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Pasivasaun defeitu nian uza ona ho luan atu hadi'a dezempeñu hosi sélula solar perovskite triiodidu chumbo nian, maibé efeitu hosi defeitu oioin iha estabilidade faze-α nian seidauk klaru; Iha ne'e, uza teoria funsionál densidade nian, ami identifika ba dala uluk dalan degradasaun formamidina nian husi formamidina triodidu perovskite husi α-faze ba δ-faze no estuda efeitu husi defeitu oioin iha barreira enerjétika tranzisaun faze nian. Rezultadu sira simulasaun nian prevee katak vaga sira iodu nian iha posibilidade boot liu atu kauza degradasaun tanba sira signifikativamente hamenus barreira enerjétika ba tranzisaun faze α-δ no iha enerjia formasaun ne'ebé ki'ik liu iha superfísie perovskite. Introdusaun hosi kamada densu ida hosi oxalatu chumbo ne'ebé la rezolve iha bee iha superfísie perovskite nian inibi maka'as dekompozisaun hosi faze-α, hodi prevene migrasaun no volatilizasaun hosi iodu. Adisionalmente, estratéjia ida-ne'e hamenus ho signifikativu rekombinasaun la'ós radiativa interfasiál no aumenta efisiénsia sélula solar nian ba 25.39% (sertifikadu 24.92%). Dispozitivu ne'ebé la embaladu bele mantein nafatin nia efisiénsia orijinál 92% hafoin funsiona ho enerjia másimu durante oras 550 iha irradiasaun massa ar 1.5 G simuladu.
Efisiénsia konversaun enerjia (PCE) husi sélula solar perovskite (PSCs) atinji ona rekord aas sertifikadu 26%1. Desde 2015, PSC modernu sira prefere ona formamidine triiodide perovskite (FAPbI3) hanesan kamada ida ne'ebé absorve naroman tanba nia estabilidade termál ne'ebé exelente no bandgap preferensiál besik ba limite Shockley-Keisser 2,3,4. Infelizmente, filme FAPbI3 sira termodinamikamente hetan tranzisaun faze ida hosi faze α metan ba faze δ la'ós-perovskite mean iha temperatura ambiente5,6. Atu prevene formasaun faze delta nian, dezenvolve ona kompozisaun perovskite kompleksu oioin. Estratéjia ne'ebé komún liu atu ultrapasa problema ida-ne'e maka kahur FAPbI3 ho kombinasaun ida hosi ion metil amóniu (MA+), sésiu (Cs+) no bromidu (Br-)7,8,9. Maibé, perovskita híbridu sira sofre hosi luan bandgap no separasaun faze fotoinduzidu, ne'ebé kompromete dezempeñu no estabilidade operasionál hosi PSC sira ne'ebé rezulta10,11,12.
Estudu sira foin lalais ne'e hatudu katak FAPbI3 kristal úniku ne'ebé moos lahó doping ruma iha estabilidade exelente tanba nia kristalinidade exelente no defeitu ki'ik13,14. Tanba ne'e, hamenus defeitu sira liuhosi aumenta kristalinidade FAPbI3 nian maka estratéjia importante ida atu atinji PSCs2,15 ne'ebé efisiente no estável. Maibé, durante operasaun FAPbI3 PSC nian, degradasaun ba faze δ la'ós-perovskite mean ne'ebé la dezejadu bele akontese nafatin16. Prosesu ne'e normalmente hahú iha superfísie no baliza batar nian ne'ebé maka suspetivel liu ba bee, manas no naroman tanba prezensa hosi área defeitu barak17. Tanba ne'e, pasivasaun superfísie/batar-fuan maka nesesáriu atu estabiliza faze metan FAPbI318 nian. Estratéjia pasivasaun defeitu barak, inklui introdusaun perovskita ho dimensaun ki'ik, molékula Lewis baze-ásidu, no masin halogenu amóniu, halo ona progresu boot iha formamidina PSCs19,20,21,22. To'o ohin loron, kuaze estudu hotu-hotu foka ona ba papél hosi defeitu oioin hodi determina propriedade optoeletróniku sira hanesan rekombinasaun portadora, komprimentu difuzaun no estrutura banda iha sélula solar22,23,24. Porezemplu, teoria funsionál densidade (DFT) uza atu halo predisaun teorikamente ba enerjia sira formasaun nian no nível enerjia trapa nian hosi defeitu oioin, ne'ebé uza barak atu orienta dezeñu pasivasaun prátiku20,25,26. Nu'udar númeru defeitu sira tun, estabilidade dispozitivu nian normalmente hadi'a. Maibé, iha PSCs formamidina, mekanizmu sira hosi influénsia hosi defeitu oioin iha estabilidade faze no propriedade fotoelétriku sira tenke kompletamente diferente. Tuir ami nia koñesimentu, komprensaun fundamentál kona-ba oinsá defeitu sira induz tranzisaun faze kúbiku ba hexagonál (α-δ) no papél pasivasaun superfísie nian iha estabilidade faze perovskite α-FAPbI3 nian seidauk komprende didi'ak.
Iha ne'e, ami revela dalan degradasaun husi FAPbI3 perovskite husi α-faze metan ba δ-faze mean no influénsia husi defeitu oioin iha barreira enerjétika husi tranzisaun α-ba-δ-faze liuhosi DFT. I vaga sira, ne'ebé maka fasil atu hamosu durante fabrikasaun filme no operasaun dispozitivu nian, prevee atu iha posibilidade boot liu atu hahú tranzisaun faze α-δ. Tanba ne'e, ami introdús kamada densu ida ne'ebé la rezolve iha bee no kímikamente estável hosi oxalatu chumbo (PbC2O4) iha FAPbI3 nia leten liuhosi reasaun in situ. Superfísie oxalatu chumbo (LOS) inibi formasaun vaga I no prevene migrasaun ion I bainhira estimula hosi manas, naroman, no kampu elétriku. LOS ne'ebé rezulta signifikativamente hamenus rekombinasaun interfasiál la'ós radiativa no hadi'a efisiénsia FAPbI3 PSC ba 25.39% (sertifikadu ba 24.92%). Dispozitivu LOS ne'ebé la embaladu mantein 92% hosi nia efisiénsia orijinál hafoin opera iha pontu enerjia másimu (MPP) durante oras 550 liu iha massa ar simuladu (AM) 1.5 G radiasaun nian.
Ami hala'o uluk kalkulasaun ab initio hodi hetan dalan dekompozisaun husi perovskite FAPbI3 ba tranzisaun husi faze α ba faze δ. Liuhusi prosesu transformasaun faze ne'ebé detallu, hetan katak transformasaun husi oktaedru fahe kantu dimensaun tolu [PbI6] iha faze α kúbiku FAPbI3 nian ba oktaedru fahe borda dimensaun ida [PbI6] iha faze δ hexagonál FAPbI3 nian atinji ona. sobu 9. Pb-I forma ligasaun iha etapa dahuluk (Int-1), no nia barreira enerjétika atinji 0.62 eV/sélula, hanesan hatudu iha Figura 1a. Bainhira oktaedru muda iha diresaun [0\(\bar{1}\)1], korrente badak hexagonál habelar hosi 1×1 ba 1×3, 1×4 no ikusmai tama iha faze δ. Rasio orientasaun husi dalan tomak maka (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ. Husi diagrama distribuisaun enerjia, bele hetan katak hafoin nukleasaun husi faze δ husi FAPbI3 iha faze sira tuir mai, barreira enerjia ki'ik liu duké ida husi tranzisaun faze α, ne'ebé signifika katak tranzisaun faze sei aselera. Klaru katak, pasu dahuluk atu kontrola tranzisaun faze nian maka krítiku se ita hakarak atu suprime degradasaun faze-α nian.
a Prosesu transformasaun faze husi karuk ba loos – faze FAPbI3 metan (α-faze), primeiru cleavage ligasaun Pb-I (Int-1) no cleavage ligasaun Pb-I tuir mai (Int-2, Int -3 no Int -4) no faze mean FAPbI3 (faze delta). b Barreira enerjia sira ba tranzisaun faze α ba δ husi FAPbI3 bazeia ba defeitu pontu intrínseku oioin. Liña pontuadu hatudu barreira enerjétika hosi kristal ideál ida (0.62 eV). c Enerjia formasaun defeitu pontu primáriu sira iha superfísie perovskite chumbo nian. Eixu abscissa maka barreira enerjétika hosi tranzisaun faze α-δ, no eixu ordinada maka enerjia hosi formasaun defeitu. Parte sira ne'ebé maka kór kinur, mean no verde maka tipu I (EB ki'ik-FE aas), tipu II (FE aas) no tipu III (EB ki'ik-FE ki'ik), respetivamente. d Enerjia formasaun defeitu VI no LOS husi FAPbI3 iha kontrolu. e I barreira ba migrasaun ion iha kontrolu no LOS husi FAPbI3. f – reprezentasaun eskemátika husi migrasaun husi ion I (esfera laranja) no gLOS FAPbI3 (kinur, chumbo; violeta (laranja), iodu (iodu móvel)) iha kontrolu gf (karuk: vizaun leten; loos: sesaun transversál, kór-kafé); karbonu; azul-kro'at – nitrojéniu; mean – oksijéniu; kór-roza kmaan – idrojéniu). Dadus fonte fornese iha forma arkivu dadus fonte.
Hafoin ne'e ami sistematikamente estuda influénsia hosi defeitu pontu intrínseku oioin (inklui PbFA, IFA, PbI, no okupasaun antisite IPb; átomo interstisiál Pbi no Ii; no vaga VI, VFA, no VPb), ne'ebé konsidera hanesan fatór xave sira. ne'ebé kauza degradasaun faze nivel atómiku no enerjia nian hatudu iha Figura 1b no Tabela Suplementár 1. Interesante, la'ós defeitu hotu-hotu hamenus barreira enerjia nian hosi tranzisaun faze α-δ (Figura 1b). Ami fiar katak defeitu sira ne'ebé iha enerjia formasaun ne'ebé ki'ik no barreira enerjia tranzisaun faze α-δ ne'ebé ki'ik liu konsidera hanesan prejudisiál ba estabilidade faze nian. Hanesan relata ona antes, superfísie sira ne'ebé riku ho chumbo jeralmente konsidera hanesan efetivu ba formamidina PSC27. Tanba ne'e, ami foka ba superfísie ne'ebé terminadu ho PbI2 (100) iha kondisaun sira ne'ebé riku ho chumbo. Enerjia formasaun defeitu husi defeitu pontu intrínseku superfísie nian hatudu iha Figura 1c no Tabela Suplementár 1. Bazeia ba barreira enerjétika (EB) no enerjia formasaun tranzisaun faze (FE), defeitu sira-ne'e klasifika ba tipu tolu. Tipu I (EB ki'ik-FE aas): Maske IPb, VFA no VPb signifikativamente hamenus barreira enerjétika ba tranzisaun faze, sira iha enerjia formasaun aas. Tanba ne'e, ami fiar katak tipu defeitu sira-ne'e iha impaktu limitadu ba tranzisaun faze sira tanba sira ladún forma. Tipu II (EB aas): Tanba barreira enerjia tranzisaun faze α-δ ne'ebé hadi'ak, defeitu anti-fatin PbI, IFA no PbFA la estraga estabilidade faze perovskite α-FAPbI3 nian. Tipu III (EB ki'ik-FE ki'ik): defeitu VI, Ii no Pbi ho enerjia formasaun ne'ebé relativamente ki'ik bele kauza degradasaun faze metan. Liuliu haree ba FE no EB VI ne'ebé ki'ik liu, ami fiar katak estratéjia ne'ebé efetivu liu maka atu hamenus vaga I sira.
Atu hamenus VI, ami dezenvolve kamada ida ne'ebé maka'as husi PbC2O4 hodi hadi'a superfísie husi FAPbI3. Kompara ho pasivadór masin halogenu orgániku sira hanesan iodu feniletilamóniu (PEAI) no iodu n-oktilamóniu (OAI), PbC2O4, ne'ebé laiha ion halojéniu móvel, kímikamente estável, la soluvel iha bee, no fasil atu dezativa bainhira hetan estimulasaun. Estabilizasaun di'ak ba umidade superfísie no kampu elétriku perovskite nian. Solubilidade PbC2O4 iha bee maka 0.00065 g/L de'it, ne'ebé maka ki'ik liu duké PbSO428. Importante liu, kamada LOS ne'ebé maka'as no uniforme bele prepara ho kmaan iha filme perovskite uza reasaun in situ (haree iha kraik). Ami hala'o simulasaun DFT husi ligasaun interfasiál entre FAPbI3 no PbC2O4 hanesan hatudu iha Figura Suplementár 1. Tabela Suplementár 2 aprezenta enerjia formasaun defeitu hafoin injesaun LOS. Ami hetan katak LOS la'ós de'it aumenta enerjia formasaun defeitu VI nian ho 0.69–1.53 eV (Figura 1d), maibé mós aumenta enerjia ativasaun I nian iha superfísie migrasaun no superfísie saída nian (Figura 1e). Iha etapa dahuluk, ion I sira halo migrasaun tuir superfísie perovskite nian, husik hela ion VI sira iha pozisaun rede ho barreira enerjétika 0.61 eV. Hafoin introdusaun LOS, tanba efeitu husi obstákulu estériku, enerjia ativasaun ba migrasaun husi ion I aumenta ba. 1.28 eV. Durante migrasaun husi ion I sira ne'ebé sai husi superfísie perovskite, barreira enerjia iha VOC mós aas liu duké iha amostra kontrolu (Fig. 1e). Diagrama eskemátiku sira hosi dalan migrasaun ion I nian iha kontrolu no LOS FAPbI3 hatudu iha Figura 1 f no g, respetivamente. Rezultadu simulasaun hatudu katak LOS bele inibi formasaun defeitu VI no volatilizasaun I, nune'e prevene nukleasaun tranzisaun faze α ba δ.
Reasaun entre ásidu oxáliku no FAPbI3 perovskite hetan teste. Hafoin kahur solusaun sira hosi ásidu oxáliku no FAPbI3, kuantidade boot ida hosi presipitadu mutin maka forma, hanesan hatudu iha Figura Suplementár 2. Produtu pó identifika hanesan material PbC2O4 ne'ebé moos uza difrasaun raiu-X (XRD) (Figura Suplementár 3) no espektroskopia infra-mean transforma Fourier (SIR) (Figura Suplementár 4). Ami hetan katak ásidu oxáliku soluvel tebes iha alkol isopropíliku (IPA) iha temperatura ambiente ho solubilidade maizumenus 18 mg/mL, hanesan hatudu iha Figura Suplementár 5. Ida-ne'e halo prosesamentu tuirmai sai fásil liu tanba IPA, hanesan solvente pasivasaun komún, la estraga kamada perovskite liu tempu badak 2019. Tanba ne'e, hodi hatama filme perovskite iha solusaun ásidu oxáliku ka halo spin-coating ba solusaun ásidu oxáliku iha perovskite, bele hetan lalais PbC2O4 ne'ebé mihis no densu iha filme perovskite nia superfísie tuir ekuasaun kímika tuirmai: H2C2O4 + FAPI3 = PbI3 + FAIO FAI bele disolve iha IPA no nune'e hasai durante tunu. LOS nia mahar bele kontrola hosi tempu reasaun no konsentrasaun prekursór.
Imajen sira hosi mikroskopia eletróniku (SEM) hosi filme perovskite kontrolu no LOS nian hatudu iha Figura 2a,b. Rezultadu sira hatudu katak morfolojia superfísie perovskite nian prezerva ho di'ak, no númeru boot ida hosi partikula ki'ik sira maka depozita iha superfísie batar nian, ne'ebé tenke reprezenta kamada PbC2O4 ne'ebé forma hosi reasaun in-situ. Filme perovskite LOS iha superfísie ne'ebé mos uitoan (Figura Suplementár 6) no ângulu kontaktu bee ne'ebé boot liu kompara ho filme kontrolu (Figura Suplementár 7). Mikroskopia eletróniku transmisaun transversál ho rezolusaun aas (HR-TEM) uza hodi distinge kamada superfísie produtu nian. Kompara ho filme kontrolu (Fig. 2c), kamada mihis ida ne'ebé uniforme no densu ho espessura besik 10 nm maka vizivel ho klaru iha LOS perovskite nia leten (Fig. 2d). Uza mikroskopia eletróniku eskaneamentu kampu nakukun anular ho ângulu aas (HAADF-STEM) hodi ezamina interfase entre PbC2O4 no FAPbI3, prezensa rejiaun kristalina sira FAPbI3 nian no rejiaun amorfu sira PbC2O4 nian bele observa ho klaru (Figura Suplementár 8). Kompozisaun superfísie perovskite nian hafoin tratamentu ho ásidu oxáliku karakteriza hosi sasukat sira espektroskopia fotoeletróniku raiu-X (XPS), hanesan hatudu iha Figura 2e–g. Iha Figura 2e, C 1s nia pontu aas sira besik 284.8 eV no 288.5 eV pertense ba sinál espesífiku CC no FA, respetivamente. Kompara ho membrana kontrolu, membrana LOS hatudu piku adisionál iha 289.2 eV, ne'ebé atribui ba C2O42-. Espektru O 1s husi perovskite LOS hatudu pontu aas O 1s tolu ne'ebé distintu kímikamente iha 531.7 eV, 532.5 eV, no 533.4 eV, ne'ebé koresponde ba COO deprotonadu, C=O husi grupu oxalatu intaktu 30 no átomo O husi komponente OH (Fig. 2). )). Ba amostra kontrolu, observa de'it pontu aas O 1s ki'ik ida, ne'ebé bele atribui ba oksijéniu ne'ebé absorve iha superfísie. Karakterístika membrana kontrolu nian husi Pb 4f7/2 no Pb 4f5/2 lokaliza iha 138.4 eV no 143.3 eV, respetivamente. Ami observa katak perovskite LOS hatudu mudansa ida hosi pontu aas Pb nian besik 0.15 eV ba enerjia ligasaun ne'ebé aas liu, ne'ebé indika interasaun ida ne'ebé maka'as liu entre átomo C2O42- no Pb (Fig. 2g).
a imajen SEM sira hosi kontrolu no b filme sira perovskite LOS nian, haree hosi leten. c Mikroskopia eletróniku transmisaun transversál ho rezolusaun aas (HR-TEM) hosi kontrolu no d Filme perovskite LOS. XPS ho rezolusaun aas husi filme perovskite e C 1s, f O 1s no g Pb 4f. Dadus fonte fornese iha forma arkivu dadus fonte.
Tuir rezultadu DFT, teorikamente prevee katak defeitu VI no migrasaun I fasilmente kauza tranzisaun faze husi α ba δ. Relatóriu anteriór sira hatudu katak I2 sai lalais hosi filme perovskite bazeia ba PC durante fotoimersaun hafoin espoin filme sira ba naroman no estrese termál31,32,33. Atu konfirma efeitu estabilizasaun husi oxalatu chumbo nian iha faze-α husi perovskita, ami mergulha filme perovskita kontrolu no LOS iha botir vidru transparente ne'ebé kontein toluenu, respetivamente, no hafoin ne'e irradia sira ho loro-matan 1 durante oras 24 nia laran. Ami sukat absorsaun husi naroman ultravioleta no vizivel (UV-Vis). ) solusaun toluene, hanesan hatudu iha Figura 3a. Kompara ho amostra kontrolu, intensidade absorsaun I2 ne'ebé ki'ik liu maka observa iha kazu LOS-perovskite, ne'ebé indika katak LOS kompaktu bele inibi libertasaun I2 hosi filme perovskite durante imersaun iha naroman. Fotografia sira hosi kontrolu tuan no filme perovskite LOS nian hatudu iha insertu sira hosi Figura 3b no c. Perovskite LOS nian sei metan nafatin, enkuantu maioria filme kontrolu nian sai mean ona. Espektru absorsaun UV-vizivel hosi filme ne'ebé mergulha hatudu iha Figs. 3b, c. Ami observa katak absorsaun ne'ebé koresponde ba α iha filme kontrolu nian tun ho klaru. Medisaun sira ho raiu-X hala'o ona hodi dokumenta evolusaun estrutura kristal nian. Hafoin oras 24 husi iluminasaun, perovskite kontrolu hatudu sinál δ-faze mean ne'ebé maka'as (11.8°), enkuantu perovskite LOS mantein nafatin faze metan ne'ebé di'ak (Figura 3d).
Espektru absorsaun UV-vizivel husi solusaun toluene iha ne'ebé filme kontrolu no filme LOS mergulha iha loro-matan 1 nia okos durante oras 24 nia laran. Inset hatudu frasku ida iha ne'ebé filme ida-idak mergulha iha volume toluene ne'ebé hanesan. b Espektru absorsaun UV-Vis husi filme kontrolu no c filme LOS antes no depois 24 h husi imersaun iha loro-matan 1 nia okos. Inset hatudu fotografia ida hosi filme teste nian. d Padraun difrasaun raiu-X husi filme kontrolu no LOS antes no depois 24 h husi espozisaun. Imajen SEM husi filme kontrolu e no filme f LOS hafoin oras 24 husi espozisaun. Dadus fonte fornese iha forma arkivu dadus fonte.
Ami hala'o sasukat sira ho mikroskopia eletróniku (SEM) hodi observa mudansa mikroestruturál sira hosi filme perovskite nian hafoin oras 24 hosi iluminasaun, hanesan hatudu iha Figura 3e,f. Iha filme kontrolu, batar-fuik boot sira hetan destruisaun no nakfilak ba daun ki'ik sira, ne'ebé koresponde ba morfolojia produtu faze-δ FAPbI3 (Fig. 3e). Ba filme LOS sira, perovskite nia batar sira iha kondisaun di'ak nafatin (Figura 3f). Rezultadu sira konfirma katak lakon I nian signifikativamente induz tranzisaun hosi faze metan ba faze mean, enkuantu PbC2O4 estabiliza faze metan, hodi prevene lakon I. Tanba densidade vaga iha superfísie aas liu duké iha batar nia volume,34 faze ida-ne'e iha posibilidade boot liu atu akontese iha superfísie batar nian. hasai iodu iha tempu hanesan no forma VI. Hanesan prevee ona hosi DFT, LOS bele inibi formasaun hosi defeitu VI no prevene migrasaun hosi ion I sira ba superfísie perovskite nian.
Adisionalmente, efeitu husi kamada PbC2O4 iha rezisténsia ba umidade husi filme perovskite iha ar atmosfériku (umidade relativa 30-60%) estuda ona. Hanesan hatudu iha Figura Suplementár 9, LOS perovskite sei metan nafatin hafoin loron 12, enkuantu filme kontrolu sai mean. Iha medisaun XRD, filme kontrolu hatudu piku maka'as iha 11.8° ne'ebé koresponde ba faze δ FAPbI3 nian, enkuantu perovskite LOS mantein faze α metan ho di'ak (Figura Suplementár 10).
Fotoluminesénsia estadu-estavel (PL) no fotoluminesénsia ho tempu ne'ebé rezolve iha tempu (TRPL) uza hodi estuda efeitu pasivasaun hosi oxalatu chumbo nian iha superfísie perovskita nian. Iha Fig. Figura 4a hatudu katak filme LOS aumenta ona intensidade PL. Iha imajen mapeamentu PL, intensidade filme LOS nian iha área tomak 10 × 10 μm2 aas liu duké filme kontrolu nian (Figura Suplementár 11), ne'ebé indika katak PbC2O4 uniformemente pasiva filme perovskite. Vida portadór nian determina liuhosi aprosimasaun ba decaimentu TRPL ho funsaun esponensiál ida de'it (Fig. 4b). Vida portadora husi filme LOS maka 5.2 μs, ne'ebé maka naruk liu duké filme kontrolu ho vida portadora 0.9 μs, ne'ebé indika katak iha redusaun ba rekombinasaun la'ós radiativa iha superfísie.
PL estadu-estavel no espektru b husi PL temporáriu husi filme perovskite iha substratu vidru. c Kurva SP husi dispozitivu (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au). d Espektru EQE no espektru Jsc EQE integradu husi dispozitivu ne'ebé efisiente liu. d Dependénsia husi intensidade naroman husi dispozitivu perovskite ida iha diagrama Voc. f Análize MKRC típiku uza dispozitivu kuak moos ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au. VTFL maka tensaun másimu ba prenxe armadilha. Husi dadus sira-ne'e ami kalkula densidade armadilha (Nt). Dadus fonte fornese iha forma arkivu dadus fonte.
Atu estuda efeitu husi kamada oxalatu chumbo nian iha dezempeñu dispozitivu nian, uza estrutura kontaktu tradisionál FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au. Ami uza kloridu formamidina (FACl) hanesan aditivu ba prekursór perovskite envezde kloridu metilamina (MACl) hodi atinji dezempeñu dispozitivu ne'ebé di'ak liu, tanba FACl bele fornese kualidade kristal ne'ebé di'ak liu no evita lakuna banda FAPbI335 nian (haree Figura Suplementár 1 no 2 ba komparasaun detallu). ). 12-14). IPA hili hanesan antisolvente tanba ida-ne'e fornese kualidade kristal ne'ebé di'ak liu no orientasaun preferidu iha filme perovskite kompara ho éter dietil (DE) ka klorobenzenu (CB)36 (Figura Suplementár 15 no 16). PbC2O4 nia mahar hetan optimizasaun ho kuidadu atu halo balansu di'ak ba pasivasaun defeitu no transporte karga liuhosi ajusta konsentrasaun ásidu oxáliku (Figura Suplementár 17). Imajen SEM transversál sira hosi dispozitivu kontrolu no LOS ne'ebé optimizadu hatudu iha Figura Suplementár 18. Kurva densidade korrente (CD) típiku ba dispozitivu kontrolu no LOS hatudu iha Figura 4c, no parámetru sira ne'ebé hasai fó iha Tabela Suplementár 3. Kontrolu sira ho efisiénsia konversaun enerjia másimu (PCE) (34% JC, 24%, 24% J.C.). 25.75 mA cm-2 (25.74 mA cm-2), Voc 1.16 V (1.16 V) no reverse (forward) scan. Fatór prenxe (FF) maka 78.40% (76.69%). Másimu PCE LOS PSC maka 25.39% (24.79%), Jsc maka 25.77 mA cm-2, Voc maka 1.18 V, FF maka 83.50% (81.52%) husi kotuk (forward Scan to). Dispozitivu LOS atinji dezempeñu fotovoltaiku sertifikadu 24.92% iha laboratóriu fotovoltaiku terseiru ne'ebé fiar (Figura Suplementár 19). Efisiénsia kuántika esterna (EQE) fó Jsc integradu ida ho 24.90 mA cm-2 (kontrolu) no 25.18 mA cm-2 (LOS PSC), respetivamente, ne'ebé iha akordu di'ak ho Jsc ne'ebé sukat iha espektru padraun AM 1.5 G (Fig. .4d). ) . Distribuisaun estatístika husi PCEs ne'ebé sukat ba PSCs kontrolu no LOS hatudu iha Figura Suplementár 20.
Hanesan hatudu iha Figura 4e, relasaun entre Voc no intensidade naroman nian kalkula ona hodi estuda efeitu PbC2O4 nian iha rekombinasaun superfísie ne'ebé hetan asisténsia hosi armadilha. Inklinasaun husi liña ne'ebé monta ba dispozitivu LOS maka 1.16 kBT/sq, ne'ebé ki'ik liu duké inklinasaun husi liña ne'ebé monta ba dispozitivu kontrolu (1.31 kBT/sq), konfirma katak LOS útil atu inibi rekombinasaun superfísie husi decoys. Ami uza teknolojia limitasaun korrente karga espasu (SCLC) hodi sukat kuantitativamente densidade defeitu hosi filme perovskite ida liuhosi sukat karakterístika IV nakukun hosi dispozitivu kuak ida (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) hanesan hatudu iha figura. 4f Hatudu. Densidade armadilha nian kalkula ho fórmula Nt = 2ε0εVTFL/eL2, iha ne'ebé ε maka konstante dielétriku relativu hosi filme perovskite, ε0 maka konstante dielétriku hosi vákuu, VTFL maka tensaun limitante ba enxe armadilha, e maka karga, L maka espessura hosi filme perovskite (6 nom50). Densidade defeitu husi dispozitivu VOC kalkula ba 1.450 × 1015 cm–3, ne'ebé ki'ik liu duké densidade defeitu husi dispozitivu kontrolu, ne'ebé maka 1.795 × 1015 cm–3.
Dispozitivu ne'ebé la embaladu koko iha pontu enerjia másimu (MPP) iha loron-matan tomak iha nitrojéniu nia okos hodi ezamina nia estabilidade dezempeñu ba tempu naruk (Figura 5a). Hafoin oras 550, dispozitivu LOS mantein nafatin 92% hosi nia efisiénsia másimu, enkuantu dispozitivu kontrolu nia dezempeñu tun ba 60% hosi nia dezempeñu orijinál. Distribuisaun elementu sira iha dispozitivu tuan sukat liuhosi espektrometria massa ion sekundária tempu-semo nian (ToF-SIMS) (Fig. 5b, c). Akumulasaun boot ida hosi iodu bele haree iha área kontrolu osan-mean nian iha leten. Kondisaun sira protesaun gás inerte nian esklui fatór sira ne'ebé estraga ambiente hanesan umidade no oksijéniu, sujere katak mekanizmu internu sira (ezemplu, migrasaun ion nian) maka responsavel. Tuir rezultadu ToF-SIMS, ion I- no AuI2- hetan detekta iha eletrodu Au, ne'ebé indika difuzaun I husi perovskite ba Au. Intensidade sinál husi ion I- no AuI2- iha dispozitivu kontrolu nian maka maizumenus dala 10 aas liu duké amostra VOC nian. Relatóriu anteriór sira hatudu ona katak permeasaun ion nian bele hamosu diminuisaun lalais iha kondutividade kuak nian hosi spiro-OMeTAD no korozaun kímika hosi kamada eletrodu superiór, nune'e estraga kontaktu interfasiál iha dispozitivu37,38. Eletrodu Au hasai tiha no kamada spiro-OMeTAD hamoos hosi substratu ho solusaun klorobenzenu. Hafoin ne'e ami karakteriza filme uza difrasaun raiu-X insidénsia pastu nian (GIXRD) (Figura 5d). Rezultadu sira hatudu katak filme kontrolu iha piku difrasaun ne'ebé klaru iha 11.8°, enkuantu laiha piku difrasaun foun ne'ebé mosu iha amostra LOS. Rezultadu sira hatudu katak lakon boot sira hosi ion I iha filme kontrolu nian lori ba jerasaun hosi faze δ, enkuantu iha filme LOS prosesu ida-ne'e hetan inibisaun ho klaru.
575 oras husi akompañamentu MPP kontínuu husi dispozitivu ida ne'ebé la taka metin iha atmosfera nitrojéniu no loro-matan 1 lahó filtru UV. Distribuisaun ToF-SIMS husi ion b I- no c AuI2- iha dispozitivu kontrolu LOS MPP no dispozitivu envelhesimentu. Kór mean, verde no laranja koresponde ba Au, Spiro-OMeTAD no perovskite. d GIXRD husi filme perovskite hafoin teste MPP. Dadus fonte fornese iha forma arkivu dadus fonte.
Kondutividade dependente ba temperatura sukat ona hodi konfirma katak PbC2O4 bele inibi migrasaun ion (Figura Suplementár 21). Enerjia ativasaun (Ea) husi migrasaun ion nian determina liuhosi sukat mudansa iha kondutividade (σ) husi filme FAPbI3 iha temperatura oioin (T) no uza relasaun Nernst-Einstein: σT = σ0exp(−Ea/kBT), iha ne'ebé σ0 maka konstante, kB maka konstante Boltzman. Ita hetan valór Ea husi inklinasaun ln(σT) versus 1/T, ne'ebé maka 0.283 eV ba kontrolu no 0.419 eV ba dispozitivu LOS.
Iha sumáriu, ami fornese enkuadramentu teóriku ida atu identifika dalan degradasaun FAPbI3 perovskite no influénsia husi defeitu oioin iha barreira enerjétika husi tranzisaun faze α-δ. Entre defeitu sira-ne'e, defeitu VI sira teorikamente prevee atu kauza ho fasil tranzisaun faze ida hosi α ba δ. Kamada densa PbC2O4 ne'ebé la rezolve iha bee no kímikamente estável maka introdús atu estabiliza faze α FAPbI3 nian hodi inibi formasaun vaga I no migrasaun ion I. Estratéjia ida-ne'e signifikativamente hamenus rekombinasaun la'ós-radiativa interfasiál, aumenta efisiénsia sélula solar nian ba 25.39%, no hadi'a estabilidade operasionál. Ami nia rezultadu sira fornese orientasaun atu atinji PSCs formamidina ne'ebé efisiente no estável liuhosi inibisaun tranzisaun faze α ba δ ne'ebé induzidu hosi defeitu.
Titanium(IV) isopropoxide (TTIP, 99.999%) sosa hosi Sigma-Aldrich. Ásidu klorídriku (HCl, 35.0–37.0%) no etanol (anidru) sosa hosi Indústria Kímika Guangzhou. SnO2 (15 wt% tin(IV) oxide colloidal dispersion) sosa hosi Alfa Aesar. Lead(II) iodide (PbI2, 99.99%) sosa hosi TCI Shanghai (Xina). Formamidine iodide (FAI, ≥99.5%), formamidine chloride (FACl, ≥99.5%), methylamine hydrochloride (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%) sosa hosi Xi'an Polymer Light Technology Company (Xina). N,N-dimethylformamide (DMF, 99.8%), dimethyl sulfoxide (DMSO, 99.9%), isopropyl alcohol (IPA, 99.8%), chlorobenzene (CB, 99.8%), acetonitrile (ACN). Sosa hosi Sigma-Aldrich. Ásidu oxáliku (H2C2O4, 99.9%) sosa hosi Macklin. Kímiku hotu-hotu uza hanesan simu ona lahó modifikasaun sira seluk.
Substratu ITO ka FTO (1.5 × 1.5 cm2) hamoos ho ultrasoniku ho deterjente, asetona, no etanol durante minutu 10, respetivamente, no hafoin maran iha mota nitrojéniu nia okos. Kamada barreira TiO2 ne'ebé maka'as depozita iha substratu FTO uza solusaun titanium diisopropoxybis(acetylacetonate) iha etanol (1/25, v/v) ne'ebé depozita iha 500 °C durante minutu 60. Dispersaun koloidál SnO2 diluídu ho bee deionizadu iha proporsaun volume 1:5. Iha substratu moos ne'ebé trata ho ozonu UV durante minutu 20, filme mihis ida hosi nanopartikula SnO2 nian depozita iha 4000 rpm durante segundu 30 no hafoin ne'e manas iha 150 °C durante minutu 30. Ba solusaun prekursór perovskite, 275.2 mg FAI, 737.6 mg PbI2 no FACl (20 mol%) disolve iha solvente misturadu DMF/DMSO (15/1). Kamada perovskite nian prepara liuhosi sentrifugasaun 40 μL hosi solusaun prekursór perovskite nian iha leten hosi kamada SnO2 ne'ebé trata ho UV-ozone iha 5000 rpm iha ar ambiente durante 25 s. Segundu 5 hafoin tempu ikus, 50 μL husi solusaun MACl IPA (4 mg/mL) soe lalais ba substratu hanesan antisolvente. Hafoin, filme sira ne'ebé foin prepara hetan anneal iha 150°C durante minutu 20 no depois iha 100°C durante minutu 10. Hafoin halo malirin filme perovskite ba temperatura ambiente, solusaun H2C2O4 (1, 2, 4 mg disolve iha 1 mL IPA) hetan sentrifugasaun iha 4000 rpm durante 30 s hodi pasiva superfísie perovskite. Solusaun spiro-OMeTAD ida ne'ebé prepara liuhosi kahur 72.3 mg spiro-OMeTAD, 1 ml CB, 27 μl tBP no 17.5 μl Li-TFSI (520 mg iha 1 ml asetonitrilu) hetan spin-coated ba filme iha 4000 rpm iha 300 spin. Ikus liu, kamada Au ho mahar 100 nm evapora iha vákuu ho taxa 0.05 nm/s (0~1 nm), 0.1 nm/s (2~15 nm) no 0.5 nm/s (16~100 nm). ).
Dezempeñu SC husi sélula solar perovskite nian sukat uza metru Keithley 2400 iha iluminasaun simuladór solar (SS-X50) ho intensidade naroman 100 mW/cm2 no verifika uza sélula solar silikon padraun ne'ebé kalibradu. Salvu hateten oin seluk, kurva SP sira sukat iha kaixa luvas ne'ebé nakonu ho nitrojéniu iha temperatura ambiente (~25°C) iha modo eskaneamentu ba oin no ba kotuk (etapa tensaun 20 mV, tempu atrazu 10 ms). Máskara sombra ida uza hodi determina área efetivu 0.067 cm2 ba PSC ne'ebé sukat. Medida sira EQE nian hala'o iha ar ambiente uza sistema PVE300-IVT210 (Industrial Vision Technology(s) Pte Ltd) ho naroman monokromátiku ne'ebé foka ba dispozitivu. Ba estabilidade dispozitivu nian, teste ba sélula solar sira ne'ebé la enkapsuladu hala'o iha kaixa luvas nitrojéniu nian ho presaun 100 mW/cm2 lahó filtru UV. ToF-SIMS sukat uza PHI nanoTOFII time-of-flight SIMS. Perfil profundidade hetan uza kilat ion Ar 4 kV ho área 400×400 μm.
Medida sira ho espektroskopia fotoeletróniku raiu-X (XPS) hala'o iha sistema Sientífiku Thermo-VG (ESCALAB 250) uza Al Kα monokromatizadu (ba modo XPS) ho presaun 5.0 × 10–7 Pa. Mikroskopia eletróniku eskaneamentu (SEM) hala'o iha sistema JESM-JOL-3030. Morfolojia superfísie no rugosidade hosi filme perovskite sira sukat uza mikroskopia forsa atómika (AFM) (Bruker Dimension FastScan). STEM no HAADF-STEM hala'o iha FEI Titan Themis STEM. Espektru absorsaun UV-Vis sukat uza UV-3600Plus (Shimadzu Corporation). Korrente limitasaun karga espasu (SCLC) rejista iha metru Keithley 2400. Fotoluminesénsia estadu estasionáriu (PL) no fotoluminesénsia ho tempu ne'ebé rezolve (TRPL) hosi decaimentu vida portadora nian sukat uza espektrómetru fotoluminesénsia FLS 1000. Imajen sira mapeamentu PL nian sukat uza sistema Horiba LabRam Raman HR Evolution. Espektroskopia infra-mean ho transformasaun Fourier (FTIR) hala'o uza sistema Thermo-Fisher Nicolet NXR 9650.
Iha serbisu ida-ne'e, ami uza métodu amostrajen dalan SSW nian hodi estuda dalan tranzisaun faze nian hosi α-faze ba δ-faze. Iha métodu SSW, movimentu hosi superfísie enerjia potensiál nian determina hosi diresaun hosi modo soft aleatóriu (derivadu daruak), ne'ebé permite estudu ida ne'ebé detallu no objetivu hosi superfísie enerjia potensiál nian. Iha serbisu ida-ne'e, amostrajen dalan nian hala'o iha supersélula ho átomo 72, no liu par estadu inisiál/finál (IS/FS) 100 maka halibur iha nivel DFT. Bazeia ba konjuntu dadus par IS/FS, dalan ne'ebé liga estrutura inisiál no estrutura finál bele determina ho korespondénsia entre átomo sira, no depois movimentu rua tuir superfísie unidade variável nian uza hodi determina ho suave métodu estadu tranzisaun nian. (VK-DESV). Hafoin buka estadu tranzisaun, dalan ho barreira ki'ik liu bele determina liuhosi klasifikasaun barreira enerjétiku sira.
Kálkulu DFT hotu-hotu hala'o uza VASP (versaun 5.3.5), iha ne'ebé interasaun eletrón-ion husi átomo C, N, H, Pb, no I reprezenta husi eskema projetadu onda amplifikadu (PAW). Funsaun korelasaun troka nian deskreve hosi aprosimasaun gradiente jeneralizadu iha parametrizasaun Perdue-Burke-Ernzerhoff. Limite enerjia ba onda planu sira maka tau ba 400 eV. Grid k-point Monkhorst-Pack iha medida (2 × 2 × 1). Ba estrutura hotu-hotu, pozisaun retikuladu no atómiku sira hetan optimizasaun tomak to'o komponente tensaun másimu iha kraik 0.1 GPa no komponente forsa másimu iha kraik 0.02 eV/Å. Iha modelu superfísie, superfísie FAPbI3 nian iha kamada 4, kamada kraik iha átomo fixu sira ne'ebé simula isin FAPbI3 nian, no kamada tolu leten bele movimenta livre durante prosesu optimizasaun. Kamada PbC2O4 ho mahar 1 ML no lokaliza iha superfísie I-terminal FAPbI3 nian, iha ne'ebé Pb liga ba 1 I no 4 O.
Atu hetan informasaun liután kona-ba dezeñu estudu nian, haree Rezumu Relatóriu Karteira Naturál nian ne'ebé asosiadu ho artigu ida-ne'e.
Dadus hotu-hotu ne'ebé hetan ka analiza durante estudu ida-ne'e inklui iha artigu ne'ebé publika ona, no mós iha informasaun apoiu no arkivu dadus brutu sira. Dadus brutu sira ne'ebé aprezenta iha estudu ida-ne'e disponivel iha https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440. Dadus fonte nian fornese ba artigu ida-ne'e.
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