeng seucara luah dipakek untuk memandu desain pasivasi praktis20,25,26. Seuireng jumlah cacat meunuron, stabilitas alat biasajih meutamah get. Namun, lam PSC formamidin, mekanisme pengaroh berbagai defek bak stabilitas fase ngon sifeut fotolistrik haroih sama sekali berbeda. Seuhingga nyang kamoe teupeu, pemahaman mendasar teuntang pakriban cacat ji induksi transisi fase kubik keu heksagonal (α-δ) ngon peran pasivasi permukaan ateuh stabilitas fase perovskite α-FAPbI3 mantong kureung ji pahami.
Di sinoe, kamoe meungkap jalur degradasi perovskite FAPbI3 dari fase α itam keu fase δ kuneng ngon pengaroh berbagai cacat ateuh penghalang energi transisi fase α-keu-δ melalui DFT. I lowongan, nyang mudah dihasekan seulama fabrikasi pilem ngon operasi alat, diprediksi paleng kemungkenan untuk memulai transisi fase α-δ. Kareuna nyan, kamoe peuturi lapisan padat oksalat timah (PbC2O4) nyang hana larut lam ie ngon stabil seucara kimia di ateuh FAPbI3 rot reaksi in situ. Permukaan oksalat timah (LOS) menghambat pembentukan kekosongan I ngon mencegah migrasi ion I watee dirangsang le medan suum, cahaya, ngon listrek. LOS yeng dihasekan seucara signifikan meupeukureng rekombinasi nonradiatif antarmuka ngen meuningkatkan efisiensi PSC FAPbI3 sampoe 25,39% (disertifikasi sampoe 24,92%). Alat LOS nyang hana dikemas geupeutheun 92% dari efisiensi asli jih lheuh beroperasi bak titik daya maksimum (MPP) seulama leubeh dari 550 jeum bak massa udara simulasi (AM) 1,5 G radiasi.
Kamoe phon that kamoe peugot perhitungan ab initio untuk meuteumee jalur dekomposisi perovskite FAPbI3 keu transisi dari fase α keu fase δ. Meulalui proses transformasi fase nyang rinci, diteumee bahwa transformasi dari oktahedron berbagi sudut lhee dimensi [PbI6] lam fase α kubik FAPbI3 keu oktahedron berbagi bineh [PbI6] saboh dimensi lam fase δ heksagonal FAPbI3 nakeuh. putoh 9. Pb-I membentuk ikatan bak langkah phon (Int-1), dan penghalang energi jih trok 0,62 eV/sel, lagee nyang deuh bak Gambar 1a. Watèë oktahedron nyan geugantoë u arah [0\(\bar{1}\)1], rante paneuk heksagonal nyan meuluah dari 1×1 jeuët keu 1×3, 1×4 ngon akhéjih jitamong lam fase δ. Rasio orientasi mandum jalur nakeuh (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ. Dari diagram distribusi energi, jeut ta teume bahwa lheuh nukleasi fase δ FAPbI3 bak tahap-tahap berikut, penghalang energi leubeh miyup dari transisi fase α, nyang berarti transisi fase akan dipeucepat. Jeulaih, langkah phon untuk ta kontrol transisi fase nyan kritis meunyo tanyoe ta keuneuk tekan degradasi fase α.
a Proses transformasi Fasa dari wie u uneun – fase FAPbI3 itam (fase α), pembelahan ikatan Pb-I phon (Int-1) dan pembelahan ikatan Pb-I selanjut jih (Int-2, Int -3 dan Int -4) dan fase FAPbI3 kuneng (fase delta). b Hambatan energi keu transisi fase α keu δ FAPbI3 berdasarkan berbagai defek titik intrinsik. Gareh puteh-puteh nyan geupeuleumah penghalang energi kristal ideal (0,62 eV). c Energi pembentukan defek titik primer bak permukaan perovskite timah. Sumbu absis nakeuh penghalang energi transisi fase α-δ, ngon sumbu ordinat nakeuh energi pembentukan defek. Bagian-bagian nyang geuwarna abu-abu, kuneng ngon ijo nakeuh tipe I (EB-FE rendah-tinggi), tipe II (FE tinggi) ngon tipe III (EB-FE rendah). d Energi pembentukan cacat VI ngon LOS FAPbI3 lam kontrol. e I penghalang migrasi ion lam kontrol dan LOS FAPbI3. f – representasi skematis migrasi ion I (bola oren) dan gLOS FAPbI3 (abu-abu, timah; violet (oren), yodium (yodium mobile)) lam kontrol gf (wi: pandangan ateuh; uneun: penampang, coklat); karbon; biru muda – nitrogen; mirah – oksigen; warna pink muda – hidrogen). Data sumber geubri lam bentuk file data sumber.
Kamoe kemudian secara sistematis meurunoe pengaroh dari berbagai defek titik intrinsik (termasok penghunian antisit PbFA, IFA, PbI, dan IPb; atom interstisial Pbi dan Ii; dan kekosongan VI, VFA, dan VPb), yang dianggap sebagai faktor kunci. nyang jeuet keu seubab degradasi fase tingkat atom ngon energi geupeuleumah bak Gambar 1b ngon Tabel Tambahan 1. Nyang menarik, hana mandum cacat geupeukureueng penghalang energi transisi fase α-δ (Gambar 1b). Kamoe peucaya bahwa cacat nyang na energi pembentukan nyang miyub ngon hambatan energi transisi fase α-δ nyang miyub geuanggap meurusak stabilitas fase. Lage yeng dilaporkan sigolom jih, wateh yeng kaya timah umum jih dianggap efektif untuk formamidin PSC27. Kareuna nyan, kamoe fokus bak permukaan (100) nyang meuakhé PbI2 lam kondisi nyang kaya timah. Energi pembentukan cacat dari cacat titik intrinsik permukaan ditunjukkan pada Gambar 1c dan Tabel Tambahan 1. Berdasarkan penghalang energi (EB) dan energi pembentukan transisi fase (FE), cacat-cacat nyoe diklasifikasikan jeut keu lhee jenis. Tipe I (EB rendah-FE tinggi): Meskipun IPb, VFA dan VPb secara signifikan mengurangi penghalang energi keu transisi fase, awak nyan na energi pembentukan nyang tinggi. Kareuna nyan, kamoe peucaya bahwa jeuneh-jeuneh cacat nyoe na dampak nyang terbatas ateuh transisi fase kareuna jarang terbentuk. Tipe II (EB tinggi): Kareuna penghalang energi transisi fase α-δ nyang ka meutamah get, cacat anti-teumpat PbI, IFA ngon PbFA hana meurusak stabilitas fase perovskit α-FAPbI3. Tipe III (EB rendah-FE rendah): cacat VI, Ii ngon Pbi ngon energi pembentukan nyang relatif rendah jeuet keu seubab degradasi fase itam. Puloë-pulôh meunyoë ta ingat FE dan EB VI njang paléng mijub, kamoë peucaya bahwa strategi njang paléng efektif nakeuh tapeukureuëng I lowongan.
Keu peukureueng VI, kamoe meukeumang lapisan padat PbC2O4 keu peugot permukaan FAPbI3 leubeh get. Dibandingkan deungon pasivator sira halida organik lagee feniletilemonium yodida (PEAI) ngon n-oktilamonium yodida (OAI), PbC2O4, nyang hana mengandung ion halogen mobile, stabil seucara kimia, hana larut lam ie, ngon mudah dinonaktifkan watee stimulasi. Stabilisasi nyang jroh nibak kelembaban permukaan ngon medan listrek perovskite. Keularutan PbC2O4 lam ie hanya 0,00065 g/L, nyang bahkan leubeh miyup nibak PbSO428. Leubeh peunteng lom, lapisan LOS nyang padat ngon seragam jeuet disiapkan deungon leumoh bak pilem perovskite ngon dipakek reaksi in situ (eu di miyup). Kamoe peugot simulasi DFT ikatan antarmuka antara FAPbI3 ngon PbC2O4 lagee nyang deuh bak Gambar Tambahan 1. Tabel Tambahan 2 menyajikan energi pembentukan cacat lheuh injeksi LOS. Kamoe meuteumee bahwa LOS hana mantong meuningkatkan energi pembentukan defek VI 0,69-1,53 eV (Gambar 1d), tapi cit meuningkatkan energi aktivasi I bak permukaan migrasi ngon permukaan teubiet (Gambar 1e). Lam tahap phon, ion I bermigrasi di sipanyang permukaan perovskite, meninggalkan ion VI lam posisi kisi deungon penghalang energi 0,61 eV. Lheueh geupeuturi LOS, kareuna efek hambatan sterik, energi aktivasi keu migrasi ion I meutamah keu... 1,28 eV nyan. Bak masa migrasi ion I nyang jitinggai permukaan perovskite, penghalang energi lam VOC pih leubeh manyang nibak sampel kontrol (Gbr. 1e). Diagram skematis jalur migrasi ion I lam kontrol ngon LOS FAPbI3 geupeuleumah bak Gambar 1 f ngon g, maseng-maseng. Hase simulasi nyan geupeuleumah bahwa LOS jeuet geuhambat pembentukan defek VI ngon volatilisasi I, sampoe jeuet geucegah nukleasi transisi fase α keu δ.
Reaksi antara asam oksalat ngon perovskit FAPbI3 geu uji. Lheueh geu campur larutan asam oksalat ngon FAPbI3, teubeuntuk le that endapan puteh, lagee nyang deuh bak Gambar Tambahan 2. Produk bubuk nyan geuidentifikasi seubagoe bahan PbC2O4 murni ngon geungui difraksi sinar-X (XRD) (Gambar Tambahan 3) ngon transformasi FourierfrascoppIR in4). Kamoe meuteumee bahwa asam oksalat that larut lam isopropil alkohol (IPA) bak suhu ruangan deungon kelarutan kira-kira 18 mg/mL, lagee nyang dipeuleumah lam Gambar Tambahan 5. Nyoe jeut keu pemrosesan selanjut jih leubeh mudah kareuna IPA, seubagoe pelarut pasivasi umum, hana la dote watee peroyon2d nyang paneuk. Kareuna nyan, ngon cara tapeutron pilem perovskit lam larutan asam oksalat atawa tapeulapeh spin-coating larutan asam oksalat ateuh perovskit, PbC2O4 nyang tipih ngon padat jeuet tacok ngon bagah bak permukaan pilem perovskit meunurot persamaan kimia lagee nyoe: H2C2O4 + PAPbI +2O. FAI jeuet ta larut lam IPA ngon meunan ji peuteubiet watee ta taguen. Teubai LOS jeuet ta kontrol ngon watee reaksi ngon konsentrasi prekursor.
Gambar mikroskopi elektron pemindaian (SEM) dari pilem perovskite kontrol ngon LOS dipeudeuh bak Gambar 2a,b. Hase jih geupeuleumah bahwa morfologi permukaan perovskite teujaga deungon get, ngon sejumlah rayeuk partikel-partikel halus nyang disimpan bak permukaan butir-butir, nyang seharusjih mewakili lapisan PbC2O4 nyang dibentuk le reaksi in-situ. Film perovskite LOS na permukaan nyang leubeh gleh bacut (Gambar Tambahan 6) dan sudut kontak ie nyang leubeh rayeuk dibandengkan ngon film kontrol (Gambar Tambahan 7). Mikroskopi elektron transmisi meulintang resolusi tinggi (HR-TEM) dipakek untuk meubedakan lapehsan wateh produk. Dibandeng ngon filem kontrol (Gbr. 2c), lapisan tipih nyang seragam ngon padat ngon teubai kira-kira 10 nm deuh jeulaih bak ateuh perovskite LOS (Gbr. 2d). Deungon geungui mikroskopi elektron pemindaian medan gelap annular sudot manyang (HAADF-STEM) keu geupareksa antarmuka antara PbC2O4 ngon FAPbI3, na daerah kristal FAPbI3 ngon daerah amorf PbC2O4 jeuet geuamati deungon jeulaih (Gambar Tambahan 8). Komposisi wateh perovskite lheh perlakuan asam oksalat ditanda deungen pengukuran spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS), lage yeng dipeudeh bak Gambar 2e-g. Lam Gambar 2e, puncak C 1s sekitar 284,8 eV ngon 288,5 eV maseng-maseng na lam sinyal CC ngon FA nyang spesifik. Dibandeng ngon membran kontrol, membran LOS geupeuleumah puncak tambahan bak 289,2 eV, nyang geuhubongkan ngon C2O42-. Spektrum O 1s perovskite LOS geupeuleumah lhee boh puncak O 1s nyang meubeda seucara kimia bak 531,7 eV, 532,5 eV, ngon 533,4 eV, nyang sesuai ngon COO nyang ka deprotonasi, C=O dari kelompok oksalat nyang utoh 30 ngon atom O dari komponen OH2e (Gbr. ). )). Untuk sampel kontrol, hanya puncak O 1s ubeut yang diamati, yang jeut dikaitkan ngen oksigen yang diserap kimia bak permukaan. Karakteristik membran kontrol Pb 4f7/2 ngon Pb 4f5/2 na bak 138,4 eV ngon 143,3 eV. Kamoe meu-amati bahwa perovskite LOS geupeuleumah pergeseran puncak Pb kira-kira 0,15 eV u arah energi meuikat nyang leubeh manyang, nyan menunjukkan interaksi nyang leubeh teuga antara atom C2O42- ngon Pb (Gbr. 2g).
a Gambar SEM kontrol dan b pilem perovskit LOS, pandangan ateuh. c Mikroskopi elektron transmisi penampang resolusi tinggi (HR-TEM) dari kontrol ngon d pilem perovskit LOS. XPS resolusi tinggi dari e C 1s, f O 1s dan g Pb 4f pilem perovskit. Data sumber geubri lam bentuk file data sumber.
Meunurot hase DFT, seucara teoritis diprediksi bahwa defek VI ngon migrasi I mudah that menyebabkan transisi fase dari α keu δ. Laporan seugolom jih kaleuh dipeudeuh bahwa I2 deungen bagah dipeulheh dari pilem perovskite berbasis PC seulama fotoimmersi lheh dipeudeuh pilem keu tekanan cahaya ngen termal31,32,33. Untuk geukonfirmasi efek stabilisasi oksalat timah bak fase α perovskite, kamoe meucelupkan pilem perovskite kontrol ngon LOS lam botol kaca transparan nyang na toluena, maseng-maseng, lheuh nyan meuradiasi ngon 1 cahya mata uroe seulama 24 j. Kamoe meu uko seurapan cahaya ultraviolet ngon cahaya nyang deuh (UV-Vis). ) larutan toluena, lagee nyang deuh bak Gambar 3a. Dibandingkan ngon sampel kontrol, intensitas absorpsi I2 nyang jioh leubeh miyub diamati lam kasus LOS-perovskite, nyan menunjukkan bahwa LOS kompak jeut menghambat peulheuh I2 dari pilem perovskite seulama immersi cahaya. Poto-poto pilem perovskite kontrol nyang ka tuha ngon LOS geupeuleumah lam inset Gambar 3b ngon c. Perovskite LOS mantong itam, seudangkan sebagian rayeuk filem kontrol ka meuwarna kuneng. Spektrum absorpsi UV-yang deuh dari pilem nyang teungoh dipeudeuh bak Gambar. 3b, c. Kamoe meu-amati bahwa absorpsi nyang sesuai ngon α lam pilem kontrol jeulaih meunuron. Pengukuran sinar-X dipeuget untuk didokumentasikan evolusi struktur kristal. Lheueh 24 jeum pencahayaan, perovskite kontrol geupeuleumah sinyal δ-fase kuneng nyang teuga (11,8°), seudangkan perovskite LOS mantong geupeutheun fase itam nyang jroh (Gambar 3d).
Spektrum absorpsi nyang deuh UV dari larutan toluene di pat pilem kontrol ngon pilem LOS dipeutron di miyup 1 cahya mata uroe seulama 24 jeum. Inset nyan jipeuleumah saboh botol dipat tiep-tiep pilem jipeutamong lam volume toluena nyang saban. b Spektrum absorpsi UV-Vis dari pilem kontrol dan c pilem LOS seugolom dan lheuh 24 h immersi di miyup 1 cahya mata uroe. Inset nyan na foto filem tes. d Pola difraksi sinar-X pilem kontrol ngon LOS sigohlom ngon lheuh 24 h paparan. Gambar SEM dari pilem kontrol e dan pilem f LOS lheuh 24 jam paparan. Data sumber geubri lam bentuk file data sumber.
Kamoe peugot pengukuran mikroskopi elektron pemindaian (SEM) keu meu-amati perubahan mikrostruktur pilem perovskite lheuh 24 jeum pencahayaan, lagee nyang deuh bak Gambar 3e,f. Lam filem kontrol, bijeh-bijeh rayeuk ka hanco dan ka jeut keu jarom ubeut, nyang sesuai ngon morfologi produk fase δ FAPbI3 (Gbr. 3e). Keu filem LOS, butir-butir perovskite teutap lam keuadaan nyang jroh (Gambar 3f). Hase jih geupeukong bahwa gadôh I secara signifikan geu-induksi transisi dari fase itam u fase kuneng, seudangkan PbC2O4 geupeustabil fase itam, geucegah gadôh I. Kareuna kepadatan kekosongan bak permukaan jioh leubeh manyang nibak bak massal butir-butir,34 fase nyoe leubeh mungken teujadi bak permukaan dari. simultan geupeuleupah yodium ngon geubentuk VI. Lagee nyang diprediksi le DFT, LOS jeut ji peutheun pembentukan defek VI ngon ji peutheun migrasi ion I u permukaan perovskite.
Seulaén nibak nyan, efek lapisan PbC2O4 ateuh tahan kelembaban filem perovskite lam udara atmosfer (kelembaban relatif 30-60%) geupeulajari. Lagee nyang deuh bak Gambar Tambahan 9, perovskite LOS mantong itam lheuh 12 uroe, seudangkan pilem kontrol ka meuwarna kuneng. Lam pengukuran XRD, filem kontrol jipeuleumah puncak nyang teuga bak 11,8° nyang sesuai ngon fase δ FAPbI3, seudangkan perovskite LOS geupeutheun fase α itam ngon get (Gambar Tambahan 10).
Fotoluminesen keuadaan stabil (PL) ngen fotoluminesen yeng dipeuselesaikan wate (TRPL) dipakek untuk dipeulajari efek pasivasi oksalat timah bak wateh perovskite. Lam Gbr.Gambar 4a geupeuleumah bahwa filem LOS ka meutamah intensitas PL. Lam gamba pemetaan PL, intensitas pilem LOS bak mandum wilayah 10 × 10 μm2 leubeh manyang nibak pilem kontrol (Gambar Tambahan 11), nyan menunjukkan bahwa PbC2O4 secara seragam mengasifkan pilem perovskite. Masa udep pembawa ditentukan deungon cara dipeukira peluruhan TRPL deungon fungsi eksponensial tunggal (Gbr. 4b). Masa udep pembawa pilem LOS adalah 5,2 μs, yeng jioh lubeh panyang dari pilem kontrol deungen masa udep pembawa 0,9 μs, meutunjokkan rekombinasi nonradiatif wateh yeng meukureng.
PL keuadaan stabil ngon spektrum b PL seumentara pilem perovskite bak substrat kaca. c Kurva SP alat (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au). d Spektrum EQE ngon spektrum Jsc EQE nyang terintegrasi dari alat nyang paleng efisien. d Ketergantungan intensitas cahaya saboh alat perovskite bak diagram Voc. f Analisis MKRC khas nyang geungui alat lubang gleh ITO/PEDOT:PSS/Perovskite/PCBM/Au. VTFL nakeuh tegangan peunoh jeubak maksimum. Dari data nyan kamoe meuhitong kepadatan jeubak (Nt). Data sumber geubri lam bentuk file data sumber.
Untuk meurunoe efek lapisan oksalat timah ateuh kinerja alat, struktur kontak FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au tradisional dipakek. Kamoe meungui formamidin klorida (FACl) seubagoe aditif keu prekursor perovskite nibak metilamin hidroklorida (MACl) keu meucapai kinerja alat nyang leubeh get, kareuna FACl jeuet geubri kualitas kristal nyang leubeh get ngon geupeuhindar celah pita FAPbI335 (kalon Gambar Tambahan detaili dan1). ). 12-14). IPA geupiléh seubagoë antipelarut kareuna geubri kualitas kristal nyang leubèh jroh ngon orientasi nyang leubèh geupiléh lam pilem perovskite dibandengkan ngon dietil eter (DE) atawa klorobenzena (CB)36 (Gambar Tambahan 15 ngon 16). Teubai PbC2O4 geuoptimalkan deungon get untuk geuseimbangkan pasivasi defek ngon transportasi muatan deungon geusesuaikan konsentrasi asam oksalat (Gambar Tambahan 17). Gambar SEM penampang dari alat kontrol dan LOS yang dioptimalkan ditunjukkan pada Gambar Tambahan 18. Kurva kepadatan arus (CD) khas untuk alat kontrol dan LOS ditunjukkan pada Gambar 4c, dan parameter yang diekstraksi dijok pada Tabel Tambahan 3. Efisiensi konversi daya maksimum ( J%2c)43. 25,75 mA cm-2 (25,74 mA cm-2), Voc 1,16 V (1,16 V) ngon scan teubalek (ukeu). Faktor peunoh (FF) nakeuh 78,40% (76,69%). Maksimum PCE LOS PSC nakeuh 25,39% (24,79%), Jsc nakeuh 25,77 mA cm-2, Voc nakeuh 1,18 V, FF nakeuh 83,50% (81,52%) dari balek (Scan keu ukeu keu). Alat LOS nyan meucapai kinerja fotovoltaik nyang ka geusertifikasi 24,92% lam laboratorium fotovoltaik pihak keu lhee nyang jeuet dipeucaya (Gambar Tambahan 19). Efisiensi kuantum eksternal (EQE) geubri Jsc nyang terintegrasi maseng-maseng 24,90 mA cm-2 (kontrol) ngon 25,18 mA cm-2 (LOS PSC), nyang seusuai that ngon Jsc nyang geu uko lam spektrum standar AM 1,5 G (Gbr. .4d). ) . Distribusi statistik PCE nyang diuko keu PSC kontrol ngon LOS dipeudeuh lam Gambar Tambahan 20.
Lagee nyang deuh bak Gambar 4e, hubungan antara Voc ngon intensitas cahaya dihitong untuk meurunoe efek PbC2O4 bak rekombinasi permukaan nyang dibantu le jeubak. Lereng gareh nyang ka teupeugot keu alat LOS nakeuh 1,16 kBT/sq, nyang leubeh miyup nibak lereng gareh nyang ka teupeugot keu alat kontrol (1,31 kBT/sq), nyang geupeusah bahwa LOS na guna keu peuhambat rekombinasi permukaan le decoys. Kamoe meungui teknologi pembatas arus muatan ruang angkasa (SCLC) keu meu uko seucara kuantitatif kepadatan cacat saboh pilem perovskit deungon meu uko karakteristik IV gelap saboh alat lubang (ITO/PEDOT:PSS/perovskit/spiro-OMeTAD/Au) lagee nyang deuh bak gamba. 4f Peuleumah. Kepadatan jeupang geuhitong ngon rumus Nt = 2ε0εVTFL/eL2, dipat ε nakeuh konstanta dielektrik relatif nibak pilem perovskite, ε0 nakeuh konstanta dielektrik vakum, VTFL nakeuh teugangan pembatas keu peunoh jeubak, e nakeuh muatan, L nakeuh teubai pilem perovskit n). Kepadatan cacat alat VOC dihitong 1,450 × 1015 cm–3, nyang leubeh miyup nibak kepadatan cacat alat kontrol, nyang 1,795 × 1015 cm–3.
Alat nyang hana dikemas nyan geu uji bak titik daya maksimum (MPP) di miyup cahya uroe punoh di miyup nitrogen untuk geu pareksa stabilitas kinerja jangka panyang (Gambar 5a). Lheueh 550 jeuëm, alat LOS mantong geupeutheun 92% nibak efisiensi maksimum, seudangkan kinerja alat kontrol ka meutron jeuët keu 60% nibak kinerja asli. Distribusi elemen lam alat tuha nyan geu uko ngon spektrometri massa ion sekunder watee penerbangan (ToF-SIMS) (Gbr. 5b, c). Akumulasi yodium nyang rayeuk jeuet takalon bak wilayah kontrol meuh ateuh. Kondisi peulindong gas inert hana jitamong lam faktor-faktor nyang jipeureuloh lingkungan lagee kelembaban ngon oksigen, nyang jipeutunyok bahwa mekanisme internal (yaitu, migrasi ion) nyang meutanggong jaweub. Meunurot hase ToF-SIMS, ion I- ngon AuI2- jiteumee lam elektroda Au, nyan tanda difusi I dari perovskite jeut keu Au. Intensitas sinyal ion I- ngon AuI2- lam alat kontrol kira-kira 10 kali leubeh manyang nibak sampel VOC. Laporan seugolom jih kaleuh dipeudeuh bahwa permeasi ion jeut menyebabkan penurunan bagah dalam konduktivitas lubang spiro-OMeTAD ngen korosi kimia lapehsan elektroda ateuh, sampoe meureuloh kontak antarmuka dalam alat37,38. Elektroda Au dipeuteubiet dan lapisan spiro-OMeTAD dipeugleh dari substrat ngon larutan klorobenzena. Kamoe lheuh nyan meukarakterisasi filem nyan ngon kamoe pakek difraksi sinar-X insiden grazing (GIXRD) (Gambar 5d). Hase jih jipeuleumah bahwa pilem kontrol na puncak difraksi nyang jeulaih bak 11,8°, seudangkan hana puncak difraksi baro nyang deuh lam sampel LOS. Hase jih geupeuleumah bahwa gadoh ion I nyang rayeuk lam pilem kontrol nyan jeuet keu generasi fase δ, seudangkan lam pilem LOS proses nyoe jeulaih that jipeutheun.
575 jam pelacakan MPP sabe-sabe alat nyang hana disegel lam atmosfer nitrogen dan 1 cahaya mata uroe hana filter UV. Distribusi ToF-SIMS ion b I- dan c AuI2- lam alat kontrol MPP LOS dan alat penuaan. Warna-warna kuneng, ijo ngon oren nyan saban ngon Au, Spiro-OMeTAD ngon perovskite. d GIXRD dari pilem perovskit lheuh uji MPP. Data sumber geubri lam bentuk file data sumber.
Konduktivitas nyang meugantung bak suhu geu uko keu geupeukong bahwa PbC2O4 jeuet geuhambat migrasi ion (Gambar Tambahan 21). Energi aktivasi (Ea) dari migrasi ion ditentukan deungon geu uko perubahan konduktivitas (σ) dari pilem FAPbI3 bak suhu nyang berbeda (T) ngon geu pakek hubungan Nernst-Einstein: σT = σ0exp (−Ea/kBT), di pat σ0 nakeuh konstanta, kB nakeuh konstanta Botzl. Tanyoe meuteumee nilai Ea dari kemiringan ln(σT) versus 1/T, yaitu 0,283 eV untuk kontrol dan 0,419 eV untuk alat LOS.
Singkat jih, kamoe meubri kerangka teoritis keu identifikasi jalur degradasi perovskite FAPbI3 ngon pengaroh berbagai cacat ateuh penghalang energi transisi fase α-δ. Di antara cacat-cacat nyan, cacat VI seucara teoritis diprediksi mudah menyebabkan transisi fase dari α keu δ. Lapesan padat PbC2O4 nyang hana larut lam ie ngon stabil seucara kimia geupeuturi keu menstabilkan fase α FAPbI3 deungon menghambat pembentukan lowongan I ngon migrasi ion I. Strategi nyo seucara signifikan meupeukureng rekombinasi non-radiasi antarmuka, meuningkatkan efisiensi sel surya jeut keu 25,39%, ngon meuningkatkan stabilitas operasi. Hase kamoe geubri panduan untuk meucapai PSC formamidin nyang efisien ngon stabil deungon menghambat transisi fase α keu δ nyang dipicu le cacat.
Isopropoksida titanium (TTIP, 99,999%) geubloe bak sigma-aldrich. Asam klorida (HCl, 35,0-37,0%) ngon etanol (anhidrat) geubloe bak Industri Kimia Guangzhou. SnO2 (15% brat dispersi koloid oksida timah (IV)) geubloe bak Alfa Aesar. Timah (II) yodida (PbI2, 99,99%) geubloe bak TCI Shanghai (Cina). Formamidin yodida (FAI, ≥99,5%), formamidin klorida (FACl, ≥99,5%), metilamin hidroklorida (MACl, ≥99,5%), 2,2',7,7'-tetrakis-(N , N-dioksi-anilinf',9)- (Spiro-OMeTAD, ≥99,5%), litium bis (trifluorometana) sulfonilimida (Li-TFSI, 99,95%), 4-tert -butilpiridin (tBP, 96%) geubloe bak Perusahaan Teknologi Cahaya Polimer Xi'an (Cina). N,N-dimetilformamida (DMF, 99,8%), dimetil sulfoksida (DMSO, 99,9%), alkohol isopropil (IPA, 99,8%), klorobenzena (CB, 99,8%), asetonitril (ACN). Dibloe bak Sigma-Aldrich. Asam oksalat (H2C2O4, 99,9%) geubloe bak Macklin. Mandum bahan kimia geungui lagee nyang ka geuterimong hana modifikasi laen.
Substrat ITO atawa FTO (1,5 × 1,5 cm2) geupeugleh ngon cara ultrasonik ngon deterjen, aseton, ngon etanol maseng-maseng seulama 10 minet, lheuh nyan geupeuthoe di miyup aliran nitrogen. Saboh lapisan penghalang TiO2 padat dipeuduek bak substrat FTO dipakek larutan titanium diisopropoksibis (asetilasetonat) lam etanol (1/25, v/v) dipeuduek bak suhu 500 °C seulama 60 min. Dispersi koloid SnO2 diencerkan deungen ie deionisasi dalam rasio volume 1:5. Bak substrat yeng gleh yeng dipeulaku deungen ozon UV seulama 20 minet, saboh pilem lipeh nanopartikel SnO2 dipeusimpan bak 4000 rpm seulama 30 detik ludoe dipeusuum bak 150 °C seulama 30 minet. Keu larutan prekursor perovskit, 275,2 mg FAI, 737,6 mg PbI2 ngon FACl (20 mol%) geularut lam pelarut campuran DMF/DMSO (15/1). Lapesan perovskit disiapkan deungen disentrifugasi 40 μL larutan prekursor perovskit di ateuh lapisan SnO2 yeng dirawat deungen ozon UV bak 5000 rpm di udara sekitar seulama 25 s. 5 detik lheuh watee nyang keuneulheueh, 50 μL larutan IPA MACl (4 mg/mL) bagah-bagah jipeutron u ateuh substrat seubagoe antipelarut. Lheueh nyan, filem nyang baroe jipeusiap nyan ji-anneal bak suhu 150°C seulama 20 min lheuh nyan bak suhu 100°C seulama 10 min. Lheueh geupeuleungkap pilem perovskit sampoe suhu ruangan, larutan H2C2O4 (1, 2, 4 mg nyang geularut lam 1 mL IPA) geusentrifugasi bak 4000 rpm seulama 30 s keu geupeupasif permukaan perovskit. Saboh larutan spiro-OMeTAD nyang geupeugot ngon cara geu campur 72,3 mg spiro-OMeTAD, 1 ml CB, 27 μl tBP ngon 17,5 μl Li-TFSI (520 mg lam 1 ml asetonitril) geulap ngon spin keu pilem bak 4000 rpm lam watee. Akhe jih, lapehsan Au teubai 100 nm diuapkan dalam vakum deungen kecepatan 0,05 nm/detik (0~1 nm), 0,1 nm/detik (2~15 nm) ngen 0,5 nm/detik (16~100 nm). ).
Kinerja SC sel surya perovskite geu uko ngon geu pakek Keithley 2400 meter di miyup pencahayaan simulator surya (SS-X50) bak intensitas cahaya 100 mW/cm2 ngon geu verifikasi ngon geu pakek sel surya silikon standar nyang ka geu kalibrasi. Kecuali meunyo dipeugah laen, kurva SP diuko lam kotak sarung jaroe nyang asoe jih nitrogen bak suhu ruangan (~25°C) lam mode scan ukeu ngon teubalek (langkah tegangan 20 mV, watee penundaan 10 ms). Saboh masker bayangan dipakek untuk dipeuteunte luah efektif 0,067 cm2 untuk PSC yang diuko. Pengukuran EQE geupeugot lam udara lingkungan ngon geungui sistem PVE300-IVT210 (Teknologi Visi Industri (s) Pte Ltd) ngon cahya monokromatik nyang geufokuskan bak alat nyan. Keu stabilitas alat, pengujian sel surya nyang hana terkapsul dipeuget lam kotak sarung tangan nitrogen bak tekanan 100 mW/cm2 hana filter UV. ToF-SIMS geu uko ngon geu pakek SIMS watee penerbangan nanoTOFII PHI. Profiling kedalaman dipeugot deungon dipakek pistol ion Ar 4 kV deungon luah 400×400 μm.
Pengukuran spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) dipeuget bak sistem Ilmiah Thermo-VG (ESCALAB 250) dipakek Al Kα monokromatisasi (untuk mode XPS) bak tekanan 5,0 x 10-7 Pa. Mikroskopi elektron pemindaian (SEM) dipeuget bak sistem JOLF-0SM6. Morfologi wateh ngen kekasaran pilem perovskit di uko deungen dipakek mikroskop gaya atom (AFM) (FastScan Dimensi Bruker). STEM ngon HAADF-STEM geupeugot bak FEI Titan Themis STEM. Spektrum seurapan UV-Vis di uko deungen dipakek UV-3600Plus (Perusahaan Shimadzu). Arus pembatas muatan ruang angkasa (SCLC) geucatat bak Keithley 2400 meter. Fotoluminesen keuadaan stabil (PL) ngen fotoluminesen yeng dipeuselesaikan wate (TRPL) dari peluruhan seuumur udep pembawa diuko deungen dipakek spektrometer fotoluminesen FLS 1000. Gambar pemetaan PL geu uko ngon geu pakek sistem Raman LabRam Horiba Evolusi SDM. Spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) dipeuget deungen dipakek sistem NXR 9650 Nicolet Termo-Fisher.
Lam karya nyoe, kamoe meupakek metode sampling jalur SSW untuk meurunoe jalur transisi fase dari α-fase keu δ-fase. Lam metode SSW, gerak permukaan energi potensial nyan ditentukan le arah mode lumoh acak (turunan keudua), nyang memungkenkan studi nyang rinci ngon objektif teuntang permukaan energi potensial. Lam karya nyoe, pengambilan sampel jalur dipeuget bak supersel 72 atom, dan leubeh dari 100 pasangan keadaan awai/akhe (IS/FS) dikumpoi bak tingkat DFT. Berdasarkan himpunan data pasangan IS/FS, jalur nyang meuhubong struktur awai ngon struktur akhe jeuet ditentukan ngon korespondensi antara atom, lheuh nyan gerak dua arah di sipanyang permukaan satuan variabel dipakek untuk ditentukan deungon lancar metode keadaan transisi. (VK-DESV). Lheueh geumita keuadaan transisi, jalan ngon penghalang paleng miyup jeuet geupeuteuntèe ngon geupeurangking penghalang energi.
Mandum perhitungan DFT dipeuget deungen dipakek VASP (versi 5.3.5), di pat interaksi elektron-ion atom C, N, H, Pb, ngen I diwakili le skema gelombang diperkuat yeng diproyeksikan (PAW). Fungsi korelasi pertukaran dijeulahkan le pendekatan gradien umum dalam parametrisasi Perdue-Burke-Ernzerhoff. Batas energi keu gelombang bidang geu atoe keu 400 eV. Kisi titek k Monkhorst-Pack na ukuran (2 x 2 x 1). Keu mandum struktur, posisi kisi ngon atom geuoptimalkan seupeunoh jih sampoe komponen teugangan maksimum di miyup 0,1 GPa ngon komponen gaya maksimum di miyup 0,02 eV/Å. Lam model permukaan, permukaan FAPbI3 na 4 lapisan, lapisan miyueb na atom teutap nyang mensimulasikan tuboh FAPbI3, ngon lhee lapisan ateuh jeut bergerak bebas lam proses optimasi. Lapisan PbC2O4 teubai jih 1 ML dan na bak permukaan I-terminal FAPbI3, dimana Pb meuikat bak 1 I dan 4 O.
Keu informasi leubeh lanjut teuntang desain kajian, neukalön Abstrak Laporan Portofolio Alam nyang meukaét ngon artikel nyoe.
Mandum data nyang dipeugot atawa dianalisa lam penelitian nyoe dipeutamong lam artikel nyang dipeuteubiet, meunan cit lam informasi pendukung dan file data mentah. Data mentah nyang geupeuleumah lam penelitian nyoe na bak https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440. Data sumber ka geubri keu tulesan nyoe.
Ijo, M. dkk. Tabel Efisiensi Sel Surya (ed. keu-57). program nyan. fotolistrek. sumber daya nyang. aplikasi. 29, 3-15 (2021).
Parker J. ngon nyang laen. Meukontrol pertumbuhan lapisan perovskite deungon geupake alkil amonium klorida nyang volatil. Alam 616, 724-730 (2023).
Zhao Y. dkk. Hana aktif (PbI2)2RbCl menstabilkan pilem perovskite keu sel surya efisiensi tinggi. Sains 377, 531-534 (2022).
Tan, K. dan laen-laen. Sel surya perovskit nyang teubalek geupake dopan dimetilakridinil. Alam, 620, 545-551 (2023).
Han, K. dan laen-laen. Yodida timah formamidin kristal tunggal (FAPbI3): wawasan teuntang sifeut struktural, optik ngon listrek. kata keterangan. Mat. 28, thon 2253-2258 (2016).
Massey, S. dan laen-laen. Penstabilan fase perovskit itam lam FAPbI3 ngon CsPbI3. AKS Komunikasi Energi Aceh. 5, thon 1974-1985 (2020).
Kamoe, JJ, dkk. Sel surya perovskite nyang efisien rot manajemen pembawa nyang leubeh get. Alam 590, 587-593 (2021).
Saliba M. dkk. Peugabong kation rubidium lam sel surya perovskite meuningkatkan hase keureuja fotovoltaik. Sains 354, 206-209 (2016).
Saliba M. dkk. Sel surya sesium perovskite lhee kation: meningkatkan stabilitas, reproduksi ngon efisiensi nyang tinggi. lingkungan energi nyang na. ilme nyan. 9, thon 1989-1997 (2016).
Cui X. dan laen-laen. Kemajuan baroe-baroe nyoe lam stabilisasi fase FAPbI3 lam sel surya perovskite berkinerja tinggi Sol. RRL 6, thon 2200497 (2022).
Delagetta S. ngon nyang laen. Peumisah fase fotoinduksi nyang dirasionalisasi dari perovskit organik-anorganik halida meujampu. Nat. komunikasi. 8, 200 (thôn 2017).
Slotkavage, DJ dan laen-laen. Peumisah fase nyang jipeugot le cahya lam penyerap perovskite halida. AKS Komunikasi Energi Aceh. 1, thon 1199-1205 (2016).
Chen, L. dan laen-laen. Stabilitas fase intrinsik ngon celah pita intrinsik kristal tunggal perovskit triyodida timah formamidin. Anjiwa. Kimia nyan. keu-internasionalan. Ed. 61. thon 2022.
Duinsti, EA dll Meuphom keuhai dekomposisi metilendiamonium ngon peran jih lam stabilisasi fase formamidin triyodida timah. J. Kimia. Jalang. 18, 10275-10284 (2023).
Lu, HZ dkk. Pengendapan uap nyang efisien ngon stabil dari sel surya perovskite itam FAPbI3. Ilme 370, 74 (2020).
Doherty, TAS dll. Perovskit halida oktahedral miring stabil menekan pembentukan fase lokal deungen karakteristik yeng teubatah. Sains 374, thon 1598-1605 (2021).
Ho, K. dan laen-laen. Mekanisme transformasi ngon degradasi bijeh formamidin ngon perovskit sesium ngon timah iodida di miyup pengaroh kelembaban ngon cahaya. AKS Komunikasi Energi Aceh. 6, 934-940 (2021).
Zheng J. dan laen-laen. Perkembangan anion pseudohalida keu sel surya perovskit α-FAPbI3. Alam 592, 381-385 (2021).