Naisaras tumenqe so vizitisarde Nature.com. I verzia e browseresqi savi hasnis si la limitirime CSS suporto. Te avel tut maj laćhe rezultatură, rekomendisaras te labăres jekh maj nevi verzia vaś tiro browser (vaj te phandaves o modo e kompatibilitètosqo anθ-o Internet Explorer). Ano mashkar, te sigurinas o suporto, sikavas o than bi stilosko vaj JavaScript-esko.
I pasivàcia e defekturenqi sas butivar utilizisardi te laćharel pes i performànca e solarno ćhelurenqi e perovskitǎqi triodido, numaj o efekto e verver defekturenqo p-i α-fazaqi stabilitàta ačhel biśajdo; Kathe, labǎrindoj i densitàta funkcionalo teòria, identifikisaras anglunivar o drom e degradàciaqo e formamidinesqo śerutno triodido perovskitǎqo katar i α-faza źi k-i δ-faza thaj studirisaras o efekto e verver defekturenqo p-i fazaqi tranzìciaqi energiaqi bariera. E simulàciaqe rezultàturǎ sikaven ke e jodǎqe vakancie si maj but śajde te keren degradàcia sosqe von but tiknjaren i bariera e energiaqi vaś i α-δ fazaqi tranzìcia thaj si len i maj tikni formaciaqi enèrgia anθ-i perovskiteski rig. O introdukcia e dense stratosko e pajesko-na-solubilno oxalato e perovskiteski rig signifikantno inhibiril e dekompozicia e α-fazaki, te na kerel migracia thaj volatilizacia e jodoski. Paše odova, akaja stratègia signifikantno redukisarel i interfacialo na-radiaciaqi rekombinàcia thaj vazdel i efikasità e solarno ćhelurenqi źi k-o 25,39% (certificirime 24,92%). O bi-paketime aparato śaj te inkrel peski originalo 92% efikasnost palal so kerel buti pe maj bari zor 550 òre telal simulime 1.5 G luftosko masako irradiacia.
I efikasnost e konverziaqi e zoraqi (PCE) e perovskite solarno ćhelurenqi (PSCs) aresli jekh certificirime rekordo maj baro 26%1. De katar o 2015-to berś, e moderne PSC-ură preferisarde o formamidine triiodide perovskite (FAPbI3) sar jekh śukar-absorbime strato vaś lesqi laćhi termikani stabilitèta thaj preferenciàlo bandgap paśe o Shockley-Keisser limito 2,3,4. Bibahtake, FAPbI3 filmora termodinamikane nakhen jekh fazaki tranzicia katar jekh kalo α faza ki jekh lole na-perovskite δ faza ki temperatura e sobake5,6. Te arakhel pes o formiribe e delta fazako, si kerdine diferentno kompleksno perovskite kompozicije. I maj butivar arakhli stratègia te nakhel pes kadava problèmo si te miksarel pes o FAPbI3 e kombinàciaça metil amoniumo (MA+), ceziumo (Cs+) thaj bromido (Br-) ionenqo7,8,9. Numaj, le hibridne perovskite dukhaven pes katar o barjaripe e bandgap-esko thaj katar e fotoinducirime fazaki separacia, so kerel kompromiso e performancake thaj e operativno stabilitetosko e rezultatoske PSC-enge10,11,12.
E maj palune studie sikade kaj o purano jekh kristalo FAPbI3 bi dopingosko si les laćhi stabiliteta soske si la laćhi kristaliniteta thaj tikne defektura13,14. Anda kodo, te ciknjarel pes e defektura vazdindoj e kristaliniteta e FAPbI3-esko si jekh importanto strategia te aresel pes efikasno thaj stabilno PSCs2,15. Numaj, kana kerel buti o FAPbI3 PSC, i degradàcia karing o na-kamlo lole heksagonalo na-perovskite δ faza śaj te avel inke16. O proceso obično kezdisarel pe thana thaj granice e ćororeske save si maj but sensitivno karing o pani, tato thaj lumia soske si but defektno thana17. Anda kodo, i pasivàcia e śeresqi/o śero si trubujipe te stabilizisarel pes i parni faza e FAPbI318-esqi. But strategie pala pasivàcia e defekturenqi, maśkar lende i introdukcia e tikne dimenzienqe perovskitenqi, e acid-bazake Lewis molekulenqi, thaj e amonium halogenurenqe solǎ, kerde baro progreso anθ-e formamidine PSCs19,20,21,22. Ji akana, pashe sa e studie si fokusirime pe rola e diferentno defekturengi ande determinacia e optoelektronikane proporciengi sar so si e rekombinacia e portatoreski, e difuziaki lungina thaj e bandoski struktura ande solarno čelalja22,23,24. Sar egzàmplo, i funkciaqi teoria e densitetosqi (DFT) si labărdi te prediktil teoretikane e formaciaqe energie thaj e nivelură e energiaqe te astarel pes e verver defekturenqe, savi si butivar labărdi te źutil pes o praktikano pasivàciaqo dizajno20,25,26. Sar o numero e defekturengo tiknjarel pes, i stabiliteta e aparaturaki obično lačharel pes. Numaj, ande formamidine PSCs, e mehanizmura katar e influenca katar diferentne defektura pe fazaki stabiliteta thaj fotoelektrikane proporcie trubun te aven pherdo aver. Sar so źanas, o fundamentalo xatjaripen sar e defektura inducirin e fazaki tranzicia kotar o kubikano ko heksagonalo (α-δ) thaj i rola e pasivàciaqi pe fazaki stabiliteta e α-FAPbI3 perovskiteski si inke bilačhe haćardi.
Kathe, sikavas o drom e degradàciaqo e FAPbI3 perovskitesqo katar o kalo α-faza źi k-i lole δ-faza thaj i influènca e verver defekturenqi p-i energiaqi bariera e α-ki-δ-fazaqi tranzìcia prekal o DFT. I vakancie, save si lokho te keren pes kana kerel pes o filmo thaj kana kerel pes o aparato, si prediktime te aven maj but śajde te inkeren i α-δ fazaki tranzicia. Anda kodo, ame introducisardam jekh pani-solubilno thaj khemikane stabilno denso strato e oxalatosko (PbC2O4) opral o FAPbI3 prekal jekh in situ reakcia. O oxalatosko śero (LOS) inhibil i formacia e I vakancienqi thaj astarel i migracia e I ionenqi kana si stimulime katar e toplina, o śukaripen thaj e elektrikane śerutne. O LOS savo si kerdo signifikantno redukisarel e interfacialno na-radiativno rekombinacia thaj lačharel e FAPbI3 PSC efikasnost dži ko 25,39% (certificirime dži ko 24,92%). O bi-paketime LOS aparato arakhlas 92% katar peski originalno efikasnost palal so kerdas buti ko maj baro punkto e zorako (MPP) vash maj but de 550 chasura ko simulirimo balval (AM) kotar 1.5 G radiacia.
Amen angluno drom kerdam ab initio kalkulàcie te arakhas o drom e dekompoziciaqo e FAPbI3 perovskitesqo te nakhel katar i α faza k-i δ faza. Prekal jekh detalno fazako transformàciaqo proceso, arakhlăs pes ke i transformàcia katar jekh trin-dimenzionàlo śerutno [PbI6] oktaèdro anθ-i kubikani α-faza e FAPbI3-esqi k-o jekh dimenzionalo śerutno-śerutno [PbI6] oktaèdro anθ-i heksagonàlo δ-faza e FAPbI3-esqi si aresli. phagipe 9. O Pb-I kerel jekh phanglipe ko angluno paso (Int-1), thaj lesko energijako bariera resel 0.62 eV/celula, sar so si sikavdo ki Figura 1a. Kana o oktaedro si ćhudino anθ-i rig [0\(\bar{1}\)1], o heksagonalo skurto lanco barǒl kaθar 1×1 źi k-o 1×3, 1×4 thaj po agor źal anθ-i δ faza. O raporto e orientàciaqo e sasto dromesqo si (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ. Katar o diagramo e distribuciaqo e energiaqo, śaj te arakhel pes ke palal i nukleàcia e δ fazaqi e FAPbI3-esqi anθ-e śerutne stadiumură, i bariera e energiaqi si maj tikni sar kodoja e α fazaqi tranzìcia, so si ke i tranzicia e fazaqi ka avel maj sigo. Klaro, o angluno paso te kontrolisaras e fazaki tranzicia si kritikano te kamas te suprimisaras e α-fazaki degradàcia.
jekh Fazako transformàciaqo proceso katar o ćaćutno źi k-o ćaćutno – kalo FAPbI3 faza (α-faza), angluno Pb-I phanglimasko ćhivipen (Int-1) thaj maj dur Pb-I phanglimasko ćhivipen (Int-2, Int -3 thaj Int -4) thaj lole faza FAPbI3 (delta faza). b Energiake bariere vash o α ji ko δ fazako tranzicia e FAPbI3 bazirime pe diferentno intrinsicno punktoske defektura. I punktirime linia sikavel i bariera e energiaqi e idealo kristalosqi (0.62 eV). c Energia e formaciaqi e primarno punktosqe defekturenqi p-i rig e perovskitesqi. I abscisa si i energiaki bariera e α-δ fazaki tranziciaki, thaj i ordinata si i energia e defektoski formaciaki. E kotora pherdo lole, lole thaj zeleno si tip I (tikno EB-baro FE), tip II (baro FE) thaj tip III (tikno EB-tikno FE), respektivno. d Energia e formaciaqi e defekturenqi VI thaj LOS e FAPbI3 anθ-o kontrolo. e I bariera vash e ionenqi migracia ano kontrolo thaj LOS e FAPbI3. f – shematikani reprezentàcia e migraciaqi e I ionenqi (naranźo sfere) thaj gLOS FAPbI3 (śukar, śukar; violeta (naranźo), jod (mobilno jod)) anθ-o gf kontrolo (ćaćutno: opral dikhipen; ćaćutno: kotor, lole); karbono; lole lole – azoto; lole – oksigeno; lole lole – hidrogeno). E źanglimaske date si dine anθ-i fòrma e źanglimaske datengo.
Amen atunči sistematikane studirisardam i influenca katar diferentne intrinsicno punktoske defektura (inkluzivno PbFA, IFA, PbI, thaj IPb antisite okupacia; Pbi thaj Ii intersticijalne atomurja; thaj VI, VFA, thaj VPb vakancije), save si konsiderime sar ključne faktora. save keren atomikane thaj energikane niveloske fazake degradàcia si sikavde anθ-i Figura 1b thaj anθ-i Suplementàro Tèbla 1. Interesno, na sa e defektură redukisaren i energiaqi bariera anθ-i α-δ fazaqi tranzìcia (Figura 1b). Amen patǎs ke le defektură saven si len vi tikne formaciaqe energie thaj vi maj tikne α-δ fazaqe tranziciaqe energie si konsiderime sar nasvale vaś i fazaqi stabilitèta. Sar so sas maj anglal raportirime, e thana barvale e plombosa si generalno konsiderime sar efektivne vash e formamidina PSC27. Anda kodo, ame fokusisaras amen pe PbI2-terminime (100) rig ande kondicie barvale ande plumbo. I energia e defektosqi formaciaqi e defekturenqi andar o punkto e śeresqo si sikavdi anθ-i Figura 1c thaj anθ-i Suplementàro Tèbla 1. Bazirime anθ-i energiaqi bariera (EB) thaj anθ-i energia e formaciaqi e fazaqi (FE), kadala defektură si klasifikuime anθ-e trin tipuria. Tipo I (tikno EB-baro FE): Vi te si ke IPb, VFA thaj VPb signifikantno reduktin e bariera e energiaki vash e fazaki tranzicia, von si len bare formaciake energie. Anda kodo, ame pachas ke kadala tipuria defektura si len limitirime impakto pe fazake tranzicie soske von si skurto formirime. Tipo II (baro EB): Palal o laćharipe e α-δ fazaqo tranziciaqo energiako bariera, e anti-thanesqe defektură PbI, IFA thaj PbFA na keren xasaripen e fazaqe stabilitetosqe e α-FAPbI3 perovskitesqo. Tipo III (tikno EB-tikno FE): VI, Ii thaj Pbi defektura save si len relativno cikne formaciake energie shaj te keren degradàcia e kale fazaqi. Specialno dikhindoj o maj tikno FE thaj EB VI, amen pachas kaj e maj efektivno strategija si te tiknjarel pes I vakancie.
Te redukisaras o VI, kerdam jekh pherdo strato PbC2O4 te laćharas i surfaca e FAPbI3. Komparaciasa e organikane halidoske pasivatorenca sar so si o feniletilamonium jodido (PEAI) thaj o n-octylammonium jodido (OAI), o PbC2O4, savo nane les mobilno halogenoske jone, si khemikane stabilno, na-solubilno ano pani, thaj lokho te deaktivirinel pes kana si stimulirimo. Laćhi stabilizàcia e śukaripnaski thaj e elektrikane śeresqi e perovskitesqi. I solubilitèta e PbC2O4-esqi anθ-o pani si numaj 0.00065 g/L, so si vi maj tikni sar kodoja e PbSO428-esqi. Maj importanto, śukar thaj jekhutne riga LOS śaj te aven śukar kerdine pe perovskite filmură labǎrindoj in situ reakcie (dikh maj tele). Kerdam DFT simulacie e interfacialno phanglimaske maškar FAPbI3 thaj PbC2O4 sar si sikavdo ki Suplementarno Figura 1. Suplementarno Tabela 2 sikavel e defektoski formaciaki energia palo LOS injekcia. Amen arakhlam kaj o LOS na numaj vazdel i formaciaqi energia e VI defekturenqi 0.69–1.53 eV (Figura 1d), numaj vi vazdel i aktivàciaqi energia e I-esqi anθ-i migraciaqi rig thaj anθ-i rig e iklipnasqi (Figura 1e). Ano angluno stadiumo, I jone migririnen kotar e perovskiteski rig, mukhindoj e VI jone ki pozicija sar rešetka e energijaki bariera 0.61 eV. Palal o introdukcia e LOS-esqi, palal o efekto e sterikane phanglimasko, i aktivàciaqi enèrgia vaś i migracia e I ionenqi barǒl źi k-o. 1.28 eV. Ko vakti e migraciako e I jonenqo so mukhen i perovskiteski rig, i bariera e energiaqi anθ-o VOC si vi maj bari sar anθ-o kontrolo egzàmplo (Fig. 1e). Shematikane diagramura e I ioneske migraciake droma ande kontrola thaj LOS FAPbI3 si sikavde ande Figura 1 f thaj g, respektivno. E simulaciake rezultatura sikaven kaj o LOS śaj te inhibiril i formacia e VI defekturenqi thaj i volatilizacia e I, kadja te na kerel pes i nukleàcia e α źi ka δ fazaqi tranzìcia.
I reakcia maškar o oxalic acid thaj FAPbI3 perovskite sas testime. Palal o miksaripe e solucienqo e oksalikane acidosqo thaj e FAPbI3-esqo, sas kerdo jekh baro kotor e parne precipitatosqo, sar si sikavdo anθ-i Suplementàro Figura 2. O pudrosqo prodùso sas identifikuime sar purano PbC2O4 materiàlo labǎrindoj X-ray difrakcia (XRD) (Suplementarno Figura 3) thaj Fourier transformàciaqo infra-ruźo spektroskopia (SFT) (Suplementarno Figura 4). Amen arakhlam kaj o oxalic acid si but solubilno ano izopropilno alkoholo (IPA) ki temperatura e sobake e solubilitetosa kotar 18 mg/mL, sar so si sikavdo ki Suplementarno Figura 5. Akava kerel o procesiripe maj palal maj lokho soske o IPA, sar jekh obično pasivàciaqo solvento, na phagel o perovskite strato maj palal skurto vrama. Anda kodo, kana thovel pes o perovskite filmo ande oxalic acid solucia vaj kana kerel pes o spin-coating e oxalic acid solucia pe perovskite, śaj te arakhel pes sigo o tikno thaj śukar PbC2O4 pe perovskite filmosqi rig palal i śerutni equàcia: H2C2O4 + FAPI3 = PbI3 + FAIO O FAI śaj te avel xasardo anθ-o IPA thaj kadja te avel ćhudino kana si te ćhivel pes. O śukaripen e LOS-esqo śaj te avel kontrolisardo katar i vràma e reakciaqi thaj i koncentràcia e prekursoresqi.
E skanirime elektronsko mikroskopia (SEM) slike e kontrolake thaj LOS perovskite filmencar si sikavde ki Figura 2a,b. E rezultatura sikaven kaj e perovskiteski morfologia si lačhe prezervirime, thaj baro numero tikne partikle si depozitime pe rig e ćororeski, savi trubul te reprezentisarel jekh PbC2O4 strato kerdo katar e in-situ reakcia. O LOS perovskite filmo si les jekh tikno maj kovlo than (Suplementarno Figura 6) thaj jekh maj baro kontakto e pajesa komparaciasa e kontrolno filmosa (Suplementarno Figura 7). E elektronsko mikroskopia (HR-TEM) sas kerdini te dikhel pes o rig e produktosqi. Komparaciasa e kontrolno filmosa (Fig. 2c), jekh uniformo thaj pherdo tikno strato e thulipesa kotar 10 nm si klaro dikhlino upral o LOS perovskite (Fig. 2d). Ko utiliziribe e baro-angluno anularno kalo-fieldo skanirimo elektronsko mikroskopia (HAADF-STEM) te dikhel pes o interfejso maškar o PbC2O4 thaj o FAPbI3, o prezenso e kristalno regionengo e FAPbI3 thaj e amorfno regionengo e PbC2O4 šaj te ovel klaro dikhlino (Suplementarno Figura 8). I kompozicia e perovskiteski palal o tretmano e oksalikane acidosa sas karakterizirime katar e X-ray fotoelektronsko spektroskopia (XPS) meripe, sar si sikavdo ande Figure 2e–g. Ki Figura 2e, o C 1s vrjoma kotar 284.8 eV thaj 288.5 eV peren ko specifično CC thaj FA signali, respektivno. Ande relacia e kontrolno membranasa, e LOS membrana sikavel jekh aver piko pe 289.2 eV, atribuime e C2O42-. O O 1s spektro e LOS perovskitesko sikavel trin khemikane diferentno O 1s piktura ko 531.7 eV, 532.5 eV, thaj 533.4 eV, so si korespondentno e deprotonirime COO, C=O e intakto oksalat grupengo 30 thaj O atomura kotar o OH komponenti (Fig. 2 ). )). Palal o kontrolno egzàmplo, sas dikhlino numaj jekh tikno O 1s-esqo śero, savo śaj te avel atribuime e oksigenosqe chemisorbime pe rig. E kontrolno membranake karakteristike e Pb 4f7/2 thaj Pb 4f5/2 si phangle ko 138.4 eV thaj 143.3 eV, respektivno. Amen dikhlam kaj o LOS perovskite sikavel jekh paruvipe e Pb-esko kotar 0.15 eV karing maj bari phanglimaski energia, so sikavel jekh maj zurali interakcija maškar e C2O42- thaj Pb atomurja (Fig. 2g).
a SEM slike e kontrolake thaj b LOS perovskite filmora, dikhipe kotar o upre. c Mikroskopia e elektronsko transmisiaki (HR-TEM) e kontrolake thaj d LOS perovskite filmura. XPS e bare rezoluciaqo e e C 1s, f O 1s thaj g Pb 4f perovskite filmurenqo. E źanglimaske date si dine anθ-i fòrma e źanglimaske datengo.
Palal e DFT rezultatura, si teoretikane predikto kaj e VI defektura thaj I migracia lokho keren e fazaki tranzicia katar α dži ko δ. E anglune raportura sikade kaj o I2 si sigo mukhlo katar e PC-bazirime perovskite filmura ano vakti e fotoimerziako palo ekspozicia e filmencar ki lumia thaj termikano streso31,32,33. Te konfirmisaras o stabilizirimo efekto e oxalatosko e plumbosko pe α-faza e perovskiteski, thodam e kontrolno thaj LOS perovskite filmura ande transparentno stakloske botele save si len tolueno, respektivno, thaj palal kodoja irradiisardam len 1 khameski lumia 24 h. Amen mezisaras i absorpcia e ultravioletno thaj e dikhipnaski lumia (UV-Vis). ) toluen solucia, sar si sikavdo ki Figura 3a. Komparaciasa e kontrolno mostresa, but maj tikni I2 absorpciaki intenziteta sas dikhli ando kazo e LOS-perovskite, so sikavel kaj o kompakto LOS shaj te inhibiril o avri mukhipe e I2 katar o perovskite filmo kana si ande lumia. E fotografie e phureder kontrolake thaj e LOS perovskite filmencar si sikavde ano insertura e Figure 3b thaj c. O LOS perovskite si inke kalo, a o maj baro kotor e kontrolno filmosko kerdilo lole. E UV-dikhle absorpciake spektrura e ćhivde filmosqe si sikavde anθ-e Fig. 3b, c. Amen dikhlam kaj i absorpcia savi maladjol e α-sa ko kontrolno filmo sas klaro tiknjardi. X-ray meripe sas kerdo te dokumentisarel pes i evolucia e kristaloski strukturaki. Palal 24 ćàsurǎ lumǎqe, o kontrolo perovskito sikavdăs jekh zuralo lole δ-fazaqo signàlo (11,8°), kana o LOS perovskito inke inkerdas jekh laćhi kalo faza (Figura 3d).
UV-dikhle absorpciake spektrura e toluenoske solucienge ande save o kontrolno filmo thaj o LOS filmo sas thodine telal 1 khameski lumia 24 chasura. O inserto sikavel jekh flaska ande savi sako filmo sas thodino ande jekh barabar volumo e toluenosko. b UV-Vis absorpciake spektrura katar o kontrolno filmo thaj c LOS filmo anglal thaj palal 24 h katar o ćhivipen telal 1 khameski lumia. O inserto sikavel jekh fotografia e testoske filmosqi. d X-ray difrakciake modelura katar kontrola thaj LOS filmura anglal thaj palal 24 h ekspozicia. SEM-image katar o kontrolno filmo e thaj filmo f LOS palal 24 chasura ekspozicia. E źanglimaske date si dine anθ-i fòrma e źanglimaske datengo.
Amen kerdjam mesura e skanirime elektronsko mikroskopia (SEM) te dikhas e mikrostrukturalno paruvimata e perovskite filmoske palo 24 chasura iluminaciake, sar so si sikavdo ki Figura 3e,f. Ano kontrolno filmo, bare ćorore sas xasarde thaj kerdine tikne ćorore, save korespondisarde e morfologijasa e δ-fazake produktosko FAPbI3 (Fig. 3e). Palal e LOS filmură, e perovskitesqe ćàsură ačhen anθ-i laćhi kondicia (Figura 3f). E rezultatura konfirmisarde kaj o xasaripe e I-esko signifikantno induciril o nakhavipe katar e parni faza ki lole faza, a o PbC2O4 stabilizirinel e kalo faza, so kerel te na xasarel pes o I. Sar so o vakanciako densiteto si but maj baro sar ko baro kotor e ćororesko,34 akaja faza si maj but šajipe te ovel ki rig e ćororeski. simultano mukhindoj o jod thaj formirindoj VI. Sar so si predikto katar o DFT, o LOS śaj te inhibiril i formacia e VI defekturenqi thaj te astarel i migracia e I jonenqi k-i perovskiteski rig.
Paše odova, o efekto e PbC2O4 stratosqo p-i rezistènca e śukaripnaski e perovskite filmurenqi anθ-o atmosferikano balval (relativo śukaripen 30-60%) sas studirime. Sar si sikavdo ki Suplementarno Figura 9, o LOS perovskite sas inke kalo palo 12 divesa, a o kontrolno filmo kerdilo lole. Ano XRD meripe, o kontrolno filmo sikavel jekh zuralo piko ko 11.8° so korespondil e δ faza e FAPbI3, a o LOS perovskite arakhel mishto e kale α faza (Suplementarno Figura 10).
E fotoluminiscenca (PL) thaj e fotoluminiscenca ande vrama (TRPL) sas hasnime te studirinel pes o efekto e pasivaciako e oxalatosko e perovskitesko. Ki Fig. I Figura 4a sikavel kaj o LOS filmo si les maj baro PL intenziteto. Ano PL mapipe, i intenziteta e LOS filmoski pe sasti rig 10 × 10 μm2 si maj bari kotar e kontrolno filmo (Suplementarno Figura 11), so sikavel kaj o PbC2O4 uniformno pasivirinel o perovskite filmo. O źivdipen e śerutnesqo si determinisardo kana si aproksimirime o TRPL-esqo xasaripen jekhe eksponencialo funkciaça (Fig. 4b). O źivdipen e LOS filmosqo si 5.2 μs, so si but maj lungo sar o kontrolno filmo e źivdipnaça 0.9 μs, so sikavel redukime na-radiativno rekombinacia e phuvăqi.
Stabilno PL thaj b-spektra e temporarno PL e perovskite filmencar pe stakloske substratura. c SP kurva e aparatosqi (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au). d EQE spektro thaj Jsc EQE spektro integrime katar o maj efikasno aparato. d Dependenca e lumiaki intenziteta e perovskite aparaturaki kotar o Voc diagramo. f Tipično MKRC analìza labǎrindoj jekh ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au śukar ćororo aparato. VTFL si o maj baro voltažo te pherel pes o trapo. Katar akala date amen kerdam kalkulàcia e trapaqi densitàta (Nt). E źanglimaske date si dine anθ-i fòrma e źanglimaske datengo.
Te studirinel pes o efekto e śerutne oksalatosqo p-i performànca e aparaturǎqi, sas utilizisardi jekh tradicionalo FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au kontakto struktura. Amen hasnisaras formamidin klorido (FACl) sar aditivo e perovskitesko prekursoro na e metilamin hidroklorido (MACl) te aresas maj laćho performanso e aparatosqo, sosqe o FACl śaj te del maj laćho kvaliteto e kristalosqo thaj te nakhel o band gap e FAPbI335 (dikh e Suplementàro Figùre 1 thaj 2 vaś jekh detalìzo komparacia). ). 12-14). IPA sas alosardo sar antisolvento soske del maj laćhi kvaliteta e kristalosqi thaj maj laćhi orientàcia anθ-e perovskite filmură anθ-o komparacia e dietil eterosa (DE) vaj e klorobenzenosa (CB)36 (Suplementarne Figùre 15 thaj 16). O śukaripen e PbC2O4-esqo sas śukar optimizirime te śaj te avel laćhes balansirime e pasivàcia e defekturenqi thaj o transporto e ćàsurenqo kana sas laćhardo i koncentràcia e oxalic acid-esqi (Suplementàro Figura 17). E SEM-image e optimizirime kontrolake thaj LOS-esqe aparaturěnqe si sikavde anθ-i Suplementàro Figura 18. E kurve vaś e kontrola thaj e LOS-esqe aparaturǎ si sikavde anθ-i Figura 4c, thaj e paramètrură save si avri line si dine anθ-i Suplementàro Tèbla 3. Kontrole e ćhelurenqe e maj bari konverzìa e zorăqi (PCE) (34%, 24% Jc.). 25.75 mA cm-2 (25.74 mA cm-2), Voc 1.16 V (1.16 V) thaj reverso (anglal) skanipe. O pherdo faktoro (FF) si 78.40% (76.69%). O maj baro PCE LOS PSC si 25.39% (24.79%), Jsc si 25.77 mA cm-2, Voc si 1.18 V, FF si 83.50% (81.52%) katar o pherdo (anglal Scan ko). O LOS aparato resljarda jekh certificirime fotovoltaikani performanca 24.92% ano jekh patyivalo fotovoltaikano laboratoriumo (Suplementarno Figura 19). I eksterno kvantno efikasnost (EQE) dijas jekh integrime Jsc 24.90 mA cm-2 (kontrola) thaj 25.18 mA cm-2 (LOS PSC), respektivno, so sas ande laćho agor e Jsc-esa mesurime ando standardo AM 1.5 G spektro (Fig. .4d). ) . I statistikani distribùcia e mesurime PCEs-enqi vaś e kontrola thaj LOS PSCs si sikavdi anθ-i Suplementàro Figura 20.
Sar si sikavdo ki Figura 4e, i relacia maškar o Voc thaj i intenziteta e lumiaki sas kerdini te studirinel pes o efekto e PbC2O4 pe rekombinacia e phuvjaki aźutisardi katar o trap. O śero e śerutne linienqo vaś o LOS-esqo aparaturǎ si 1,16 kBT/sq, so si maj tikno sar o śero e śerutne śerutnesqo vaś o kontrolno aparaturǎ (1,31 kBT/sq), so konfirmisarel ke o LOS si laćho vaś te inhibiril i rekombinacia e śeresqi katar e ćorre. Amen hasnisaras i tèknologia e space charge current limiting (SCLC) te mesuras kvantitativno i densitàta e defektosqi e perovskite filmosqi meśindoj e ćorri IV karakteristika e śukar aparatosqi (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) sar si sikavdo anθ-i figura. 4f Sikav. I densitàta e trapaqi si ginavdi anθ-i fòrmula Nt = 2ε0εVTFL/eL2, kaj ε si i relativo dielektrikani konstanta e perovskite filmosqi, ε0 si i dielektrikani konstanta e vakuumoski, VTFL si i limitàciaqi tenzia vaś te pherel pes i trapa, e si i charge, L si i thulipen e perovskite filmosqi (6 nm). I defektoski densitàta e VOC-esqe aparaturǎqi si ginavdi te avel 1,450 × 1015 cm–3, so si maj tikni sar i defektosqi densitàta e kontrolno aparaturǎqi, savi si 1,795 × 1015 cm–3.
O bi-paketime aparato sas testime ko maj baro punkto e zorako (MPP) telal o pherdo divesko svetlo telal o azoto te dikhel pes lesko lungo-vrjamake performansosko stabiliteto (Figura 5a). Palal 550 òre, o LOS-esqo aparaturǎ inke inkerdas 92% katar lesqi maj bari efikasitàta, kana o kontrolno aparaturǎqo performanso sas ćhudino źi k-o 60% katar lesqi originalo performànca. I distribùcia e elementurenqi anθ-o purano aparaturǎ sas meśardi anθ-i vràma-e-flygǎqi sekundarno spektrometria e ionenqi (ToF-SIMS) (Fig. 5b, c). Jekh baro akumulàcia e jodosqi śaj te dikhel pes anθ-o upreder kontrolo e sumnalesqo. E kondicie e protekciake e inertno gazenge na len andre e faktora save degradirinen e enviromentia sar so si e vlaga thaj o oksigeno, so sikavel kaj e andrune mehanizmura (vaś egzàmplo, i migracia e ionenqi) si responsibilo. Palal e ToF-SIMS rezultatura, I- thaj AuI2- ionura sas arakhline ande Au elektroda, so sikavel e difuzia e I katar o perovskite ande Au. I signaloski intenziteta e I- thaj AuI2- ionenqi anθ-o kontrolno aparaturǎ si paśe 10 drom maj bari sar kodoja e VOC-esqi. E anglune raportura sikade kaj i permeacia e ionenqi śaj te kerel jekh śukar tiknjaripe e ćororeske konduktivitetosqo e spiro-OMeTAD-esqo thaj e ximikani korozia e upreder elektrodosqi rig, kadja te xasarel pes o interfacialno kontakto anθ-o aparato37,38. I Au elektroda sas ćhudini thaj o spiro-OMeTAD strato sas thovdo katar o substrato e klorobenzen soluciasa. Amen palal kodoja karakterizisardam o filmo labǎrindoj i difrakcia e X-ray-esqi (GIXRD) (Figura 5d). E rezultatura sikaven kaj o kontrolno filmo si les jekh obviousno difrakciako piko ko 11.8°, džikote na sikavel pes nevo difrakciako piko ko LOS misal. E rezultatura sikaven kaj bare xasarimata e I jonenqe anθ-o kontrolo filmo anen te kerel pes i δ faza, kana anθ-o LOS filmo kadava proceso si klaro inhibime.
575 chasura MPP-esqo śerdipen e bi-phangle aparaturǎqo anθ-i atmosfera e azotosqi thaj 1 khamlesqo śukaripen bi UV filtrosqo. ToF-SIMS distribùcia e b I- thaj c AuI2- ionenqi anθ-o LOS MPP kontrolno aparaturǎ thaj anθ-o aparaturǎ vaś o phuripen. E lole, zeleno thaj portokaloske nuanse korespondin e Au, Spiro-OMeTAD thaj perovskite. d GIXRD e perovskite filmosqo palal o MPP test. E źanglimaske date si dine anθ-i fòrma e źanglimaske datengo.
E konduktiviteta savi si phangli e temperaturasa sas mesurime te konfirmisarel pes kaj o PbC2O4 śaj te inhibiril e ionenqi migracia (Suplementarno Figura 21). I aktivàciaqi enèrgia (Ea) e ionenqi migraciaqi si determinisardi kana meśel pes o paruvipen anθ-i konduktività (σ) e FAPbI3 filmosqi anθ-e diferentne temperature (T) thaj kana labărel pes i relacia Nernst-Einstein: σT = σ0exp(−Ea/kBT), kaj σ0 si jekh konstanta, kB si i Boltzman konstanta. Amen arakhas i vlàda e Ea-qi katar o śukaripen e ln(σT) mamuj 1/T, savo si 0.283 eV vaś o kontrolo thaj 0.419 eV vaś o LOS-esqo aparato.
Ande summa, ame das jekh teoretikano fremo te identifikisaras o drom e degradàciaqo e FAPbI3 perovskitesqo thaj i influènca e verver defekturenqi p-i bariera e enèrgiaki e α-δ fazaqi tranzìcia. Mashkar kadala defektura, VI defektura si teoretikane prediktime te keren lokho tranzicia e fazaki katar α ko δ. Jekh pani-solubilno thaj khemikane stabilno denso strato PbC2O4 si introducime te stabilizil e α-faza e FAPbI3 inhibirindos e formacia e I vakanciengi thaj e migracia e I jonenqi. Kadi stratègia signifikantno redukisarel i interfacialo na-radiaciaqi rekombinàcia, vazdel i efikasitàta e solarno ćhelurenqi źi k-o 25,39%, thaj laćharel i stabilitèta e butăqi. Amare rezultatura den rig te aresel pes efikasno thaj stabilno formamidine PSCs katar o inhibicia e defektoske-inducirime α ki δ fazaki tranzicia.
Titanium(IV) isopropoxide (TTIP, 99.999%) sas xramosardo katar o Sigma-Aldrich. O kloridno acido (HCl, 35.0–37.0%) thaj o etanol (bi-hidro) sas xramosarde katar e Guangzhou Chemical Industry. SnO2 (15 wt% tin(IV) oxide colloidal dispersion) sas xramosardo katar o Alfa Aesar. O jodo (PbI2, 99.99%) sas xramosardo katar o TCI Shanghai (China). Formamidin iodid (FAI, ≥99.5%), formamidine chlorid (FACl, ≥99.5%), methylamine hydrochlorid (MACl, ≥99.5%), 2,2′,7,7′-tetrakis-(N , N-di-p) )-methoxyaniline)-9′-spirofluore,9′ (Spiro-OMeTAD, ≥99.5%), lithium bis(trifluoromethane)sulfonylimide (Li-TFSI, 99.95%), 4-tert -butylpyridine (tBP, 96%) sas xramosarde katar e Xi'an Polymer Light Technology Company (China). N,N-dimetilformamid (DMF, 99.8%), dimetil sulfoxid (DMSO, 99.9%), izopropil alkoholo (IPA, 99.8%), klorobenzeno (CB, 99.8%), acetonitrilo (ACN). Xramosardo katar o Sigma-Aldrich. Oxalic acid (H2C2O4, 99.9%) sas xramosardo katar o Macklin. Sa e kemikalie sas hasnime sar so sas resle bizo aver modifikacie.
ITO vaj FTO substratura (1.5 × 1.5 cm2) sas ultrasonikane thovde e detergentosa, acetonosa thaj etanolosa 10 min, respektivno, thaj palal kodoja sas sušime telal o azotosko paj. Jekh zuralo TiO2 barieraqo strato sas thodino pe jekh FTO substrato labǎrindoj jekh solucia titanium diisopropoxybis(acetylacetonate) anθ-o etanol (1/25, v/v) thodino k-o 500 °C vaś 60 min. I SnO2 koloidno disperzia sas diluime e dejonizirime pajesa ano raporto e volumesko 1:5. Pe jekh čisto substrato tretirime e UV ozonosa 20 minutura, jekh tikno filmo SnO2 nanopartikulako sas thodino pe 4000 rpm 30 sekunde thaj palal kodoja sas thodino anglal tato pe 150 °C 30 minutura. Palal i solucia e perovskite prekursoresqi, 275.2 mg FAI, 737.6 mg PbI2 thaj FACl (20 mol%) sas xasarde anθ-o DMF/DMSO (15/1) miksardo solvènto. O perovskite strato sas kerdo centrifugirindoj 40 μL perovskite prekursor solucia upral o UV-ozon-tretirime SnO2 strato ko 5000 rpm ano ambientno vazduho vash 25 s. 5 sekunde palal o paluno drom, 50 μL MACl IPA solucia (4 mg/mL) sas sigo thodino pe substrato sar antisolvento. Palal, e neve kerdine filmură sas ćhivde anθ-o 150°C vaś 20 min thaj palal kodoja anθ-o 100°C vaś 10 min. Palal o ćhivipen e perovskite filmosqo źi k-i temperatura e sobake, i H2C2O4 solucia (1, 2, 4 mg ćhivdi anθ-o 1 mL IPA) sas centrifugirime k-o 4000 rpm vaś 30 s te pasivisarel pes i perovskiteski rig. Jekh spiro-OMeTAD solucia kerdini katar o miksaripen 72.3 mg spiro-OMeTAD, 1 ml CB, 27 μl tBP thaj 17.5 μl Li-TFSI (520 mg ano 1 ml acetonitrilo) sas spin-coated pe filmo ko 4000 rpm ano 30 s. Po agor, jekh 100 nm thulo Au strato sas ćhudino anθ-o vakuumo anθ-i jekh ćàso 0.05 nm/s (0~1 nm), 0.1 nm/s (2~15 nm) thaj 0.5 nm/s (16~100 nm) . ).
I SC performànca e perovskite solarno ćhelurenqi sas mesurime labǎrindoj jekh Keithley 2400 metro telal o solarno simulatòro (SS-X50) anθ-i jekh lumǎqi intenzitèta 100 mW/cm2 thaj verifikuime labǎrindoj kalibrime standardo silikonǎqe solarne ćhelǎ. Te na si phendo aver, e SP kurve sas mesurime ande jekh vastnipeski kutija pherdi azotosa ki temperatura e sobake (~25°C) ande anglune thaj palalne skanirime modurja (voltage step 20 mV, delay time 10 ms). Jekh sumnakaj maska ​​sas kerdini te dikhel pes jekh efektivno area   0.067 cm2 vash o mesurime PSC. E EQE mesura sas kerde ano ambientno vazduho kotar o PVE300-IVT210 sistemo (Industrial Vision Technology(s) Pte Ltd) e monokromatikane lumiasa fokusirimi ko aparato. Palal i stabilitàta e aparaturěnqi, o testǎripen e na-kapsulime solarne ćhelurenqo sas kerdo anθ-i jekh azotosqi ćàsurǎ anθ-o 100 mW/cm2 presipen bi UV filtrosqo. ToF-SIMS si mesurime kotar o PHI nanoTOFII vaxt-e-flyg SIMS. O profiliribe e śukaripnasko sas kerdo kotar o 4 kV Ar ion pistolo e areasa kotar 400×400 μm.
E X-ray fotoelektronsko spektroskopia (XPS) meripe sas kerdo pe jekh Thermo-VG Scientific sistemo (ESCALAB 250) utilizindoj monokromatizirimo Al Kα (vaś o XPS modo) pe jekh presia 5.0 × 10–7 Pa. Skanirimi elektron mikroskopia (SEM) sas kerdini pe jekh JESM-JOL-30 F sistemo. I morfologia e śeresqi thaj i śukaripen e perovskite filmurenqo sas mesurime anθ-i mikroskopia e atomikane zoraqi (AFM) (Bruker Dimension FastScan). STEM thaj HAADF-STEM si kerde ko FEI Titan Themis STEM. E UV-Vis absorpciake spektrura sas merime kotar o UV-3600Plus (Shimadzu Corporation). O ćororo limitirindoj o ćarźo e thanesqo (SCLC) sas xramosardo pe jekh Keithley 2400 metro. I fotoluminiscènca (PL) thaj i fotoluminiscènca anθ-o vaxt (TRPL) e ćorripnasqi e źivdipnaski sas meśime labǎrindoj jekh FLS 1000 fotoluminiscèncaqo spektròmetro. E PL maping image sas mesurime kotar o Horiba LabRam Raman sistemo HR Evolution. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) sas kerdini kotar o Thermo-Fisher Nicolet NXR 9650 sistemo.
Anθ-i kadaja buti, ame hasnisaras i metoda e SSW dromesqi te studirisaras o drom e tranziciaqo e fazaqo katar i α-faza k-i δ-faza. Ano SSW metodo, o phiripe e potencijalno energijako si determinirimo kotar o drom e randomizirime kovle modosko (dujto derivato), so del shaipe te kerel pes detaljirimo thaj objektivo studiribe e potencijalno energijako than. Anθ-i kadaja buti, o śerutno śerutno si kerdo anθ-i jekh 72-atomosqi supercelula, thaj maj but de 100 parne anglune/agorutne stàturǎ (IS/FS) si kidine anθ-o nivelo DFT. Bazirime po IS/FS parno set e datengo, o drom savo phandel e angluni struktura thaj e agorutni struktura śaj te avel determinisardo e korrespondencaça maśkar e atomură, thaj palal kodoja o duj-rigăqo phiripen anθ-i variàbilno jekhipenqi rig si utilizirime te śaj te determinisarel pes o metodo e tranziciaqo stàto. (VK-DESV). Palal o rodipen pal-o tranziciaqo stàto, o drom e maj tikne bariereça śaj te avel determinisardo kana si rangărde e energiaqe bariere.
Sa e DFT kalkulàcie sas kerde labǎrindoj o VASP (verzia 5.3.5), kaj e elektron-ion interakcie maśkar e C, N, H, Pb, thaj I atomură si reprezentisarde anθ-i jekh projèkciaqi amplifikuime laćhipen (PAW) śema. I funkcia e korelàciaqi e paruvipnaski si deskriptisardi katar i generalizirime aproksimàcia e gradientosqi anθ-i paramètrizacia Perdue-Burke-Ernzerhoff. O limito e energiako vash e planura sas thodino ko 400 eV. I Monkhorst–Pack k-point grid si la jekh baripe (2 × 2 × 1). Sa e strukturenqe, e rešetke thaj e atomikane pozicie sas pherdo optimizirime źi kana o maj baro stresosko kotor sas telal 0.1 GPa thaj o maj baro zoralo kotor sas telal 0.02 eV/Å. Ano modelo e phuvjako, o than e FAPbI3-esko si les 4 riga, o fundono rig si les fixno atomia save simulin o trupo e FAPbI3-esko, thaj e trin upreder riga shaj te phiren slobodo ano proceso e optimizaciako. O PbC2O4 strato si 1 ML thulo thaj si phanglo pe I-terminalno rig e FAPbI3, kote so o Pb si phandlo 1 I thaj 4 O.
Palal maj but informacie pal-o dizajno e studiako, dikh o Naturalno Portfolio Report Abstract asociime kadale artiklosa.
Sa e date save si line vaj analizime ano akava rodipe si andre ano publikirimo artiklo, sar vi ano suporto e informaciengo thaj ano lil e suro datako. E suro data prezentirime an-i kadaja studia si disponibilo an-o https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440. E źanglimata si dine vaś kadava lil.
Green, M. et al. Tabele vaś e efikasnosta e solarne ćhelurenqi (57-to ed.). programo. fotoelektrikano. resurso. aplikàcia. 29, 3–15 (2021).
Parker J. thaj aver. Kontrola e barjaripnaski e perovskite rigate kotar o volatilno alkil amonium kloridura. Nature 616, 724–730 (2023).
Zhao Y. et al. Inaktivno (PbI2)2RbCl stabilizil e perovskite filmora vash e solarno celi e bare efikasnosta. Science 377, 531–534 (2022).
Tan, K. et al. Invertirime perovskite solarno ćhelura save keren buti e dimethylacridinyl dopant-esa. Natura, 620, 545–551 (2023).
Han, K. et al. Jekh kristalno formamidino jodo (FAPbI3): dikhimata pe strukturalno, optikane thaj elektrikane proporcie. advèrbo. Matt. 28, 2253–2258 (2016).
Massey, S. thaj aver. Stabilizàcia e kale perovskite fazaqi anθ-o FAPbI3 thaj CsPbI3. AKS Energy Communications. 5, 1974–1985 (2020).
Tu, JJ, thaj aver. Efikasno perovskite solarno čelalja prekal o lačho menadžmento e transportosko. Nature 590, 587–593 (2021).
Saliba M. thaj aver. Inkorporacia e rubidium kationenqi anθ-e perovskite solarno ćhelură laćharel e fotovoltaikane performanse. Science 354, 206–209 (2016).
Saliba M. thaj aver. Trin-kation perovskite cezium solarno ćhelura: maj laćhi stabiliteta, reprodukcia thaj bari efikasnost. energiako ambiènto. i sciencia. 9, 1989–1997 (2016).
Cui X. thaj aver. E maj palune progresura ande FAPbI3 fazaki stabilizacia ande bare performansoske perovskite solarno čelalja Sol. RRL 6, 2200497 (2022).
Delagetta S. thaj aver. Racionalizirimi fotoinducirime fazaki separacia e miksarde halogenikane organikane-anorganikane perovskitenqi. Nat. vakărel. 8, 200 (2017).
Slotcavage, DJ thaj aver. Separacia e fazaki kerdini katar o svetlo ande halide perovskit absorberura. AKS Energy Communications. 1, 1199–1205 (2016).
Chen, L. thaj aver. Intrinsicno fazaki stabiliteta thaj intrinsicno bandgap e formamidine lead triiodide perovskite jekh kristalo. Anjiva. Kimikani. internacionaliteto. Ed. 61. e202212700 (2022).
Duinsti, EA etc. Te haćaren i dekompozicia e methylenediammonium-esqi thaj lesqi ròla anθ-i stabilizàcia e fazaqi e formamidinaqi e trijodidosqi. J. Chem. Kurva. 18, 10275–10284 (2023).
Lu, HZ thaj aver. Efikasno thaj stabilno depozìcia e vaporenqi e kale perovskite solarno ćhelurenqi FAPbI3. Science 370, 74 (2020).
Doherty, TAS etc. Stabilno ćorre oktaedrikane halogenurenge perovskite suprimin e lokalizirime formacia e fazengi save si len limitirime karakteristike. Science 374, 1598–1605 (2021).
Ho, K. thaj aver. Mehanizmurja vaś transformàcia thaj degradàcia e formamidinesqe ćàsurenqi thaj e ceziumosqe thaj e perovskitǎqe iodidǎqe e plumbusqe telal i influènca e śukar thaj e śukar. AKS Energy Communications. 6, 934–940 (2021).
Zheng J. et al. Keren pseudohalide anionura vaś α-FAPbI3 perovskite solarno ćhelura. Nature 592, 381–385 (2021).