Paļdis, ka apmeklejot Nature.com. Pōrlyuka versejai, kuru lītoj, ir īrūbežōts CSS atbolsts. Kab dabuotu lobuokūs rezultatus, īsacejam izmontuot jaunuoku puorlyuka verseju (voi izslēgt sadereibys režimu Internet Explorer). Pa tū laiku, kab nūdrūšynuotu pastuoveigu atbolstu, mes paruodom sātys lopu bez stila voi JavaScript.
Defektu pasivaceja ir plaši izmontuota, kab uzlobuotu svyna trijodida perovskita saulis batereju veiktspēju, tok vysaidu defektu ītekme iz α-fazis stabilitati vys vēļ ir naskaidra; Ite, izmontojūt bleivuma funkcionalū teoreju, pyrmū reizi identificejam formamidina svyna trijodida perovskita nūsaškeļšonys ceļu nu α-fazis iz δ-fazi i pietej dažaidu defektu ītekmi iz fazis puorejis energejis barjeru. Simulacejis rezultati prognozej, ka joda vakancejis, vysa tycamuok, izraisa degradaceju, deļtam ka tuos īvārojami pazamoj energejis barjeru α-δ fazis puorejai i perovskita viersā ir vysmozuokuo veiduošonuos energeja. Bleiva iudinī naškeidynojūšuo svyna oksalata sluoņa īvīsšona iz perovskita viersa īvārojami nūmīrynoj α-fazis sadaleišonu, nūvieršūt joda migraceju i izgaismuošonu. Kluotyn vēļ itei strategeja īvārojami samazynoj storpsejis nastaruošonys rekombinaceju i palelynoj saulis batereju efektivitati leidz 25,39% (sertificāts 24,92%). Naīpakuotuo īreice vys vēļ var saglobuot sovu suokūtnejū 92% efektivitati piec dorba ar maksimalū jaudu 550 stuņdis simulātā 1,5 G gaisa masys apstaruojumā.
Perovskita saulis batereju (PSC) energejis puorviersšonys efektivitate (PCE) ir sasnāguse sertificātu rekordu augstuokū punktu 26%1. Nu 2015. goda myusu dīnu PSC ir devuši prīškrūku formamidina trijodida perovskitam (FAPbI3) kai gaismu absorbejūšam sluoņam, deļtam ka tys ir izcyls termiskuos stabilitatis i preferencialuo jūslys plaisa, kas ir tyva Šoklija-Keisera rūbežam 2,3,4. Dīvamžāļ FAPbI3 plēvis termodinamiski pīdzeivoj fazis puoreju nu malnys α fazis iz dzaltonu naperovskita δ fazi ustobys temperaturā5,6. Kab naizaveiduotu deltys faze, ir izstruoduoti vysaidi sarežgeiti perovskita sastuovi. Vysizplateituokuo strategeja, kab puorvarātu itū problemu, ir FAPbI3 sajaukšona ar metilamonija (MA+), cezeja (Cs+) i bromida (Br-) jonu kombinaceju7,8,9. Tok hibridī perovskiti cīš nu jūslys plaisys paplašynuošonys i fotoinducātys fazu atdaleišonys, kas apdraud īgiutūs PSC veiktspēju i darbeibys stabilitati10,11,12.
Jaunuokī pietejumi ir paruodejuši, ka teiram vīnkristalam FAPbI3 bez dopinga ir izcyla stabilitate, partū ka tam ir izcyla kristalinitate i zami defekti13,14. Deļtam defektu samazynuošona, palelynojūt lela daudzuma FAPbI3 kristalinitati, ir svareiga strategeja, kab sasnāgtu efektivus i stabilus PSC2,15. Tok FAPbI3 PSC darbeibys laikā vys vēļ var nūtikt nūsaškeļšona iz navālamu dzaltonu sešstyurainu naperovskita δ fazi16. Process parosti suocās pi viersom i gryudu rūbežom, kas ir juteiguokys pret iudini, syltumu i gaismu daudzu defektu vītu kluotbyutnis deļ17. Partū viersa/graudu pasivaceja ir vajadzeiga, kab stabilizātu FAPbI318 malnū fazi. Daudzys defektu pasivacejis strategejis, tymā skaitā zamu dimenseju perovskitu, skuobu-bazu Luisa molekulu i amonija halogenida suoļu īvīsšona, ir sasnāgušys lelu progresu formamidina PSC19,20,21,22. Da šam gondreiž vysi pietejumi ir koncentriejušīs iz vysaidu defektu lūmu optoelektroniskūs eipašeibu, par pīmāru, nesēja rekombinacejis, difuzejis garuma i jūslys strukturys nūsaceišonā saulis baterejuos22, 23, 24. Par pīmāru, bleivuma funkcionalū teoreju (DFT) izmontoj, kab teoretiski prognozātu vysaidu defektu veiduošonuos energejis i īgiušonys energejis leimini, kū plaši izmontoj, kab vadeitu praktiskū pasivacejis projektiešonu20,25,26. Sasamazynojūt defektu skaitam, parosti uzaloboj īreicis stabilitate. Tok formamidina PSC dažaidu defektu ītekmis mehanismim iz fazis stabilitati i fotoelektriskajom eipašeibom vajadzātu byut piļneigi atškireigim. Cik mums ir zynoms, pamata izpratne par tū, kai defekti izraisa kubiskū iz sešstyuranu (α-δ) fazis puoreju i viersa pasivacejis lūmu iz α-FAPbI3 perovskita fazis stabilitati, vys vēļ ir švaki saprosta.
Ite atkluojam FAPbI3 perovskita degradacejis ceļu nu malnuos α-fazis iz dzaltonū δ-fazi i dažaidu defektu ītekmi iz α-iz-δ-fazis puorejis energejis barjeru caur DFT. I vakancejis, kas vīgli teik radeitys plēvis izgataveišonys i īreicis darbeibys laikā, teik prognozātys, ka vystycamuok suoks α-δ fazis puoreju. Deļtuo mes īvīsem iudinī naškeidynojūšu i kimiski stabilu bīzu svyna oksalata (PbC2O4) sluoni iz FAPbI3 viersa caur in situ reakceju. Svyna oksalata viersma (LOS) nūmīrynoj I vakanceju veiduošonūs i nūvierš I jonu migraceju, kod tū stimulej syltums, gaisma i elektriskī lauki. Dabuotais LOS īvārojami samazynoj storpsejis nastaruošonys rekombinaceju i uzloboj FAPbI3 PSC efektivitati leidz 25,39% (sertificāts leidz 24,92%). Naīpakuotuo LOS īreice saglobuoja 92% nu suokūtnejuos efektivitatis piec dorba maksimalajā jaudys punktā (MPP) vaira kai 550 stuņdis pi simulātys gaisa masys (AM) 1,5 G storuojuma.
Vysupyrma veicem ab initio apriekinus, kab atrostu FAPbI3 perovskita sadaleišonys ceļu leidz puorejai nu α fazis iz δ fazi. Izmontojūt detalizātu fazis puorveiduošonys procesu, teik konstatāts, ka puorviersšona nu treisdimenseju styurī dalejūšuo [PbI6] oktaedra FAPbI3 kubiskajā α-fazē iz vīndimenseju molu dalejūšuo [PbI6] oktaedru a FAPbI3 sešstyura δ-fazē ir. lauzšona 9. Pb-I pyrmajā sūlī veidoj saiti (Int-1), i tuo energejis barjera sasnādz 0,62 eV/šyunu, kai paruodeits 1.a attālā. Kod oktaedrs teik nūvītuots [0\(\bar{1}\)1] vierzīnī, sešstyura īsuo kēde pasaplašynoj nu 1×1 leidz 1×3, 1×4 i beidzūt īīt δ fazē. Vysa ceļa orientacejis attīceiba ir (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ. Nu energejis sadalejuma diagramys var konstatēt, ka piec FAPbI3 δ fazis kūduluošonys turpmuokajūs pūsmūs energejis barjera ir zamuoka par α fazis puorejis barjeru, kas nūzeimoj, ka fazis puoreja tiks paātrynuota. Skaidrys, ka pyrmais sūļs fazis puorejis kontrolē ir kritiski svareigs, ka mes gribim nūmīrēt α-fazis degradaceju.
a Fāzis puorveiduošonys process nu kreisuos iz lobū – malnuo FAPbI3 faze (α-faze), pyrmuo Pb-I saišu škeļšona (Int-1) i tuoļuoka Pb-I saišu škeļšona (Int-2, Int -3 i Int -4) i dzaltonuo faze FAPbI3 (delta faze). b Energejis barjerys FAPbI3 α iz δ fazis puorejai, pamatojūtīs iz dažaidim rakstureigajim punktu defektim. Punktātuo lineja paruoda idealuo kristala energejis barjeru (0,62 eV). c Svyna perovskita viersa primarūs punktu defektu veiduošonuos energeja. Abscisys ass ir α-δ fazis puorejis energejis barjera, bet ordinatu ass ir defektu veiduošonuos energeja. Pelēkā, dzaltonā i zaļā kruosā nūkruosuotuos dalis ir attīceigi I tips (zams EB-augsts FE), II tips (augsts FE) i III tips (zams EB-zams FE). d FAPbI3 defektu VI i LOS veiduošonuos energeja kontrolē. e I barjera jonu migracejai FAPbI3 kontrolē i LOS. f – I jonu (oranžuos sferys) i gLOS FAPbI3 (pelēks, svyns; violets (oranžs), jods (mobilais jods)) migracejis shematisks attāluojums gf kontrolē (pa kreisi: skots nu augšys; pa labi: škārsgrīzums, bryuns); ūgleklis; gaiši zyls – sluopeklis; sorkons – skuobeklis; gaiši ružovs – iudiņrads). Olūta dati teik snāgti olūta datu failu veidā.
Piec tuo mes sistematiski pietejom dažaidu rakstureigūs punktu defektu ītekmi (tymā skaitā PbFA, IFA, PbI i IPb antivītu aizjimteibu; Pbi i Ii storpšyunu atomi; i VI, VFA i VPb vakancejis), kas teik skaiteiti par golvonajim faktorim. kas izraisa atomu i energejis leimiņa fazis degradaceju, paruodeiti 1.b attālā i 1. papyldu tabulā, interesanti, ka na vysi defekti samazynoj α-δ fazis puorejis energejis barjeru (1.b att.). Mes skaitam, ka defekti, kurim ir gon zamys veiduošonuos energejis, gon zamuokys α-δ fazis puorejis energejis barjerys, teik skaiteiti par kaiteigim fazis stabilitatei. Kai ziņuots īprīšk, ar svynu boguotuos viersmys parostai teik skaiteitys par efektivom formamidina PSC27. Deļtuo mes koncentrejamīs iz PbI2 puortrauktū (100) viersu ar svynu boguotūs apstuokļūs. Viersmys rakstureigūs punktu defektu defektu veiduošonuos energeja paruodeita 1.c attālā i 1. papyldu tabulā, bolstūtīs iz energejis barjeru (EB) i fazis puorejis veiduošonuos energeju (FE), itī defekti teik īdaleiti treis veidūs. I tips (zams EB-augsts FE): Koč i IPb, VFA i VPb īvārojami samazynoj energejis barjeru fazis puorejai, tim ir augstys veiduošonuos energejis. Partū mes skaitam, ka itaida veida defektim ir īrūbežuota ītekme iz fazis puorejom, partū ka tī veidojās reši. II tips (augsts EB): Sakarā ar uzlobuotū α-δ fazis puorejis energejis barjeru, pretvītys defekti PbI, IFA i PbFA nabūjoj α-FAPbI3 perovskita fazis stabilitati. III tips (zams EB-zams FE): VI, Ii i Pbi defekti ar saleidzynūši zamom veiduošonuos energejom var izraiseit malnuos fazis nūsaškeļšonu. Eipaši, jamūt vārā zamuokū FE i EB VI, mes skaitam, ka vysefektivuokuo strategeja ir samazynuot I vakancejis.
Kab samazynuotu VI, mes izstruoduojom bīzu PbC2O4 sluoni, kab uzlobuotu FAPbI3 viersu. Saleidzynojūt ar organiskajim halogenidu suoļa pasivatorim, par pīmāru, feniletilemonija jodidu (PEAI) i n-oktilamonija jodidu (OAI), PbC2O4, kas nasatur mobilūs halogena jonu, ir kimiski stabils, naškeidynojūšs iudinī i vīglai deaktivejās piec stimulacejis. Loba perovskita viersa mytruma i elektriskuo lauka stabilizaceja. PbC2O4 škeideigums iudinī ir tikai 0,00065 g/L, kas ir pat mozuoks par PbSO428. Vēļ svareiguok ir tys, ka bīzus i vīnveideigus LOS sluoņus var vīgli sagataveit iz perovskita plēvem, izmontojūt in situ reakcejis (vērtīs zamuok). Mes veicem DFT simulacejis par storpsejis saiti storp FAPbI3 i PbC2O4, kai paruodeits 1. papyldu attālā.2. papyldu tabulā ir paruodeita defektu veiduošonuos energeja piec LOS injekcejis. Mes konstatējom, ka LOS na tikai palelynoj VI defektu veiduošonuos energeju par 0,69–1,53 eV (1.d att.), bet ari palelynoj I aktivacejis energeju migracejis viersā i izejis viersā (1.e att.). Pyrmajā pūsmā I joni migrej pa perovskita viersu, atstuojūt VI jonus režģa pozicejā ar energejis barjeru 0,61 eV. Piec LOS īvīsšonys, steriskuo trauciejuma efekta deļ, aktivacejis energeja I jonu migracejai pīaug leidz. 1,28 eV. I jonu migracejis laikā, kas atstuoj perovskita viersu, ari energejis barjera GOS ir augstuoka nakai kontrolparaugā (1.e att.). I jonu migracejis ceļu shematiskuos diagramys kontrolē i LOS FAPbI3 paruodeitys attīceigi 1. attālā f i g. Simulacejis rezultati paruoda, ka LOS var nūmīrēt VI defektu veiduošonūs i I izgaismuošonu, taidā veidā nūvieršūt α iz δ fazis puorejis kūduluošonu.
Tyka puorbaudeita reakceja storp skuobskuobi i FAPbI3 perovskita. Piec skuobis i FAPbI3 šķīdumu sajaukšonys izaveiduoja lels daudzums boltu nūgulumu, kai paruodeits 2. papyldu attālā.Pulvera produkts tyka identificāts kai teirs PbC2O4 materials, izmontojūt rentgenstoru difrakceju (XRD) (3. papyldu attāls) i Furjē frarkopp FTIR transformaceju 4). Mes konstatējom, ka skuobskuobe ir cīši škeidynojama izopropilspirtā (IPA) ustobys temperaturā ar škeideigumu apmāram 18 mg/mL, kai paruodeits 5. papyldu attālā. Partū, īgremdejūt perovskita plēvi skuobis šķīdumā voi spin-apklojūt skuobis šķīdumu iz perovskita, iz perovskita plēvis viersa dreiži var dabuot pluonu i bīzu PbC2O4 piec itaidim kimiskajim vīnaiduojumim: H2C2O4 + FAPbI +3. FAI var izšķīdynuot IPA i taidā veidā izjimt ēdīņa gataveišonys laikā. LOS bīzumu var kontrolēt ar reakcejis laiku i prekursoru koncentraceju.
Kontrolis i LOS perovskita plēvis skeniešonys elektronu mikroskopejis (SEM) attāli paruodeiti 2.a,b attālā. Rezultati paruoda, ka perovskita viersa morfologeja ir labi sasaglobuojuse, i iz gryudu viersa nūguļsnejās lels skaits smolku daleņu, kam vajadzātu attāluot PbC2O4 sluoni, kas veiduots in-situ reakcejā. LOS perovskita plēvei ir nadaudz gluduoka viersma (6. papyldu att.) i leluoks iudiņa kontakta leņkis, saleidzynojūt ar kontrolplēvi (7. papyldu att.). Kab atškiertu produkta viersa sluoni, izmontuoja augstys izškiertspiejis škārseniskuos puorraidis elektronu mikroskopeju (HR-TEM). Saleidzynojūt ar kontrolplēvi (2. att. c), LOS perovskita viersā (2. att. d) skaidri radzams vīnveideigs i bīzs pluons sluoņs ar bīzumu ap 10 nm. Izmontojūt augsta leņka gradzynveida tymsuo lauka skeniešonys elektronu mikroskopeju (HAADF-STEM), kab puorbaudeitu saskarsmi storp PbC2O4 i FAPbI3, var skaidri nūvāruot FAPbI3 kristalinūs apgobolu i PbC2O4 amorfūs apgobolu kluotbyutni (8. papyldu attāls). Perovskita viersa sastuovu piec apstruodis ar skuobskuobi raksturuoja rentgenstoru fotoelektronu spektroskopejis (XPS) mierejumi, kai paruodeits 2.e–g attālā. 2e attālā C 1s viersyunis ap 284,8 eV i 288,5 eV pīdar attīceigi specifiskajim CC i FA signalim. Saleidzynojūt ar kontrolis membranu, LOS membranai beja papyldu maksimums 289,2 eV, kas attīcynuots iz C2O42-. LOS perovskita O 1s spektrā ir treis kimiski atškireigys O 1s viersyunis 531,7 eV, 532,5 eV i 533,4 eV, kas atbylst deprotonātajam COO, C=O nu naskortu oksalatu grupu 30 i OH2e komponenta O atomu (1. att.). )). Kontrolis paraugam nūvāruoja tik nalelu O 1s maksimumu, kū var saisteit ar iz viersa kimiski sorbātū skuobekli. Pb 4f7/2 i Pb 4f5/2 kontrolmembranys eipašeibys atsarūn attīceigi 138,4 eV i 143,3 eV. Mes nūvāruojom, ka LOS perovskitam ir Pb viersyunis nūbeide par apmāram 0,15 eV iz augstuoku saisteišonys energeju, kas nūruoda iz stypruoku sovstarpeigū darbeibu storp C2O42- i Pb atomu (2. att. g).
a SEM kontrolis attāli i b LOS perovskita plēvis, skots nu augšys. c Augstys izškiertspiejis škārsgrīzuma puorraidis elektronu mikroskopeja (HR-TEM) kontrolis i d LOS perovskita plēvis. Augstys izškiertspiejis XPS nu e C 1s, f O 1s i g Pb 4f perovskita plēvem. Olūta dati teik snāgti olūta datu failu veidā.
Piec DFT rezultatim teoretiski prognozej, ka VI defekti i I migraceja vīgli izraisa fazis puoreju nu α iz δ. Īprīškejī ziņuojumi ir paruodejuši, ka I2 fotoimersejis laikā piec kinu pakļaušonys gaismys i termiskuo stresa īdarbeibai dreiži teik atbreivuots nu iz PC baļsteitom perovskita plēvem31,32,33. Kab apstyprynuotu svyna oksalata stabilizejūšū īdarbeibu iz perovskita α-fazi, mes īgremdiejom kontrolis i LOS perovskita plēvis caurspeideiguos stykla pudelēs, kas satur attīceigi toluolu, i piec tam 24 h apstaruojom ar 1 saulis gaismu. Izmierejom ultravioletuos i radzamuos gaismys (UV-Vis) absorbceju. ) toluola šķīdums, kai paruodeits 3.a attālā. Saleidzynojūt ar kontrolparaugu, LOS-perovskita gadīnī nūvāruoja daudz zamuoku I2 absorbcejis intensitati, kas nūruoda, ka kompakts LOS var nūmīrēt I2 izadaleišonu nu perovskita plēvis gaismys īgremdiešonys laikā. 3.b i c attāla īliktņūs paruodeitys nūvacuotu kontrolis i LOS perovskita plēvu fotografejis. LOS perovskits vēļ ir malns, bet leluokuo daļa kontrolplēvis ir palykuse dzaltona. Īgrymtuos plēvis UV radzamī absorbcejis spektri paruodeiti 1. att. 3b, c. Mes nūvāruojom, ka α atbylstūšuo absorbceja kontrolplēvē beja skaidri samazynuota. Tyka veikti rentgenstoru mierejumi, kab dokumentātu kristala strukturys atteisteibu. Piec 24 stuņžu apgaismuojuma kontrolis perovskitam beja spieceigs dzaltons δ-fazis signals (11,8°), bet LOS perovskitam vys vēļ saglobuoja lobu malnū fazi (3.d att.).
Toluola šķīdumu UV radzamī absorbcejis spektri, kurūs kontrolplēve i LOS plēve tyka īgremdietys zam 1 saulis gaismys 24 stuņdis. Īliktnī ir paruodeits flakons, kurā kotra plēve tyka īgremdieta vīnaidā toluola tylpumā. b Kontrolis plēvis UV-Vis absorbcejis spektri i c LOS plēvis pyrma i piec 24 h īgremdiešonys zam 1 saulis gaismys. Īliktnī radzama testa kinys fotografeja. d Kontrolis i LOS plēvu rentgenstoru difrakcejis modeli pyrma i piec 24 h īdarbeibys. SEM attāli nu kontrolis plēvis e i plēvis f LOS piec 24 stuņžu īdarbeibys. Olūta dati teik snāgti olūta datu failu veidā.
Veicom skeniešonys elektronu mikroskopejis (SEM) mierejumus, kab nūvāruotu perovskita plēvis mikrostrukturaluos izmainis piec 24 stuņžu apgaismuojuma, kai paruodeits 3e,f attālā. Kontrolis plēvē tyka iznycynuoti leli gryudi i puorveiduoti par mozom odotom, kas atbylda δ-fazis produkta FAPbI3 morfologejai (3.e att.). LOS plēvem perovskita gryudi palīk lobā stuovūklī (3.f att.). Rezultati apstyprynuoja, ka I zaudiešona īvārojami izraisa puoreju nu malnuos fazis iz dzaltonū fazi, bet PbC2O4 stabilizej malnū fazi, naļaunūt I zaudiešonai. vīnlaiceigi atbreivojūt jodu i veidojūt VI. Kai prognozej DFT, LOS var nūmīrēt VI defektu veiduošonūs i nūvērst I jonu migraceju iz perovskita viersu.
Bez tuo tyka pieteita PbC2O4 sluoņa ītekme iz perovskita plēvu mytruma iztureibu atmosferys gaisā (relativais mytrums 30-60%). Kai radzams 9. papyldu attālā, LOS perovskits piec 12 dīnom vēļ beja malns, bet kontrolplēve palyka dzaltona. XRD mierejumūs kontrolplēve paruoda spieceigu maksimumu 11,8°, kas atbylst FAPbI3 δ fazei, bet LOS perovskits labi sagloboj malnū α fazi (10. papyldu attāls).
Leidzsvora stuovūkļa fotoluminiscenci (PL) i laika izškiertū fotoluminiscenci (TRPL) izmontuoja, kab pieteitu svyna oksalata pasivacejis ītekmi iz perovskita viersa. 4.a att., radzams, ka LOS plēvei ir paaugstynuota PL intensitate. PL kartiešonys attālā LOS plēvis intensitate vysā 10 × 10 μm2 laukuma ir augstuoka par kontrolplēvis intensitati (11. papyldu attāls), kas nūruoda, ka PbC2O4 vīnmiereigi pasivej perovskita plēvi. Nesēja dzeivis laiku nūsoka, tyvynojūt TRPL sabrukšonu ar vīnu eksponencialū funkceju (4. att. b). LOS plēvis nesēja darbeibys laiks ir 5,2 μs, kas ir daudz ilguoks par kontrolplēvi ar nesēja darbeibys laiku 0,9 μs, kas nūruoda iz samazynuotu viersa nastaruošonys rekombinaceju.
Perovskita plēvu pagaidu PL leidzsvora stuovūkļa PL i b-spektri iz stykla substratu. c īreicis SP līkne (FTO/TiO2/SnO2/perovskīts/spiro-OMeTAD/Au). d EQE spektrs i Jsc EQE spektrs integrāts nu vysefektivuokuos īreicis. d Perovskita īreicis gaismys intensitatis atkareiba nu Voc diagramys. f Tipiska MKRC analize, izmontojūt ITO/PEDOT:PSS/perovskita/PCBM/Au teira cauruma īreici. VTFL ir maksimalais slazdu pīpiļdeišonys sprīgums. Nu itūs datu apriekinuojom slazdu bleivumu (Nt). Olūta dati teik snāgti olūta datu failu veidā.
Kab pieteitu svyna oksalata sluoņa ītekmi iz īreicis veiktspēju, tyka izmontuota tradicionaluo FTO/TiO2/SnO2/perovskita/spiro-OMeTAD/Au kontaktstruktura. Mes izmontojam formamidina hloridu (FACl) kai pīdevu perovskita prekursoram metilamina hidrohlorida (MACl) vītā, kab sasnāgtu lobuoku īreicis veiktspēju, partū ka FACl var nūdrūsynuot lobuoku kristalu kvalitati i izavaireit nu FAPbI335 jūslys plaisys (vērtīs papyldu attālus de2i). ). 12.–14.). IPA tyka izvālāts par pretškeidynuotuoju, partū ka tys nūdrūsynoj lobuoku kristala kvalitati i vālamū orientaceju perovskita plēvēs, saleidzynojūt ar dietileteri (DE) voi hlorbenzolu (CB)36 (papyldu 15. i 16. attāls). PbC2O4 bīzums tyka ryupeigi optimizāts, lai labi īleidzynuotu defektu pasivaceju i luodeņa transportu, pīlāgojūt skuobis koncentraceju (17. papyldu att.). Optimizātūs kontrolis i LOS īreiču škārsgrīzuma SEM attāli paruodeiti 18. papyldu attālā.Tipiskuos strāvys bleivuma (CD) līknis kontrolis i LOS īreicem paruodeitys 4c attālā, i izjimtī parametri dūti 3. papyldu tabulā.Maksimaluo jaudys puorviersšonys efektivitate (PCE2%)43. 25,75 mA cm-2 (25,74 mA cm-2), Voc 1,16 V (1,16 V) un atpakaļceļa (iz prīšku) skeniešona. Pīpiļdeišonys koeficients (FF) ir 78,40% (76,69%). Maksimalais PCE LOS PSC ir 25,39% (24,79%), Jsc ir 25,77 mA cm-2, Voc ir 1,18 V, FF ir 83,50% (81,52%) nu atpakaļceļa (iz prīšku Skenēt leidz). LOS īreice sasnēdze sertificātu fotoelektriskū veiktspēju 24,92% uztycamā trešūs pušu fotoelektriskajā laboratorejā (19. papyldu attāls). Uorejuo kvantu efektivitate (UKE) deve integrātu Jsc attīceigi 24,90 mA cm-2 (kontrole) i 25,18 mA cm-2 (LOS PSC), kas labi saskanēja ar Jsc, kas miereits standarta AM 1,5 G spektrā (att. .4d). ) . Izmiereitūs PCE statistiskais sadalejums kontrolei i LOS PSC ir paruodeits 20. papyldu attālā.
Kai paruodeits 4.e attālā, attīceibys storp Voc i gaismys intensitati tyka apriekinuotys, kab pieteitu PbC2O4 ītekmi iz slazdu paleidzeibu viersa rekombinacejai. LOS īreicei pīmontuotuos linejis slīksnis ir 1,16 kBT/kv, kas ir zamuoks par vadeišonys īreicis pīmontuotuos linejis slīksni (1,31 kBT/kv), kas apstyprynoj, ka LOS ir nūdereigs viersa rekombinacejis nūmīriešonai ar mārgu. Izmontojam kosmosa luodeņa strāvys īrūbežuošonys (SCLC) tehnologeju, kab kvantitativi izmiereitu perovskita plēvis defektu bleivumu, izmierejūt cauruma īreicis (ITO/PEDOT:PSS/perovskits/spiro-OMeTAD/Au) tymsū IV raksturu, kai paruodeits attālā. 4f Paruodeit. Slazdu bleivumu apriekinoj ar formulu Nt = 2ε0εVTFL/eL2, kur ε ir perovskita plēvis relativuo dielektriskuo konstanta, ε0 ir vakuuma dielektriskuo konstanta, VTFL ir īrūbežojūšais sprīgums slazdu pīpiļdeišonai, e ir luodeņš, L ir perovskita plēvis bīzums n6). VOC īreicis defektu bleivums teik apriekinuots par 1,450 × 1015 cm–3, kas ir mozuoks par kontrolīreicis defektu bleivumu, kas ir 1,795 × 1015 cm–3.
Naīpakuotuo īreice tyka puorbaudeita maksimalajā jaudys punktā (MPP) pylnā dīnys gaismā zam sluopekļa, kab puorbaudeitu tuos ilgtermeņa darbeibys stabilitati (5.a att.). Piec 550 stuņžu LOS īreice vys vēļ saglobuoja 92% nu sovys maksimaluos efektivitatis, bet vadeišonys īreicis veiktspēja beja sasamazynuojuse leidz 60% nu suokūtnejuos veiktspējys. Elementu sadalejumu vacajā īreicē miereja ar liduojuma laika sekundarū jonu masys spektrometreju (ToF-SIMS) (5. att. b, c). Augšejā zalta kontrolis zonā var redzēt lelu joda uzkruojumu. Inertuos gazis aizsardzeibys apstuokli izslādz vidi samazynojūšus faktorus, par pīmāru, mytrumu i skuobekli, kas līcynoj, ka par tū ir atbiļdeigi īkšejī mehanismi (t.i., jonu migraceja). Piec ToF-SIMS rezultatim Au elektrodā tyka konstateiti I- i AuI2- joni, kas nūruoda iz I izplateibu nu perovskita iz Au. I- i AuI2- jonu signala intensitate vadeišonys īreicē ir apmāram 10 reizis leluoka par VOC parauga intensitati. Īprīškejī ziņuojumi ir paruodejuši, ka jonu caurlaideiba var izraiseit strauju spiro-OMeTAD caurumu vadeitspiejis sasamazynuošonu i augšejuo elektrodu sluoņa kimiskū korozeju, taidā veidā paslyktynojūt storpsejis kontaktu īreicē37,38. Au elektrodu izjēme i nu substrata nūteireja spiro-OMeTAD sluoni ar hlorbenzola šķīdumu. Piec tam raksturuojom plēvi, izmontojūt ganeibu nūkrisšonys rentgenstoru difrakceju (GIXRD) (5.d att.). Rezultati paruoda, ka kontrolplēvei ir acimradzama difrakcejis viersyune 11,8°, tok LOS paraugā napasaruoda jauna difrakcejis viersyune. Rezultati paruoda, ka leli I jonu zudumi kontrolplēvē nūvad pi δ fazis radeišonys, bet LOS plēvē itys process ir skaidri nūmīrynuots.
575 stuņdis napuortraukta MPP izsekuošona naapslāgtai īreicai sluopekļa atmosferā i 1 saulis gaisma bez UV filtra. b I- i c AuI2- jonu ToF-SIMS sadalejums LOS MPP vadeišonys īreicē i nūvacuošonys īreicē. Dzaltonuo, zaļuo i oranžuo nūkruosys atbylst Au, Spiro-OMeTAD i perovskitam. d perovskita plēvis GIXRD piec MPP testa. Olūta dati teik snāgti olūta datu failu veidā.
Nu temperaturys atkareiguo vadeitspieja tyka miereita, kab apstyprynuotu, ka PbC2O4 var nūmīrēt jonu migraceju (21. papyldu attāls). Jonu migracejis aktivacejis energeju (Ea) nūsoka, mierejūt FAPbI3 plēvis vadeitspiejis izmainis (σ) dažaiduos temperaturuos (T) i izmontojūt Nernsta-Einšteina attīceibys: σT = σ0exp(−Ea/kBT), kur σ0 ir konstanta, kB ir Bocl. Ea vierteibu daboj nu ln(σT) slīkšņa pret 1/T, kas ir 0,283 eV kontrolei i 0,419 eV LOS īreicei.
Kūpsavylkumā snādzam teoretiskū ītvoru, kab nūsaceitu FAPbI3 perovskita degradacejis ceļu i dažaidu defektu ītekmi iz α-δ fazis puorejis energejis barjeru. Storp itim defektim teoretiski teik prognozāts, ka VI defekti vīgli izraisa fazis puoreju nu α iz δ. Īvīš iudinī naškeidynojūšu i kimiski stabilu bīzu PbC2O4 sluoni, kab stabilizātu FAPbI3 α-fazi, nūmīrynojūt I vakanceju veiduošonūs i I jonu migraceju. Itei strategeja īvārojamai samazynoj storpsejis nastarojūšū rekombinaceju, palelynoj saulis batereju efektivitati leidz 25,39% i uzloboj darbeibys stabilitati. Myusu rezultati snādz nūruodis efektivu i stabilu formamidina PSC sasnīgšonai, nūmīrynojūt defektu izraiseitu α iz δ fazis puoreju.
Titāna (IV) izopropoksids (TTIP, 99,999%) tyka īsaguoduots nu Sigma-Oldriha. Solskuobi (HCl, 35,0–37,0%) i etanolu (bezyudiņa) īsaguoduoja nu Guangdžou kimiskuos ryupnīceibys. SnO2 (15 svara% slāna(IV) oksida koloidaluo izklīde) tyka īsaguoduots nu Alfa Aesar. Svyna(II) jodids (PbI2, 99,99%) tyka īsaguoduots nu TCI Šanhajis (Kīna). 100 doc#1281 Formamidina jodids (FAI, ≥99,5%), formamidina hlorids (FACl, ≥99,5%), metilamina hidrohlorids (MACl, ≥99,5%), 2,2′,7,7′-tetrakis-(N , N-dioksimetluoref)-9) (Spiro-OMeTAD, ≥99,5%), litija bis(trifluormetana)sulfonilimids (Li-TFSI, 99,95%), 4-tertu -butilpiridins (tBP, 96%) tyka īsaguoduots nu Sianys polimeru gaismys tehnologeju uzjāmuma (Kīna). N,N-dimetilformamids (DMF, 99,8%), dimetilsulfoksids (DMSO, 99,9%), izopropilspirts (IPA, 99,8%), hlorbenzols (CB, 99,8%), acetonitrils (ACN). Pierkts nu Sigmys-Oldriha. Nu Maklina īsaguoduoja skuobskuobi (H2C2O4, 99,9%). Vysys kimiskuos vīlys tyka izmontuotys tai, kai sajimtys, bez cytom izmaiņom.
ITO voi FTO substratus (1,5 × 1,5 cm2) attīceigi 10 minutys ultraskaņu teireja ar mazgšonys leidzekli, acetonu i etanolu, piec tam žāluoja zam sluopekļa straumis. Iz FTO substrata nūguļsnēja bleivu TiO2 barjerys sluoni, izmontojūt titana diizopropoksibisa(acetilacetonata) škeidumu etanolā (1/25, v/v), kas nūguļsnēja 500 °C 60 min. SnO2 koloidalū disperseju atškaideja ar dejonizētu iudini tylpuma attīceibā 1:5. Iz teira substrata, kas 20 minotys apstruoduots ar UV ozonu, 30 sekuņdis nūguļsnēja pluonu SnO2 nanodaleņu plēvi ar 4000 apgr./min., piec tuo 30 minotys īprīkš sakarseja 150 °C. Perovskita prekursora šķīdumam DMF/DMSO (15/1) jauktajā škeidynuotuojā izšķīdynuoja 275,2 mg FAI, 737,6 mg PbI2 i FACl (20 mol%). Perovskita sluoni sagataveja, centrifugejūt 40 μL perovskita prekursora šķīduma iz UV ozonu apstruoduotuo SnO2 sluoņa viersa ar 5000 apgr./min apleicīnis gaisā 25 s. 5 sekuņdis piec pādejuos reizis iz substrata kai pretškeidynuotuoju dreiži izlaide 50 μL MACl IPA šķīduma (4 mg/mL). Piec tam svaigi sagataveituos plēvis atkuortuoja 150°C 20 min, piec tam 100°C 10 min. Piec perovskita plēvis atdzesiešonys leidz ustobys temperaturai H2C2O4 šķīdumu (1, 2, 4 mg izškeidynuots 1 mL IPA) 30 s centrifugēja ar 4000 apgr./min., kab pasivātu perovskita viersu. Spiro-OMeTAD šķīdums, kas sagataveits, sajaucūt 72,3 mg spiro-OMeTAD, 1 ml CB, 27 μl tBP i 17,5 μl Li-TFSI (520 mg 1 ml acetonitrila), iz plēvis 40003 apgr./min. Gols golā 100 nm bīzs Au sluoņs tyka iztvaikuots vakuumā ar 0,05 nm/s (0~1 nm), 0,1 nm/s (2~15 nm) i 0,5 nm/s (16~100 nm) uotrumu. ).
Perovskita saulis batereju SC veiktspēju miereja, izmontojūt Keithley 2400 metru zam saulis simulatora apgaismuojuma (SS-X50) gaismys intensitatē 100 mW/cm2 i puorbaudeja, izmontojūt kalibrātys standarta siliceja saulis baterejis. Ka nav nūruodeits cytaiži, SP līknis tyka miereitys ar sluopekli pīpiļdeitā cymdu kastē ustobys temperaturā (~25°C) iz prīšku i atpakaļ skeniešonys režimūs (sprīguma sūļs 20 mV, aizkaviešonuos laiks 10 ms). Susātivu masku izmontuoja, kab nūsaceitu izmiereitajam PSC efektivū laukumu 0,067 cm2. EQE mierejumus veice apleicīnis gaisā, izmontojūt PVE300-IVT210 sistemu (Ryupnīciskuos redzis tehnologejis (-ys) Pte Ltd) ar vīnkruosu gaismu, kas fokusāta iz īreici. Īreicis stabilitatei naīkapsulātu saulis batereju puorbaude tyka veikta sluopekļa cymdu kastē 100 mW/cm2 spīdīnī bez UV filtra. ToF-SIMS mierej, izmontojūt PHI nanoTOFII liduojuma laika SIMS. Dziļuma profiliešona tyka īgiuta, izmontojūt 4 kV Ar jonu pistoli ar laukumu 400×400 μm.
Rentgenstoru fotoelektronu spektroskopejis (XPS) mierejumi tyka veikti iz Thermo-VG zynuotniskuos sistemys (ESCALAB 250), izmontojūt monohromatizātu Al Kα (XPS režimam) 5,0 × 10–7 Pa spīdīnī. Perovskita plēvu viersa morfologeju i rupumu miereja, izmontojūt atomu spāka mikroskopeju (AFM) (Bruker Dimension FastScan). ZIM i HAADF-STEM nūteik FEI Titāna Temis ZIM. UV-Vis absorbcejis spektrus miereja, izmontojūt UV-3600Plus (Šimadzu korporaceja). Kosmosa luodeņa īrūbežojūšuo struova (SCLC) tyka īraksteita iz Kītlija 2400 metru. Nesēja myuža sabrukšonys leidzsvora stuovūkļa fotoluminiscenci (PL) i laika izškiertū fotoluminiscenci (TRPL) miereja, izmontojūt FLS 1000 fotoluminiscencis spektrometru. PL kartiešonys attāli tyka miereiti, izmontojūt Horiba LabRam Ramana sistemu HR evoluceju. Furjē transformacejis infrasorkonuo spektroskopeja (FTIR) tyka veikta, izmontojūt TermoFišera Nikole NXR 9650 sistemu.
Itymā dorbā izmontojam SSW ceļa paraugu jimšonys metodi, kab pieteitu fazis puorejis ceļu nu α-fazis iz δ-fazi. SSW metodē potencialuos energejis viersmys kusteibu nūsoka najaušuo meikstuo režima (ūtrais atlasynuojums) vierzīņs, kas ļaun detalizāti i objektivi izpieteit potencialuos energejis viersu. Itymā dorbā ceļa paraugu jimšona teik veikta iz 72 atomu superšyunu, i DFT leiminī teik apkūpuoti vaira nakai 100 suokūtnejuo/beigu stuovūkļa (IS/FS) puori. Pamatojūtīs iz IS/FS puoru datu kūpu, ceļu, kas savīnoj suokūtnejū strukturu i beigu strukturu, var nūsaceit ar atomu atbiļsteibu, i tod divvierzīņa kusteiba pa maineigū vīneibys viersu teik izmontuota, kab vīgli nūsaceitu puorejis stuovūkļa metodi. (VK-DŪVS). Piec puorejis stuovūkļa mekliešonys ceļu ar zamuokū barjeru var nūsaceit, ranžejūt energejis barjerys.
Vysi DFT apriekini tyka veikti, izmontojūt VASP (5.3.5. verseja), kur C, N, H, Pb i I atomu elektronu i jonu sovstarpeigū darbeibu attāloj ar projicātu pastyprynuotuo viļņa (PAW) shemu. Apmainis korelacejis funkceju raksturoj vyspuorynuotuo gradienta tyvynuošona Perdjū-Bērka-Ercerhofa parametrizacejā. Energejis rūbežs plaknis viļnim tyka nūsaceits iz 400 eV. Monkhorsta-Paka k-punktu režģa izmārs ir (2 × 2 × 1). Vysom strukturom režģa i atomu pozicejis tyka piļneibā optimizātys, cikom maksimalais sprīguma komponents beja zam 0,1 GPa i maksimalais spāka komponents beja zam 0,02 eV/Å. Viersmys modelī FAPbI3 viersai ir 4 sluoni, apakšejā sluonī ir fiksāti atomi, kas simulej FAPbI3 kermini, i augšejī treis sluoni var breivi puorsavītuot optimizacejis procesa laikā. PbC2O4 sluoņs ir 1 ML bīzs i atsarūn iz FAPbI3 I-terminaluos viersmys, kur Pb ir saisteits ar 1 I i 4 O.
Vaira informacejis par pietejuma dizainu var atrast ar itū rokstu saisteitajā Dabiskuo portfeļa ziņuojuma konspektā.
Vysi ituo pietejuma laikā īgiutī voi analizātī dati ir īkļauti publicātajā rokstā, kai ari atbolsta informacejā i izejdatu failūs. Itymā pietejumā snāgtī izejdati ir pīejami sātyslopā. Olūta dati ir dūti itam rokstam.
Grīns, M. i c. Saulis batereju efektivitatis tabulys (57. izd.). programā. fotoelektriskais. resurss. dasacejums. 29., 3.–15.
Pārkeris Dž. i c. Perovskita sluoņu augšonys kontrole, izmontojūt gaistūšus alkilamonija hloridus. Doba 616, 724.–730 (2023).
Džao Y. i c. Naaktivais (PbI2)2RbCl stabilizej perovskita plēvis augstys efektivitatis saulis baterejom. Zynuotne 377, 531.–534.
Tans, K. i c. Apgrīztys perovskita saulis baterejis, izmontojūt dimetilakridinila pīvīnuotuoju. Doba, 620, 545.–551. (2023).
Hans, K. i c. Vīnkristalins formamidina svyna jodids (FAPbI3): īskots strukturalajuos, optiskajuos i elektriskajuos eipašeibuos. apstuokļa vuords. Mat. 28. lpp., 2253.–2258.
Masejs, S. i c. Malnuo perovskita fazis stabilizaceja FAPbI3 i CsPbI3. AKS Enerģejis sakari. 1974.–1985. goda 5. decembrī (2020. g.).
Jyus, JJ, i c. Efektivys perovskita saulis baterejis, izmontojūt uzlobuotu nesēju puorvaļdeibu. Doba 590, 587.–593.
Saliba M. i c. Rubideja kationu īkļaušona perovskita saulis baterejuos uzloboj fotoelektriskū veiktspēju. Zynuotne 354, 206.–209. (2016).
Saliba M. i c. Treiskationu perovskita cezeja saulis baterejis: uzlobuota stabilitate, reproducejameiba i augsta efektivitate. energejis vide. zynuotne. 1989.–1997. goda 9. decembrī (2016. g.).
Cui X. i c. Jaunuokī sasnāgumi FAPbI3 fazis stabilizacejā augstys veiktspējys perovskita saulis baterejuos Sol. RRL 6, 2200497 (2022).
Delageta S. i c. Racionalizāta jauktūs halogenidu organiskūs-naorganiskūs perovskitu fotoinducātuo fazis atdaleišona. Nat. sasarunuot. 8, 200 (2017. g.).
Slotkavažs, DJ i c. Gaismys izraiseituo fazu atdaleišona halogenidu perovskita absorbātuojūs. AKS Enerģejis sakari. 1., 1199.–1205.
Čens, L. i c. Formidina svyna trijodida perovskita vīnkristala rakstureiguo fazis stabilitate i rakstureiguo jūslys plaisa. Andživa. Kimiskais. storptautiskū. Ed. 61. e202212700 (2022. g.).
Duinsti, EA u.c.Saprast metilendiamonija sadaleišonu i tuo lūmu svyna trijodida formamidina fazis stabilizacejā. J. Kimeja. Kuce. 18. lpp., 10275.–10284.
Lu, HZ i c. Malnūs perovskita saulis batereju FAPbI3 efektiva i stabila tvaiku nūguļsniešonuos. Zynuotne 370, 74 (2020).
Dohertijs, TAS i tt. Stabili nūlīkti oktaedriskī halogenidu perovskiti nūmīrynoj lokalizātu fazu veiduošonūs ar īrūbežuotom eipašeibom. Zynuotne 374, 1598.–1605. g. (2021).
Ho, K. i c. Formidina gryudu i cezeja i svyna jodida perovskitu transformacejis i nūsaškeļšonys mehanismi mytruma i gaismys ītekmē. AKS Enerģejis sakari. 6, 934.–940.
Džens J. i c. Pseidohalidu anjonu izstruode α-FAPbI3 perovskita saulis baterejom. Doba 592, 381.–385. (2021).