mersi pou vizit Nature.com. versyon browser ki ou pe servi i annan en sipor CSS limite. Pour bann meyer rezilta, nou rekomande ki ou servi en versyon pli resan ou browser (oubyen tenny mod konpatibilite dan Internet Explorer). antretan, pou asir sipor kontinyel, nou pe montre sa sit san stil oubyen JavaScript.
pasivasyon defo in ganny servi bokou pou amelyor performans bann selil soler perovskite triyodid diplon, me lefe bann diferan defo lo stabilite α-faz i reste enklir; La, an servan teori fonksyonnel dansite, nou idantifye pour premye fwa semen degradasyon formamidine lead triyodide perovskite sorti α-faz ziska δ-faz e etidye lefe bann diferan defo lo baryer lenerzi tranzisyon faz. bann rezilta similasyon i predir ki bann vakans iod i pli probab pou koz degradasyon akoz zot sifizaman redwir baryer lenerzi pou tranzisyon faz α-δ e annan lenerzi formasyon pli ba lo sirfas perovskite. lentrodiksyon en kous danse oxalate diplon ki pa fonn dan delo lo sirfas perovskite i sifizaman anpes dekonpozisyon faz α, anpes migrasyon ek volatilizasyon iod. an plis, sa stratezi i redwir en kantite rekombinasyon non-radyasyon enterfasyal e ogmant lefikasite selil soler a 25.39% (sertifye 24.92%). sa laparey ki pa'n ganny anpakte i ankor kapab mentenir son lefikasite orizinal 92% apre ki in fonksyonn a en pouvwar maksimonm pou 550 erdtan anba iradyasyon mas ler 1.5 G.
lefikasite konversyon pouvwar (PCE) bann selil soler perovskite (PSCs) in ariv en rikord o sertifye 26%1. depi 2015, bann PSC modern in prefer formamidine triyodide perovskite (FAPbI3) koman en kous ki abzorb lalimyer akoz son stabilite termik ekselan e bandgap preferansyel pros avek limit Shockley-Keisser 2,3,4. malerezman, bann film FAPbI3 i termodinamikman sibir en tranzisyon faz sorti en faz α nwanr pour al dan en faz δ non-perovskite zonn a tanperatir lasanm5,6. pou anpes formasyon faz delta, diferan konpozisyon perovskite konpleks in ganny devlope. stratezi pli komen pou sirmont sa problenm se melanz FAPbI3 avek en konbinezon methyl ammonium (MA+), cesium (Cs+) ek bromide (Br-) ions7,8,9. Sepandan, bann perovskite ibrid i soufer avek elarzisman bandgap e separasyon faz par foto, ki konpromet performans e stabilite operasyonnel bann PSC ki rezilta10,11,12.
bann letid resan in montre ki FAPbI3 pir avek en sel kristal san okenn dopaz i annan en stabilite ekselan akoz son kristalinite ekselan e son bann defo ba13,14. Alor, redwir bann defo par ogmant kristalinite FAPbI3 an gro i en stratezi enportan pou atenn PSCs2 efikas e stab,15. Sepandan, pandan loperasyon FAPbI3 PSC, degradasyon dan faz non-perovskite zonn endezirab i ankor kapab arive16. sa prosesis i normalman komans lo bann sirfas ek balizaz lagrenn ki pli sansib a delo, lasaler ek lalimyer akoz prezans plizyer landrwa defektye17. Alor, pasivasyon sirfas/gren i neseser pou stabiliz faz nwanr FAPbI318. bokou stratezi pasivasyon defo, enkli lentrodiksyon bann perovskite ba-dimansyonnel, bann molekil asid-baz Lewis, e bann disel alogen ammonium, in fer gran progre dan formamidine PSCs19,20,21,22. ziska ozordi, preski tou letid in konsantre lo rol bann diferan defo dan determin bann propriyete optoelektronik tel ki rekombinasyon porter, longer difizyon e striktir band dan bann selil soler22,23,24. Par egzanp, teori fonksyonnel dansite (DFT) i ganny servi pou teorikman predir bann lenerzi formasyon e nivo lenerzi antrap bann diferan defo, ki ganny servi bokou pou gid konsepsyon pasivasyon pratik20,25,26. anmezir ki lakantite defo i diminyen, stabilite sa laparey i normalman amelyore. Sepandan, dan bann PSC formamidine, bann mekanizm lenfliyans bann diferan defo lo stabilite faz e bann propriyete fotoelektrik i devret konpletman diferan. dapre nou konnesans, konprenezon fondamantal lo ki mannyer bann defo i ensit tranzisyon faz kib a egzagonal (α-δ) e rol pasivasyon sirfas lo stabilite faz α-FAPbI3 perovskite i ankor mal konpran.
La, nou revel semen degradasyon FAPbI3 perovskite sorti dan α-faz nwanr ziska δ-faz zonn e lenfliyans bann diferan defo lo baryer lenerzi tranzisyon α-a-δ-faz atraver DFT. bann vakans I, ki fasilman ganny zenere pandan fabrikasyon film e loperasyon laparey, i prevwar pou annan plis sans inisye tranzisyon faz α-δ. Alor, nou ti entrodwir en kous oxalate diplon (PbC2O4) ki pa fonn dan delo e stab simikman lo FAPbI3 atraver en reaksyon in situ. sirfas oxalate diplon (LOS) i anpes formasyon bann I vacancy e anpes migrasyon bann I ion ler i ganny stimile par lasaler, lalimyer, ek bann laplenn elektrik. LOS ki rezilta i redwir en kantite rekombinasyon non-radyasyon enterfasyal e amelyor lefikasite FAPbI3 PSC a 25.39% (sertifye a 24.92%). sa laparey LOS ki pa'n ganny anbale in retenir 92% son lefikasite orizinal apre ki in fonksyonn lo pwen pouvwar maksimonm (MPP) pour plis ki 550 erdtan a en mas ler simule (AM) 1.5 G radyasyon.
nou ti premyerman fer bann kalkil ab initio pou trouv semen dekonpozisyon FAPbI3 perovskite pou fer tranzisyon sorti dan faz α pou al dan faz δ. atraver en prosesis transformasyon faz detaye, in ganny trouve ki transformasyon sorti en oktaedron trwa dimansyonnel ki partaz kwen [PbI6] dan faz α kib FAPbI3 pour al dan en oktaedron partaz bor en dimansyonnel [PbI6] dan faz δ egzagonal FAPbI3 i ganny akonplir. kase 9. Pb-I i form en lyezon dan premye letap (Int-1), e son baryer lenerzi i ariv 0.62 eV/selil, parey i ganny montre dan Fig 1a. ler sa oktaedr i ganny bouze dan direksyon [0\(\bar{1}\)1], sa lasenn kourt egzagonal i agrandi sorti 1×1 ziska 1×3, 1×4 e finalman i antre dan faz δ. Rapor oryantasyon sa semen antye i (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ. apartir dyagram distribisyon lenerzi, i kapab ganny trouve ki apre nikleasyon faz δ FAPbI3 dan bann staz swivan, baryer lenerzi i pli ba ki sa tranzisyon faz α, ki vedir ki tranzisyon faz pou ganny akselere. klerman, premye letap kontrol tranzisyon faz i kritik si nou anvi siprimen degradasyon α-faz.
en prosesis transformasyon faz sorti gos a drwat – faz FAPbI3 nwanr (α-faz), premye Pb-I bond cleavage (Int-1) e plis Pb-I bond cleavage (Int-2, Int -3 ek Int -4) e faz zonn FAPbI3 (faz delta). b bann baryer lenerzi dan tranzisyon faz α a δ FAPbI3 baze lo diferan defo pwen intrinsek. sa laliny pwentiye i montre baryer lenerzi en kristal ideal (0.62 eV). c lenerzi formasyon bann defo pwen primer lo sirfas perovskite diplon. laks absis i baryer lenerzi tranzisyon faz α-δ, e laks ordinate i lenerzi formasyon defo. bann parti ki'n ganny lonbraz an gri, zonn ek ver i tip I (ba EB-o FE), tip II (o FE) e tip III (ba EB-ba FE), respektivman. d Lenerzi formasyon bann defo VI ek LOS FAPbI3 dan kontrol. e I baryer pou migrasyon ion dan kontrol e LOS FAPbI3. f – reprezantasyon skematik migrasyon bann ion I (sfer oranz) e gLOS FAPbI3 (gri, diplon; vyolet (oranz), iod (yod mobil)) dan kontrol gf (gos: vi anler; drwat: seksyon transversal, maron); karbonn; ble kler – azot; rouz – loksizenn; roz kler – idwozenn). lenformasyon sours i ganny donnen dan laform bann dosye lenformasyon sours.
Nou ti apre sistematikman etidye lenfliyans bann diferan defo pwen intrinsek (enkli PbFA, IFA, PbI, e lokipasyon antisit IPb; Pbi ek Ii bann atomik enterstisyel; e bann vakans VI, VFA, ek VPb), ki ganny konsidere koman bann fakter kle. ki koz degradasyon faz nivo atomik ek lenerzi i ganny montre dan Fig 1b e latab Siplemanter 1. I enteresan note ki pa tou defo ki redwir baryer lenerzi dan tranzisyon faz α-δ (Figure 1b). nou krwar ki bann defo ki annan tou le de lenerzi formasyon ba e bann baryer lenerzi tranzisyon faz α-δ pli ba i ganny konsidere koman detrimantal pou stabilite faz. parey in ganny raporte oparavan, bann sirfas ris an diplon i zeneralman ganny konsidere koman efektiv pou formamidine PSC27. Alor, nou konsantre lo sirfas PbI2-terminated (100) anba bann kondisyon ris an diplon. lenerzi formasyon defo bann defo pwen intrinsek sirfas i ganny montre dan figir 1c e latab siplemanter 1. baze lo baryer lenerzi (EB) e lenerzi formasyon tranzisyon faz (FE), sa bann defo i ganny klasifye an trwa kalite. Kalite I (ba EB-o FE): Menm si IPb, VFA ek VPb i redwir baryer lenerzi dan tranzisyon faz, zot annan bann lenerzi formasyon o. Alor, nou krwar ki sa bann kalite defo i annan en lenpak limite lo bann tranzisyon faz vi ki zot rarman ganny formen. Tip II (o EB): Akoz baryer lenerzi tranzisyon faz α-δ amelyore, bann defo anti-sit PbI, IFA ek PbFA pa andomaz stabilite faz α-FAPbI3 perovskite. Tip III (EB ba-FE ba): bann defo VI, Ii ek Pbi avek bann lenerzi formasyon relativman ba i kapab koz degradasyon faz nwanr. sirtou an vi FE ek EB VI pli ba, nou krwar ki stratezi pli efektiv se pou redwir bann vakans I.
pou redwir VI, nou'n devlop en kous danse PbC2O4 pou amelyor sirfas FAPbI3. Konpare avek bann pasivater disel halide organik tel ki phenylethylammonium iodide (PEAI) ek n-octylammonium iodide (OAI), PbC2O4, ki napa okenn ion alozenn mobil, i stab simikman, ensolib dan delo, e i fasilman dezaktive ler i ganny stimilye. bon stabilizasyon limidite sirfas ek laplenn elektrik perovskite. solubilite PbC2O4 dan delo i selman 0.00065 g/L, ki menm pli ba ki pour PbSO428. pli enportan, bann kous danse e iniform LOS i kapab ganny prepare dousman lo bann film perovskite an servan bann reaksyon in situ (vwar anba). Nou ti fer bann similasyon DFT lo lyezon enterfasyal ant FAPbI3 ek PbC2O4 parey i ganny montre dan Fig 1 Siplemanter. Latab Siplemanter 2 i prezant lenerzi formasyon defo apre linjeksyon LOS. nou'n trouve ki LOS pa zis ogmant lenerzi formasyon bann defo VI par 0.69-1.53 ​​eV (Figure 1d), me i osi ogmant lenerzi aktivasyon I lo sirfas migrasyon e sirfas sorti (Figure 1e). dan premye staz, bann ion I i migre lo sirfas perovskite, e kit bann ion VI dan en pozisyon latis avek en baryer lenerzi 0.61 eV. apre lentrodiksyon LOS, akoz lefe lobstak sterik, lenerzi aktivasyon pou migrasyon bann ion I i ogmante. 1.28 eV. pandan migrasyon bann ion I ki kit sirfas perovskite, baryer lenerzi dan VOC i osi pli o ki dan lesantiyon kontrol (Fig. 1e). bann dyagram skematik bann semen migrasyon ion I dan kontrol e LOS FAPbI3 i ganny montre dan Fig 1 f ek g, respektivman. bann rezilta similasyon i montre ki LOS i kapab anpes formasyon bann defo VI e volatilizasyon I, e alor anpes nikleyasyon tranzisyon faz α a δ.
reaksyon ant lasid oxalik ek FAPbI3 perovskite ti ganny teste. Apre melanz bann solisyon asid oxalik ek FAPbI3, en gran kantite presipitasyon blan ti ganny formen, parey i ganny montre dan Fig 2 Siplemanter. Prodwi lapoud ti ganny idantifye koman materyo PbC2O4 pir an servan difraksyon X-ray (XRD) (Figure Siplemanter 3) e spektroskopi infrarouz transform Fourier (SIR) (Figure Siplemanter 4). nou'n trouve ki lasid oxalik i tre solib dan lalkol isopropil (IPA) a tanperatir lasanm avek en solubilite apepre 18 mg/mL, parey i ganny montre dan figir siplemanter 5. sa i fer prosesis pli fasil vi ki IPA, koman en solvan pasivasyon komen, pa andomaz kous perovskite apre en pti pe letan. Alor, par plonz sa film perovskite dan solisyon asid oxalic oubyen spin-coating sa solisyon asid oxalic lo sa perovskite, PbC2O4 mens e danse i kapab ganny obtenir vitman lo sirfas sa film perovskite dapre sa ekwasyon simik swivan: H2C2O4 + FAPI3 = PbI3 + FAIO4 FAI i kapab ganny fonn dan IPA e alor ganny retire pandan kwi manze. lepeser LOS i kapab ganny kontrole par letan reaksyon e konsantrasyon prekurser.
bann zimaz mikroskopi elektronik (SEM) bann film kontrol ek LOS perovskite i ganny montre dan bann figir 2a,b. bann rezilta i montre ki morfolozi sirfas perovskite i byen prezerve, e en gran nonm partikil i ganny depoze lo sirfas lagrenn, ki devret reprezant en kous PbC2O4 formen par reaksyon in-situ. film perovskite LOS i annan en sirfas enpe pli dous (Figure Siplemanter 6) e en pli gran ang kontak delo konpare avek film kontrol (Figure Siplemanter 7). Mikroskopi elektron transversal o rezolisyon (HR-TEM) ti ganny servi pou fer distenksyon ant kous sirfas sa prodwi. Konpare avek film kontrol (Fig. 2c), en kous mens iniform e danse avek en lepeser apepre 10 nm i klerman vizib lo perovskite LOS (Fig. 2d). An servan mikroskopi elektron skann dan domenn nwanr aniler o-ang (HAADF-STEM) pou egzamin lenterfas ant PbC2O4 ek FAPbI3, prezans bann rezyon kristalin FAPbI3 ek bann rezyon amorf PbC2O4 i kapab ganny obzerve klerman (Figure Siplemanter 8). Konpozisyon sirfas perovskite apre tretman asid oksalik ti ganny karakterize par bann mezir spektroskopi fotoelektron X-ray (XPS), parey i ganny montre dan bann figir 2e-g. dan figir 2e, bann pik C 1s otour 284.8 eV ek 288.5 eV i apartenir a bann sinyal spesifik CC ek FA, respektivman. konpare avek manbràn kontrol, manbràn LOS ti egzibit en pik adisyonnel a 289.2 eV, atribiye avek C2O42-. Spektrom O 1s LOS perovskite i egzibit trwa pik O 1s simikman distink a 531.7 eV, 532.5 eV, e 533.4 eV, ki koresponn avek COO deprotonated, C=O bann group oxalate entak 30 e bann atom O dan konponan OH (Fig. 2 ). )). Pour sa lesantiyon kontrol, zis en pti pik O 1s ki ti ganny obzerve, ki kapab ganny atribiye avek loksizenn ki ti ganny absorbe lo sirfas. bann karakteristik manbràn kontrol Pb 4f7/2 ek Pb 4f5/2 i trouve a 138.4 eV ek 143.3 eV, respektivman. nou'n obzerve ki LOS perovskite i egzibit en shift dan pik Pb apepre 0.15 eV ver en lenerzi atasman pli o, ki endike en enteraksyon pli for ant bann atom C2O42- ek Pb (Fig. 2g).
a bann zimaz SEM kontrol e b bann film perovskite LOS, vi anler. c Mikroskopi elektron transmisyon transversal o rezolisyon (HR-TEM) kontrol e d bann film perovskite LOS. XPS o rezolisyon e C 1s, f O 1s e g Pb 4f perovskite films. lenformasyon sours i ganny donnen dan laform bann dosye lenformasyon sours.
dapre rezilta DFT, i teorikman prevwar ki bann defo VI ek migrasyon I i fasilman koz tranzisyon faz sorti α pour al δ. bann rapor presedan in montre ki I2 i ganny large rapidman sorti dan bann film perovskite baze lo PC pandan fotoimersyon apre ki in ekspoz bann film avek lalimyer ek stres termik31,32,33. pou konfirm lefe stabilizasyon oxalate diplon lo faz α perovskite, nou ti plonz bann film perovskite kontrol ek LOS dan bann boutey an ver transparan ki ti annan toluene, respektivman, e apre iradye zot avek 1 lalimyer soley pou 24 erdtan. nou ti mezir abzorbsyon lalimyer ultraviolet ek vizib (UV-Vis). ) solisyon toluene, parey i ganny montre dan Fig 3a. Konpare avek lesantiyon kontrol, lentansite abzorbsyon I2 bokou pli ba ti ganny obzerve dan ka LOS-perovskite, ki endike ki LOS konpak i kapab anpes large I2 sorti dan film perovskite pandan imersyon dan lalimyer. bann portre bann film kontrol aze ek LOS perovskite i ganny montre dan bann inset dan bann figir 3b ek c. perovskite LOS i ankor nwanr, anmenmtan ki laplipar film kontrol in vin zonn. bann spektr abzorbsyon UV-vizib sa film plonze i ganny montre dan bann Fig. 3b, c. nou ti obzerve ki abzorbsyon korespondan avek α dan film kontrol ti klerman diminyen. bann mezir X-ray ti ganny fer pou dokimant levolisyon striktir kristal. Apre 24 erdtan iliminasyon, perovskite kontrol ti montre en sinyal δ-faz zonn for (11.8°), tandis ki perovskite LOS ti ankor mentenir en bon faz nwanr (Figure 3d).
bann spektr abzorbsyon UV-vizib bann solisyon toluene dan lekel film kontrol ek film LOS ti ganny plonze anba 1 lalimyer soley pou 24 erdtan. sa inset i montre en flakon dan lekel sak film ti ganny plonze dan en volim egal toluene. b Spektra abzorbsyon UV-Vis dan film kontrol e c film LOS avan e apre 24 er imersyon anba 1 lalimyer soley. sa inset i montre en portre sa film tes. d bann patern difraksyon X-ray bann film kontrol ek LOS avan e apre 24 erdtan ekspoze. zimaz SEM lo film kontrol e ek film f LOS apre 24 erdtan ekspoze. lenformasyon sours i ganny donnen dan laform bann dosye lenformasyon sours.
nou ti fer bann mezir mikroskopi elektronik (SEM) pou obzerv bann sanzman mikrostriktirel dan film perovskite apre 24 erdtan iliminasyon, parey i ganny montre dan bann figir 3e,f. dan film kontrol, bann gro lagrenn ti ganny detrir e transformen an bann pti zegwiy, ki ti koresponn avek morfolozi prodwi faz δ FAPbI3 (Fig. 3e). Pour bann film LOS, bann lagrenn perovskite i reste dan bon kondisyon (Figure 3f). bann rezilta in konfirmen ki pert I i sifizaman ensit tranzisyon sorti dan faz nwanr pour al dan faz zonn, tandis ki PbC2O4 i stabiliz faz nwanr, anpes pert I. Vi ki dansite vakans lo sirfas i bokou pli o ki dan groser lagrenn,34 sa faz i annan plis sans arive lo sirfas lagrenn. anmenmtan ki pe larg iod e form VI. parey in ganny prevwar par DFT, LOS i kapab anpes formasyon bann defo VI e anpes migrasyon bann ion I lo sirfas perovskite.
an plis, lefe sa kous PbC2O4 lo rezistans limidite bann film perovskite dan ler atmosferik (limidite relatif 30-60%) ti ganny etidye. parey i ganny montre dan figir siplemanter 9, perovskite LOS ti ankor nwanr apre 12 zour, anmenmtan ki film kontrol ti vin zonn. dan bann mezir XRD, film kontrol i montre en pik for a 11.8° ki koresponn avek faz δ FAPbI3, tandis ki perovskite LOS i retenir faz α nwanr byen (Figure Siplemanter 10).
fotoliminesans dan leta stasyonnel (PL) ek fotoliminesans rezourd dan letan (TRPL) ti ganny servi pou etidye lefe pasivasyon oxalate diplon lo sirfas perovskite. dan Fig. Fig 4a i montre ki film LOS in ogmant lentansite PL. dan zimaz maping PL, lentansite film LOS lo sa rezyon antye fi10 × 10 μm2 i pli o ki sa film kontrol (Figure Siplemanter 11), ki endike ki PbC2O4 i iniformman pasiv film perovskite. lavi porter i ganny determinen par aproksiman dekonpozisyon TRPL avek en sel fonksyon eksponansyel (Fig. 4b). lavi porter sa film LOS i 5.2 μs, ki bokou pli long ki sa film kontrol avek en lavi porter 0.9 μs, ki endike en rekombinasyon non-radyasyon sirfas redwir.
PL leta stasyoner ek b-spektra PL tanporer bann film perovskite lo bann sibstra an ver. c SP curve of the device (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au). d EQE spectrum ek Jsc EQE spectrum entegre avek laparey pli efikas. d depandans lentansite lalimyer en laparey perovskite lo dyagram Voc. f Analiz MKRC tipik an servan en laparey trou netwayaz ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au. VTFL i voltaz maksimonm pou ranpli latrap. apartir sa bann lenformasyon nou'n kalkil dansite latrap (Nt). lenformasyon sours i ganny donnen dan laform bann dosye lenformasyon sours.
pou etidye lefe sa kous oxalate plon lo performans sa laparey, en striktir kontak tradisyonnel FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au ti ganny servi. nou servi formamidine chloride (FACl) koman en aditif pour prekurser perovskite olye methylamine hydrochloride (MACl) pour akonplir en pli bon performans laparey, vi ki FACl i kapab donn en pli bon kalite kristal e evit band gap FAPbI335 (vwar bann figir siplemanter 1 ek 2 pour en konparezon detaye). ). 12-14). IPA ti ganny swazir koman antisolvan akoz i donn en pli bon kalite kristal e oryantasyon prefere dan bann film perovskite konpare avek diethyl ether (DE) oubyen chlorobenzene (CB)36 (Figure Siplemanter 15 ek 16). lepeser PbC2O4 ti ganny optimize avek swen pou byen balans pasivasyon defo ek transpor sarz par aziste konsantrasyon lasid oxalik (Figure Siplemanter 17). bann zimaz SEM transversal bann kontrol optimize ek bann laparey LOS i ganny montre dan figir siplemanter 18. bann kourb dansite kouran (CD) tipik pou bann laparey kontrol ek LOS i ganny montre dan figir 4c, e bann paramet ki'n ganny tire i ganny donnen dan latab siplemanter 3. bann kontrol lefikasite konversyon pouvwar maksimonm (PCE) (34% JC, 24% JC). 25.75 mA cm-2 (25.74 mA cm-2), Voc 1.16 V (1.16 V) e reverse (forward) scan. fakter ranpli (FF) i 78.40% (76.69%). PCE maksimonm LOS PSC i 25.39% (24.79%), Jsc i 25.77 mA cm-2, Voc i 1.18 V, FF i 83.50% (81.52%) sorti an aryer (forward Scan to). sa laparey LOS in akonplir en performans fotovoltaik sertifye 24.92% dan en laboratwar fotovoltaik trwazyenm parti ki annan konfyans ladan (Figure Siplemanter 19). lefikasite kantite ekstern (EQE) ti donn en Jsc entegre 24.90 mA cm-2 (kontrol) e 25.18 mA cm-2 (LOS PSC), respektivman, ki ti an bonn akor avek Jsc mezire dan spektak standar AM 1.5 G (Fig. .4d). ) . distribisyon statistik bann PCEs mezire pou kontrol ek LOS PSCs i ganny montre dan figir siplemanter 20.
parey i ganny montre dan figir 4e, relasyon ant Voc ek lentansite lalimyer ti ganny kalkile pou etidye lefe PbC2O4 lo rekombinasyon sirfas asiste par latrap. lapant laliny ki'n ganny mete pour laparey LOS i 1.16 kBT/sq, ki pli ba ki lapant laliny ki'n ganny mete pour laparey kontrol (1.31 kBT/sq), ki konfirm ki LOS i itil pour anpes rekombinasyon sirfas par bann latrap. nou servi teknolozi space charge current limiting (SCLC) pou mezir kantitativman dansite defo en film perovskite par mezir karakteristik dark IV en laparey trou (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) parey i ganny montre dan sa figir. 4f montre. Dansite latrap i ganny kalkile par formil Nt = 2ε0εVTFL/eL2, kot ε i konstan dielektrik relatif sa film perovskite, ε0 i konstan dielektrik vid, VTFL i tansyon limitan pou ranpli sa latrap, e i sarz, L i lepeser sa film perovskite (6050). Dansite defo sa laparey VOC i ganny kalkile pou vin 1.450 × 1015 cm–3, ki pli ba ki dansite defo sa laparey kontrol, ki 1.795 × 1015 cm–3.
sa laparey ki pa ti'n ganny anbale ti ganny teste kot pwen pouvwar maksimonm (MPP) anba lalimyer lizour anba azot pou egzamin son stabilite performans a lonterm (Figure 5a). Apre 550 erdtan, laparey LOS ti ankor mentenir 92% son lefikasite maksimonm, tandis ki performans laparey kontrol ti'n desann a 60% son performans orizinal. Distribisyon bann eleman dan sa vye laparey ti ganny mezire par spektrometri mas ion segonder time-of-flight (ToF-SIMS) (Fig. 5b, c). en gran akimilasyon iod i kapab ganny vwar dan landrwa kontrol lor anler. bann kondisyon proteksyon gaz inert i ekskli bann fakter degradan lanvironnman tel ki limidite ek loksizenn, ki sizere ki bann mekanizm entern (ie, migrasyon ion) i responsab. dapre rezilta ToF-SIMS, bann ion I- ek AuI2- ti ganny detekte dan electrode Au, ki endike difizyon I sorti dan perovskite dan Au. lentansite sinyal bann ion I- ek AuI2- dan laparey kontrol i apepre 10 fwa pli o ki sa lesantiyon VOC. bann rapor presedan in montre ki permeasyon ion i kapab anmenn en bes rapid dan kondiktivite trou spiro-OMeTAD e korozyon simik lo kous electrode anler, e par sa deteryore kontak enterfasyal dan laparey37,38. electrode Au ti ganny retire e kous spiro-OMeTAD ti ganny netwaye avek sibstra avek en solisyon chlorobenzene. nou ti apre karakteriz sa film an servan difraksyon X-ray lensidans zerb (GIXRD) (Figure 5d). bann rezilta i montre ki sa film kontrol i annan en pik difraksyon evidan a 11.8°, tandis ki napa en nouvo pik difraksyon ki aparet dan sa lesantiyon LOS. bann rezilta i montre ki bann gran pert ion I dan film kontrol i anmenn ver zenerasyon faz δ, tandis ki dan film LOS sa prosesis i klerman ganny enhibe.
575 erdtan swivi MPP kontinyel en laparey ki pa'n ganny sele dan en latmosfer azot e 1 lalimyer soley san en filter UV. distribisyon ToF-SIMS bann ion b I- ek c AuI2- dan laparey kontrol LOS MPP e laparey vyeisman. bann ton zonn, ver ek oranz i koresponn avek Au, Spiro-OMeTAD ek perovskite. d GIXRD film perovskite apre tes MPP. lenformasyon sours i ganny donnen dan laform bann dosye lenformasyon sours.
kondiktivite depandan lo tanperatir ti ganny mezire pou konfirm ki PbC2O4 ti kapab anpes migrasyon ion (Figure Siplemanter 21). lenerzi aktivasyon (Ea) migrasyon ion i ganny determinen par mezir sanzman dan kondiktivite (σ) film FAPbI3 a diferan tanperatir (T) e an servan relasyon Nernst-Einstein: σT = σ0exp(−Ea/kBT), kot σ0 i en konstan, kB i konstan Boltzmann. nou ganny valer Ea avek lapant ln(σT) kont 1/T, ki 0.283 eV pour kontrol e 0.419 eV pour laparey LOS.
an bref, nou fourni en kad teorik pou idantifye semen degradasyon FAPbI3 perovskite e lenfliyans bann diferan defo lo baryer lenerzi tranzisyon faz α-δ. parmi sa bann defo, bann defo VI i teorikman prevwar pou fasilman koz en tranzisyon faz sorti α pou al δ. en kous PbC2O4 ki pa fonn dan delo e stab simikman i ganny entrodwir pou stabiliz faz α FAPbI3 par anpes formasyon bann vakans I e migrasyon bann ion I. sa stratezi i redwir en kantite rekombinasyon non-radyasyon enterfasyal, i ogmant lefikasite selil soler a 25.39%, e i amelyor stabilite loperasyon. nou bann rezilta i donn gidans pou atenn bann PSC formamidine efikas e stab par enhibit tranzisyon faz α a δ ki ganny koze par defo.
Titanium(IV) isopropoxide (TTIP, 99.999%) ti ganny aste avek Sigma-Aldrich. lasid idroklorik (HCl, 35.0–37.0%) ek etanol (anhydrous) ti ganny aste avek lendistri simik Guangzhou. SnO2 (15 wt% tin(IV) oxide colloidal dispersion) ti ganny aste avek Alfa Aesar. Lead(II) iodide (PbI2, 99.99%) ti ganny aste avek TCI Shanghai (Lasin). 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)-spire9′,9′-biofluore (Spiro-OMeTAD, ≥99.5%), lithium bis(trifluoromethane)sulfonylimide (Li-TFSI, 99.95%), 4-tert -butylpyridine (tBP, 96%) ti ganny aste avek Xi'an Polymer Light Technology Company (Lasin). N,N-dimethylformamide (DMF, 99.8%), dimethyl sulfoxide (DMSO, 99.9%), isopropyl alcohol (IPA, 99.8%), chlorobenzene (CB, 99.8%), acetonitrile (ACN). aste avek Sigma-Aldrich. lasid oxalik (H2C2O4, 99.9%) ti ganny aste avek Macklin. tou bann kemikal ti ganny servi parey in ganny resevwar san okenn lezot modifikasyon.
bann sibstra ITO ou FTO (1.5 × 1.5 cm2) ti ganny netwaye par ultrason avek deterzan, aseton, ek etanol pou 10 minit, respektivman, e apre sek anba en kouran azot. En kous baryer TiO2 danse ti ganny depoze lo en sibstra FTO an servan en solisyon titanium diisopropoxybis(acetylacetonate) dan etanol (1/25, v/v) depoze a 500 °C pour 60 minit. dispersyon koloidal SnO2 ti ganny dilye avek delo deionize dan en rapor volim 1:5. lo en sibstra prop trete avek ozone UV pour 20 minit, en film mens bann nanopartikil SnO2 ti ganny depoze a 4000 rpm pour 30 segonn e apre pre-sofe a 150 °C pour 30 minit. Pour solisyon prekurser perovskite, 275.2 mg FAI, 737.6 mg PbI2 ek FACl (20 mol%) ti ganny fonn dan solvan melanze DMF/DMSO (15/1). kous perovskite ti ganny prepare par santrifiz 40 μL solisyon prekurser perovskite lo kous SnO2 trete avek UV-ozone a 5000 rpm dan ler lanbyans pou 25 s. 5 segonn apre dernyen fwa, 50 μL solisyon MACl IPA (4 mg/mL) ti ganny zete vitman lo sibstra koman en antisolvan. apre, bann film ki ti'n fek ganny prepare ti ganny anneal a 150°C pou 20 minit e apre a 100°C pou 10 minit. Apre ki film perovskite in refwadi a tanperatir lasanm, solisyon H2C2O4 (1, 2, 4 mg fonn dan 1 mL IPA) ti ganny santrifize a 4000 rpm pour 30 s pour pasiv sirfas perovskite. En solisyon spiro-OMeTAD prepare par melanz 72.3 mg spiro-OMeTAD, 1 ml CB, 27 μl tBP e 17.5 μl Li-TFSI (520 mg dan 1 ml acetonitrile) ti ganny spin-coated lo sa film a 4000 rpm dan 300 s. Finalman, en kous Au 100 nm epe ti ganny evapore dan vid a en to 0.05 nm/s (0~1 nm), 0.1 nm/s (2~15 nm) e 0.5 nm/s (16~100 nm) . ).
performans SC bann selil soler perovskite ti ganny mezire an servan en Keithley 2400 met anba iliminasyon similater soler (SS-X50) a en lentansite lalimyer 100 mW/cm2 e verifye an servan bann selil soler silikon standar kalibre. amwen ki i ganny endike otreman, bann kourb SP ti ganny mezire dan en bwat gan ranpli avek azot a tanperatir lasanm (~25°C) dan bann mod skann an avan e an aryer (letap voltaz 20 mV, letan retar 10 ms). en mask lonbraz ti ganny servi pou determin en siperfisi efektiv 0.067 cm2 pou PSC ki ti ganny mezire. bann mezir EQE ti ganny fer dan ler lanbyans an servan en sistenm PVE300-IVT210 (Industrial Vision Technology(s) Pte Ltd) avek lalimyer monokromatik konsantre lo sa laparey. Pour stabilite laparey, teste bann selil soler non-ankapsile ti ganny fer dan en bwat gan azot a presyon 100 mW/cm2 san en filter UV. ToF-SIMS i ganny mezire an servan PHI nanoTOFII time-of-flight SIMS. Profilaz profonder ti ganny obtenir an servan en fizi ion Ar 4 kV avek en siperfisi 400×400 μm.
bann mezir spektroskopi fotoelektron X-ray (XPS) ti ganny fer lo en sistenm Syantifik Thermo-VG (ESCALAB 250) an servan Al Kα monokromatize (pour mod XPS) a en presyon 5.0 × 10–7 Pa. Mikroskopi elektronik skann (SEM) ti ganny fer lo en sistenm JESM-JOL3063. morfolozi sirfas ek brizite bann film perovskite ti ganny mezire an servan mikroskopi lafors atomik (AFM) (Bruker Dimension FastScan). STEM ek HAADF-STEM i ganny fer kot FEI Titan Themis STEM. bann spektr abzorbsyon UV-Vis ti ganny mezire an servan en UV-3600Plus (Shimadzu Corporation). kouran limit sarz lespas (SCLC) ti ganny rikorde lo en met Keithley 2400. fotoliminesans dan leta stasyoner (PL) ek fotoliminesans rezourd dan letan (TRPL) dekonpozisyon lavi porter ti ganny mezire an servan en spektromet fotoliminesans FLS 1000. bann zimaz maping PL ti ganny mezire an servan en sistenm Horiba LabRam Raman HR Evolution. Spektroskopi infrarouz transformasyon Fourier (FTIR) ti ganny fer an servan en sistenm Thermo-Fisher Nicolet NXR 9650.
dan sa travay, nou servi metod lesantiyonnman semen SSW pou etidye semen tranzisyon faz sorti α-faz pou al δ-faz. dan metod SSW, mouvman sirfas lenerzi potansyel i ganny determinen par direksyon mod mou o aza (dezyenm derive), ki permet en letid detaye e obzektif lo sirfas lenerzi potansyel. dan sa travay, lesantiyonnman semen i ganny fer lo en sipersel 72-atom, e plis ki 100 per leta inisyal/final (IS/FS) i ganny kolekte o nivo DFT. Baze lo IS/FS pairwise data set, semen ki konekte striktir inisyal ek striktir final i kapab ganny determinen avek korespondans ant bann atomik, e apre mouvman de-direksyon lo sirfas younit varyab i ganny servi pou determin san problenm metod leta tranzisyon. (VK-DESV). Apre ki ou'n rod leta tranzisyon, semen avek baryer pli ba i kapab ganny determinen par grad bann baryer lenerzi.
Tou bann kalkilasyon DFT ti ganny fer an servan VASP (versyon 5.3.5), kot bann enteraksyon electron-ion bann atom C, N, H, Pb, e I i ganny reprezante par en skim vag anplifye prozekte (PAW). fonksyon korelasyon lesanz i ganny dekrir par aproksimasyon gradient zeneralize dan parametrizasyon Perdue-Burke-Ernzerhoff. limit lenerzi pou bann vag plan ti ganny mete a 400 eV. grid k-point Monkhorst-Pack i annan en groser (2 × 2 × 1). Pour tou bann striktir, bann pozisyon latis ek atomik ti ganny konpletman optimize ziska ki konponan stres maksimonm ti anba 0.1 GPa e konponan lafors maksimonm ti anba 0.02 eV/Å. dan model sirfas, sirfas FAPbI3 i annan 4 kous, kous anba i annan bann atomik fiks ki pe simul lekor FAPbI3, e sa trwa kous anler i kapab bouze libreman pandan prosesis optimizasyon. kous PbC2O4 i 1 ML lepeser e i trouve lo sirfas I-terminal FAPbI3, kot Pb i atase avek 1 I ek 4 O.
Pour plis lenformasyon lo konsepsyon letid, vwar Rezime Rapor Portfolio Natirel asosye avek sa lartik.
tou lenformasyon ki'n ganny obtenir ou analize pandan sa letid i ganny enkli dan lartik pibliye, osi byen ki dan lenformasyon sipor e bann dosye lenformasyon brit. bann lenformasyon brit prezante dan sa letid i disponib lo https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440. lenformasyon sours i ganny donnen pou sa lartik.
Green, M. et al. bann latab lefikasite selil soler (57enm edisyon). progranm. fotoelektrik. resours. aplikasyon. 29, 3–15 (2021).
Parker J. et al. kontrol krwasans bann kous perovskite an servan bann klorid alkyl ammonium volatil. Nature 616, 724–730 (2023).
Zhao Y. et al. Inaktif (PbI2)2RbCl i stabiliz bann film perovskite pou bann selil soler o lefikasite. Lasyans 377, 531–534 (2022).
Tan, K. et al. bann selil soler perovskite ranverse an servan dopant dimethylacridinyl. Nature, 620, 545–551 (2023).
Han, K. ek lezot. formamidine lead iodide kristalin tousel (FAPbI3): bann apersi lo bann propriyete striktirel, optik e elektrik. adverb. Mat. 28, 2253–2258 (2016).
Massey, S. et al. stabilizasyon faz perovskite nwanr dan FAPbI3 ek CsPbI3. AKS Energy Communications. 5, 1974–1985 (2020).
ou, JJ, ek lezot. bann selil soler perovskite efikas atraver zesyon porter amelyore. Nature 590, 587–593 (2021).
Saliba M. et al. lenkorporasyon bann katyon rubidium dan bann selil soler perovskite i amelyor performans fotovoltaik. Lasyans 354, 206–209 (2016).
Saliba M. et al. bann selil soler seziom perovskite trip-kasyon: stabilite amelyore, reprodiktivite e lefikasite o. lanvironnman lenerzi. lasyans. 9, 1989–1997 (2016).
Cui X. et al. bann lavansman resan dan stabilizasyon faz FAPbI3 dan bann selil soler perovskite o-performans Sol. RRL 6, 2200497 (2022).
Delagetta S. et al. separasyon faz rasyonalize par foto bann perovskite organik-inorganik melanze halide. Nat. kominike. 8, 200 (2017).
Slotcavage, DJ ek lezot. separasyon faz koze par lalimyer dan bann absorber halide perovskite. AKS Energy Communications. 1, 1199–1205 (2016).
Chen, L. ek lezot. stabilite faz intrinsek e bandgap intrinsek formamidine lead triyodide perovskite single crystal. Anjiva. Simik. enternasyonalite. Ed. 61. e202212700 (2022).
Duinsti, EA eksetera. Konpran dekonpozisyon methylenediammonium e son rol dan stabilizasyon faz formamidine triyodid diplon. J. Chem. bitch. 18, 10275–10284 (2023).
Lu, HZ ek lezot. Depozisyon vapor efikas e stab bann selil soler perovskite nwanr FAPbI3. Lasyans 370, 74 (2020).
Doherty, TAS eksetera. bann perovskites oktahedral stab ki enkline i siprimen formasyon lokalize bann faz avek bann karakteristik limite. Lasyans 374, 1598–1605 (2021).
Ho, K. et al. bann mekanizm transformasyon ek degradasyon bann lagrenn formamidine ek bann perovskites seziom ek iodid diplon anba lenfliyans limidite ek lalimyer. AKS Energy Communications. 6, 934–940 (2021).
Zheng J. et al. Devlopman bann anion pseudohalide pour bann selil soler perovskite α-FAPbI3. Nature 592, 381–385 (2021).