Suksma sampun simpang ring Nature.com. Versi panylahjah sané kaanggén Sameton madué dukungan CSS sané kawatesin. Mangda ngamolihang hasil sané becik, Google ngusulang nganggén panylahjah Sametoné sané anyaran (utawi matiang mode kompatibilitas ring Internet Explorer). Ring galahe puniki, mangda prasida ngamolihang dukungan sane terus, tiang nyinahang situs tanpa gaya utawi JavaScript.
Pasivasi cacat sampun akeh kawigunayang anggen nincapang kinerja sel surya perovskite triiodida timah, nanging pengaruh saking makudang-kudang cacat ring stabilitas fase α tetep nenten jelas; Iriki, nganggen teori fungsional kepadatan, iraga ngidentifikasi kapertama jalur degradasi perovskite triiodida timah formamidin saking fase α nuju fase δ lan malajahin efek makudang-kudang cacat ring penghalang energi transisi fase. Asil simulasi narka indik lowongan yodium minab ngawinang degradasi santukan prasida nedunang penghalang energi anggen transisi fase α-δ taler madue energi pembentukan sane pinih andap ring permukaan perovskite. Kagenahang lapisan padat oksalat timah sane nenten larut ring toya ring baduur perovskite prasida nambakin dekomposisi fase-α, nambakin migrasi miwah volatilisasi yodium. Tiosan ring punika, pidabdab puniki prasida ngirangin rekombinasi nonradiatif antarmuka taler nincapang panglimbak sel surya kantos 25,39% (kasertifikasi 24,92%). Piranti sane nenten kakemas kantun prasida ngamong efisiensi aslinyane 92% risampune maoperasi antuk daya maksimum salami 550 jam ring sor iradiasi massa udara simulasi 1,5 G.
Efisiensi konversi daya (PCE) sel surya perovskite (PSC) sampun ngantos rekor sane sampun kasertifikasi inggih punika 26%1. Ngawit warsa 2015, PSC modern sampun seneng ring perovskit formamidin triiodida (FAPbI3) pinaka lapisan sane prasida nyerep cahaya santukan stabilitas termal sane becik taler celah pita sane pinih becik nampek sareng wates Shockley-Keisser 2,3,4. Sayang pisan, film FAPbI3 manut termodinamis ngamargiang transisi fase saking fase α selem nuju fase δ non-perovskite kuning ring suhu kamar5,6. Mangda nenten wenten fase delta, makudang-kudang komposisi perovskite sane kompleks sampun kalimbakang. Pidabdab sane pinih sering kaanggen nanganin pikobet puniki inggih punika nyampuhang FAPbI3 antuk campuhan ion metil amonium (MA+), sesium (Cs+) miwah bromida (Br-)7,8,9. Nanging, perovskite hibrida keni panglimbak celah pita miwah pemisahan fase sane kainduksi foto, sane ngawinang pikobet ring kinerja miwah stabilitas operasional PSCs10,11,12 sane kaasilang.
Penelitian sane anyar sampun nyihnayang inggian FAPbI3 kristal tunggal murni sane nenten madaging doping madue stabilitas sane becik santukan kristalinitasnyane sane becik taler cacat sane alit13,14. Punika mawinan, ngirangin cacat antuk nincapang kristalinitas massal FAPbI3 inggih punika strategi sane mabuat anggen ngamolihang PSCs sane efisien lan stabil2,15. Nanging, salami mamargi PSC FAPbI3, degradasi ring fase non-perovskite δ heksagonal kuning sane nenten kaaptiang kantun prasida mamargi16. Prosesnyane biasane kakawitin ring permukaan lan wates biji-bijian sane lebih mudah keni toya, panes lan cahaya krana wenten akeh area sane cacat17. Punika mawinan, pasivasi permukaan/biji-bijian kabuatang anggen stabilisasi fase ireng FAPbI318. Akeh pidabdab pasivasi cacat, rumasuk ngawigunayang perovskite dimensi rendah, molekul Lewis asam-basa, miwah uyah amonium halida, sampun ngalimbak ring formamidin PSCs19,20,21,22. Kantos mangkin, akeh penelitian sane ngutamayang indik makudang cacat rikalaning nentuang sifat optoelektronik sekadi rekombinasi pembawa, lantang difusi miwah struktur pita ring sel surya22,23,24. Minakadi, teori fungsional kepadatan (DFT) kawigunayang anggen narka energi pembentukan miwah tingkat energi penjebakan saking makudang cacat, sane akeh kawigunayang anggen nuntun desain pasivasi praktis20,25,26. Sakadi akehnyane cacat sane sayan rered, stabilitas piranti biasane sayan nincap. Nanging, ring PSC formamidin, mekanisme pengaruh makudang-kudang cacat ring stabilitas fase lan sifat fotolistrik mangda pateh pisan. Sakadi sane sampun kauningin, pangresep dasar indik sapunapi cacat ngawinang transisi fase kubik nuju heksagonal (α-δ) lan peran pasivasi permukaan ring stabilitas fase perovskite α-FAPbI3 kantun kirang karesepang.
Iriki, iraga ngungkapang jalur degradasi perovskite FAPbI3 saking fase α-hitam nuju fase δ-kuning lan pengaruh makudang-kudang cacat ring penghalang energi transisi fase α-ka-δ-marginin DFT. I lowongan, sane dangan kapolihang salami fabrikasi film lan operasi perangkat, katarka pinih minab ngawitin transisi fase α-δ. Punika mawinan, iraga ngenalang lapisan padat timah oksalat (PbC2O4) sane nenten larut ring toya lan stabil secara kimia ring duur FAPbI3 malarapan antuk reaksi in situ. Permukaan timah oksalat (LOS) ngambatang pawentukan lowongan I lan ngambatang migrasi ion I yening kastimulasi olih medan panes, cahaya, lan listrik. LOS sane kapolihang prasida ngirangin rekombinasi nonradiatif antarmuka taler nincapang efisiensi PSC FAPbI3 kantos 25,39% (kasertifikasi kantos 24,92%). Piranti LOS sane nenten kakemas prasida ngukuhang 92% saking efisiensi aslinyane risampune mamargi ring titik daya maksimum (MPP) salami langkungan saking 550 jam ring massa udara simulasi (AM) 1,5 G radiasi.
Kapertama iraga ngamargiang itungan ab initio anggen ngerereh jalur dekomposisi perovskite FAPbI3 nuju transisi saking fase α nuju fase δ. Malarapan antuk proses transformasi fase sane rinci, kapanggihin transformasi saking oktahedron berbagi sudut tiga dimensi [PbI6] ring fase α kubik FAPbI3 nuju oktahedron berbagi tepi [PbI6] siki dimensi ring fase δ heksagonal FAPbI3 inggih punika. pegat 9. Pb-I ngawentuk ikatan ring langkah kapertama (Int-1), lan penghalang energinyane ngantos 0,62 eV/sel, sakadi sane kacihnayang ring Gambar 1a. Rikala oktahedron kagingsirang ring arah [0\(\bar{1}\)1], rantai cendet heksagonal ngembang saking 1×1 ngantos 1×3, 1×4 lan pamuputnyane ngranjing ring fase δ. Rasio orientasi saking makasami jalur inggih punika (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ. Saking diagram distribusi energi, prasida kapanggihin yening sesampun nukleasi fase δ FAPbI3 ring tahap-tahap selanturnyane, penghalang energi punika kirang saking transisi fase α, sane maartos transisi fase pacang kapercepat. Jelas, langkah kapertama ngontrol transisi fase punika kritis yening iraga jagi menekan degradasi fase α.
a Proses transformasi fase saking kiwa ka tengen – fase FAPbI3 ireng (fase α), pembelahan ikatan Pb-I kapertama (Int-1) lan pembelahan ikatan Pb-I salanturnyane (Int-2, Int -3 lan Int -4) lan fase kuning FAPbI3 (fase delta). b Penghalang energi ring transisi fase α ka δ FAPbI3 madasar antuk makudang-kudang cacat titik intrinsik. Garis titik-titik nyihnayang penghalang energi kristal sane ideal (0,62 eV). c Energi pembentukan cacat titik primer ring permukaan perovskite timah. Sumbu absis inggih punika penghalang energi transisi fase α-δ, lan sumbu ordinat inggih punika energi pembentukan cacat. Bagian sane mawarna abu-abu, kuning lan hijau inggih punika tipe I (EB rendah-FE tinggi), tipe II (FE tinggi) lan tipe III (EB rendah-FE rendah), soang-soang. d Energi pembentukan cacat VI lan LOS saking FAPbI3 ring kontrol. e I pengalang migrasi ion ring kontrol lan LOS FAPbI3. f – representasi skematis migrasi ion I (bola oranye) lan gLOS FAPbI3 (abu-abu, timah; violet (oranye), yodium (yodium mobile)) ring kontrol gf (kiwa: tampilan atas; tengen: penampang, coklat); karbon; biru sane galang – nitrogen; barak – oksigen sane wenten; warna barak sane galang – hidrogen). Data sumber sane kaicenin marupa file data sumber.
Raris iraga malajahin pengaruh saking makudang-kudang cacat titik intrinsik (rumasuk penghunian antisit PbFA, IFA, PbI, lan IPb; atom interstisial Pbi lan Ii; lan lowongan VI, VFA, lan VPb), sane kaanggep dados faktor kunci. sane ngawinang degradasi fase tingkat atom lan energi kasinahang ring Gambar 1b lan Tabel Pelengkap 1. Sane menarik, nenten samian cacat ngirangin penghalang energi transisi fase α-δ (Gambar 1b). Iraga percaya yening cacat sane madue energi pembentukan sane rendah lan penghalang energi transisi fase α-δ sane rendah kaanggep ngrusak stabilitas fase. Sekadi sane sampun kalaporang sadurungnyane, permukaan sane sugih antuk timah ketahnyane kawedarang becik anggen formamidine PSC27. Punika mawinan, iraga ngutamayang permukaan sane kapuputang antuk PbI2 (100) ring kondisi sane sugih timah. Energi pembentukan cacat cacat titik intrinsik permukaan kacihnayang ring Gambar 1c lan Tabel Pelengkap 1. Madasar antuk penghalang energi (EB) lan energi pembentukan transisi fase (FE), cacat puniki kakepah dados tiga soroh. Tipe I (EB rendah-FE tinggi): Yadiastun IPb, VFA lan VPb secara signifikan ngirangin penghalang energi ring transisi fase, ipun madue energi pembentukan sane tegeh. Punika mawinan, iraga percaya yening soroh cacat puniki madue iusan sane kawatesin ring transisi fase santukan arang pisan kawentuk. Tipe II (EB sane tegeh): Santukan penghalang energi transisi fase α-δ sane sayan nincap, cacat anti-situs PbI, IFA lan PbFA nenten ngrusak stabilitas fase perovskit α-FAPbI3. Tipe III (EB rendah-FE rendah): Cacat VI, Ii lan Pbi antuk energi pembentukan sane relatif rendah prasida ngawinang degradasi fase ireng. Napi malih kaicen FE lan EB VI sane pinih andap, iraga percaya strategi sane pinih efektif inggih punika ngirangin I lowongan.
Anggen ngirangin VI, iraga nglimbakang lapisan padat PbC2O4 anggen nincapang permukaan FAPbI3. Kasaihang sareng pasivator uyah halida organik sekadi feniletilemonium yodida (PEAI) lan n-oktilamonium yodida (OAI), PbC2O4, sane nenten madaging ion halogen mobile, stabil secara kimia, nenten larut ring toya, lan dangan ka-deaktivasi rikala stimulasi. Stabilisasi sane becik saking kelembaban permukaan lan medan listrik perovskite. Kelarutan PbC2O4 ring toya wantah 0,00065 g/L, sane malah kirang saking PbSO428. Sane pinih utama, lapisan LOS sane padat lan seragam prasida kasiagayang alus ring film perovskite nganggen reaksi in situ (cingak ring sor). Iraga ngamargiang simulasi DFT ikatan antarmuka pantaraning FAPbI3 lan PbC2O4 sakadi sane kacihnayang ring Gambar Pelengkap 1. Tabel Pelengkap 2 nyihnayang energi pembentukan cacat sesampun injeksi LOS. Iraga manggihin LOS nenten wantah nincapang energi pembentukan cacat VI antuk 0,69-1,53 eV (Gambar 1d), nanging taler nincapang energi aktivasi I ring permukaan migrasi lan permukaan pemargi (Gambar 1e). Ring paletan kapertama, ion I bermigrasi ring salantang permukaan perovskite, ninggalin ion VI ring posisi kisi antuk penghalang energi 0,61 eV. Sesampune LOS kagenahang, santukan efek penghalang sterik, energi aktivasi antuk migrasi ion I nincap dados. 1,28 eV. Ring masa migrasi ion I sane matilar saking permukaan perovskite, penghalang energi ring VOC taler tegehan ring sampel kontrol (Gambar 1e). Diagram skematis jalur migrasi ion I ring kontrol lan LOS FAPbI3 kasinahang ring Gambar 1 f lan g, soang-soang. Pikolih simulasi nyihnayang LOS prasida ngambekang pawentukan cacat VI lan volatilisasi I, antuk punika ngambekang nukleasi transisi fase α ka δ.
Reaksi pantaraning asam oksalat miwah perovskit FAPbI3 kauji. Sesampune kacampur larutan asam oksalat lan FAPbI3, akeh endapan putih sane kawentuk, sakadi sane kacihnayang ring Gambar Pelengkap 2. Produk bubuk kaidentifikasi dados bahan PbC2O4 murni nganggen difraksi sinar-X (XRD) (Gambar Pelengkap 3) lan transformasi Fourier frascoppIR in4). Iraga manggihin yening asam oksalat larut pisan ring isopropil alkohol (IPA) ring suhu kamar antuk kelarutan kirang langkung 18 mg/mL, sakadi sane kacihnayang ring Gambar Pelengkap 5. Puniki ngawinang pemrosesan selanturnyane dangan santukan IPA, pinaka pelarut pasivasi umum, nenten layer ngrusak galah peroyon2d sane cendet. Punika mawinan, antuk nelebang film perovskit ring larutan asam oksalat utawi spin-coating larutan asam oksalat ring perovskit, PbC2O4 tipis lan padat prasida gelis kapolihang ring permukaan film perovskit manut persamaan kimia sekadi ring sor puniki: H2C2O4 + PAPbI +3. FAI prasida kalarutang ring IPA lan antuk punika kaicalang rikalaning masak. Tebel LOS prasida kakendaliang antuk galah reaksi lan konsentrasi prekursor.
Gambar mikroskop elektron pemindaian (SEM) saking film perovskite kontrol lan LOS kasinahang ring Gambar 2a,b. Pikolih punika nyihnayang morfologi permukaan perovskite sampun kaajegang becik, lan akeh partikel halus sane kagenahang ring permukaan biji-bijian, sane sepatutnyane ngawakilin lapisan PbC2O4 sane kawentuk olih reaksi in-situ. Film perovskite LOS madue permukaan sane akidik mulus (Gambar Pelengkap 6) lan sudut kontak toya sane agengan yening saihang sareng film kontrol (Gambar Pelengkap 7). Mikroskop elektron transmisi transversal resolusi tinggi (HR-TEM) kawigunayang anggen minayang lapisan permukaan produk. Yening saihang sareng film kontrol (Gambar 2c), lapisan tipis sane seragam lan padat antuk ketebalan sawatara 10 nm jelas kacingak ring duur perovskite LOS (Gambar 2d). Ngawigunayang mikroskop elektron pemindaian medan gelap ring sudut tinggi (HAADF-STEM) anggen nureksain antarmuka pantaraning PbC2O4 lan FAPbI3, kawentenan genah kristalin FAPbI3 lan genah amorf PbC2O4 prasida kacingak antuk jelas (Gambar Pelengkap 8). Komposisi permukaan perovskite risampune perlakuan asam oksalat kacihnayang antuk pangukuran spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS), sekadi sane kacihnayang ring Gambar 2e-g. Ring Gambar 2e, puncak C 1s sawatara 284,8 eV lan 288,5 eV ngranjing ring sinyal CC lan FA spesifik, soang-soang. Yening saihang sareng membran kontrol, membran LOS nyihnayang puncak tambahan ring 289,2 eV, sane kaiket sareng C2O42-. Spektrum O 1s perovskite LOS nyihnayang tiga puncak O 1s sane mabinayan manut kimia ring 531,7 eV, 532,5 eV, lan 533,4 eV, manut sareng COO sane kadeprotonasi, C=O saking gugus oksalat utuh 30 lan atom O saking komponen OH2e (Gambar. ). )). Antuk sampel kontrol, wantah puncak O 1s alit sane katitenin, sane prasida kaiket sareng oksigen sane kaserep kimia ring permukaan. Karakteristik membran kontrol Pb 4f7/2 lan Pb 4f5/2 magenah ring 138,4 eV lan 143,3 eV, soang-soang. Iraga nyingakin perovskite LOS nyihnayang pergeseran puncak Pb sawatara 0,15 eV nuju energi pengikat sane tegehan, nyihnayang interaksi sane kuat pantaraning atom C2O42- lan Pb (Gambar 2g).
a Gambar SEM saking kontrol lan b film perovskit LOS, tampilan atas. c Mikroskop elektron transmisi penampang resolusi tinggi (HR-TEM) saking kontrol miwah d film perovskit LOS. XPS resolusi tinggi saking e C 1s, f O 1s miwah g Pb 4f film perovskit. Data sumber sane kaicenin marupa file data sumber.
Manut pikolih DFT, manut teoritis katarka cacat VI lan migrasi I dangan ngawinang transisi fase saking α nuju δ. Laporan sadurungnyane sampun nyihnayang inggian I2 gelis kalepas saking film perovskite madasar antuk PC salami fotoimmersi risampune film punika keni tekanan cahaya miwah termal31,32,33. Mangda prasida mastikayang efek stabilisasi timah oksalat ring fase α perovskite, iraga nelebang film perovskite kontrol lan LOS ring botol kaca transparan sane madaging toluena, soang-soang, lan salanturnyane karadiasi antuk 1 sinar matahari salami 24 jam. Iraga ngukur penyerapan sinar ultraviolet lan sinar sane kacingak (UV-Vis). ) larutan toluena, sakadi sane kacihnayang ring Gambar 3a. Kasaihang sareng sampel kontrol, intensitas penyerapan I2 sane joh lebih rendah katitenin ring kasus LOS-perovskite, nyihnayang LOS kompak prasida ngambat pelepasan I2 saking film perovskite salami immersi cahaya. Foto kontrol sane sampun tua lan film perovskite LOS kasinahang ring sisipan Gambar 3b lan c. Perovskite LOS kantun selem, nanging akehan film kontrol sampun mawarna kuning. Spektrum penyerapan UV-visible saking film sane kacemplungang kasinahang ring Gambar. 3b, c. Iraga nyingakin indik penyerapan sane manut sareng α ring film kontrol sampun jelas tedun. Pangukuran sinar-X kamargiang anggen dokumentasi evolusi struktur kristal. Sesampune 24 jam penerangan, perovskite kontrol nyihnayang sinyal fase δ kuning sane kuat (11,8°), nanging perovskite LOS kantun ngajegang fase ireng sane becik (Gambar 3d).
Spektrum penyerapan larutan toluena sane kacingak UV ring dija film kontrol lan film LOS kacemplungang ring sor 1 sinar matahari salami 24 jam. Inset nyihnayang botol ring dija soang-soang film kacemplungang ring volume toluene sane pateh. b Spektrum penyerapan UV-Vis film kontrol lan c film LOS sadurung lan sesampun 24 jam kacemplungang ring sor 1 sinar matanai. Inset punika nyihnayang foto film tes. d Pola difraksi sinar-X film kontrol lan LOS sadurung lan sesampun 24 jam paparan. Gambar SEM saking film kontrol e lan film f LOS sesampun 24 jam kapanggihin. Data sumber sane kaicenin marupa file data sumber.
Iraga ngamargiang pangukuran mikroskop elektron pemindaian (SEM) anggen nitenin pauwahan mikrostruktur film perovskite sesampun 24 jam penerangan, sakadi sane kacihnayang ring Gambar 3e,f. Ring film kontrol, biji-bijian sane ageng karusak lan kauwah dados jaum sane alit, sane manut sareng morfologi produk fase δ FAPbI3 (Gambar 3e). Antuk film LOS, butiran perovskite tetep ring kondisi sane becik (Gambar 3f). Pikolih punika nyantenang indik ilangnyane I secara signifikan ngawinang transisi saking fase ireng nuju fase kuning, sedengkan PbC2O4 menstabilkan fase ireng, ngandegang ilangnyane I. Santukan kepadatan kekosongan ring permukaan joh lebih tegeh tekening ring massal biji-bijian,34 fase puniki lebih mungkin kejadian ring surfa saking. sinarengan ngelepasin yodium lan ngawentuk VI. Sekadi sane katarka olih DFT, LOS prasida ngambekang pawentukan cacat VI lan ngambekang migrasi ion I ring permukaan perovskite.
Tiosan ring punika, ius lapisan PbC2O4 ring ketahanan kelembaban film perovskite ring udara atmosfer (kelembaban relatif 30-60%) kaselehin. Sekadi sane kacihnayang ring Gambar Pelengkap 9, perovskite LOS kantun selem sesampun 12 rahina, nanging film kontrol mawarna kuning. Ring pangukuran XRD, film kontrol nyihnayang puncak sane kuat ring 11,8° sane manut sareng fase δ FAPbI3, nanging perovskite LOS ngukuhang becik fase α ireng (Gambar Pelengkap 10).
Fotoluminescens ring kahanan stabil (PL) miwah fotoluminescens sane kapuputang antuk galah (TRPL) kawigunayang anggen malajahin efek pasivasi timah oksalat ring baduur perovskite. Ring Gambar Gambar 4a nyihnayang film LOS sampun nincapang intensitas PL. Ring gambar pemetaan PL, intensitas film LOS ring makasami area 10 × 10 μm2 tegehan saking film kontrol (Gambar Pelengkap 11), nyihnayang PbC2O4 seragam pasif film perovskite. Masa hidup pembawa katentuang antuk nampekin peluruhan TRPL antuk fungsi eksponensial tunggal (Gambar 4b). Masa hidup pembawa film LOS inggih punika 5,2 μs, sane joh langkung saking film kontrol antuk masa hidup pembawa 0,9 μs, nyihnayang rekombinasi nonradiatif permukaan sane ngidikang.
PL ring kahanan stabil miwah spektrum b saking PL sementara saking film perovskite ring substrat kaca. c Kurva SP saking piranti (FTO/TiO2/SnO2/Perovskit/spiro-OMeTAD/Au). d Spektrum EQE lan spektrum Jsc EQE sane terintegrasi saking piranti sane pinih efisien. d Ketergantungan intensitas cahaya piranti perovskite ring diagram Voc. f Analisis MKRC khas nganggen piranti bolong bersih ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au. VTFL inggih punika tegangan pengisian jebakan sane maksimal. Saking data punika iraga ngitung kepadatan jebakan (Nt). Data sumber sane kaicenin marupa file data sumber.
Anggen malajahin ius lapisan oksalat timah ring kinerja piranti, struktur kontak FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au tradisional kaanggen. Iraga nganggen formamidin klorida (FACl) pinaka aditif ring prekursor perovskite gumanti metilamin hidroklorida (MACl) mangda ngamolihang kinerja perangkat sane becikan, santukan FACl prasida ngicenin kualitas kristal sane becikan lan ngindarin celah pita FAPbI335 (cingak Gambar Tambahan detaili lan1). ). 12-14). IPA kapilih dados antipelarut santukan ngicenin kualitas kristal sane becikan lan orientasi sane pinih kasenengin ring film perovskite yening saihang sareng dietil eter (DE) utawi klorobenzena (CB)36 (Gambar Pelengkap 15 lan 16). Tebel PbC2O4 kaoptimalkan antuk becik mangda prasida ngimbangin pasivasi cacat lan transportasi muatan antuk nyesuaiang konsentrasi asam oksalat (Gambar Pelengkap 17). Gambar SEM penampang saking piranti kontrol lan LOS sane kaoptimalkan kasinahang ring Gambar Pelengkap 18. Kurva kepadatan arus khas (CD) antuk piranti kontrol lan LOS kasinahang ring Gambar 4c, lan parameter sane kaekstraksi kaicenin ring Tabel Pelengkap 3. Efisiensi konversi daya maksimum (J%c2%)3.3. 25,75 mA cm-2 (25,74 mA cm-2), Voc 1,16 V (1,16 V) miwah pindai sane mabalik (maju). Faktor pengisian (FF) inggih punika 78,40% (76,69%). PCE LOS maksimal PSC inggih punika 25,39% (24,79%), Jsc inggih punika 25,77 mA cm-2, Voc inggih punika 1,18 V, FF inggih punika 83,50% (81,52%) saking mundur (Scan maju ke). Piranti LOS ngamolihang kinerja fotovoltaik sane bersertifikat 24,92% ring laboratorium fotovoltaik pihak ketiga sane kapercaya (Gambar Pelengkap 19). Efisiensi kuantum eksternal (EQE) ngicenin Jsc terpadu 24,90 mA cm-2 (kontrol) lan 25,18 mA cm-2 (LOS PSC), soang-soang, sane manut becik sareng Jsc sane kaukur ring spektrum standar AM 1,5 G (Gambar .4d). ) . Distribusi statistik PCE sane kaukur anggen PSC kontrol lan LOS kasinahang ring Gambar Paweweh 20.
Sekadi sane kacihnayang ring Gambar 4e, paiketan Voc sareng intensitas cahaya kaitung anggen malajahin efek PbC2O4 ring rekombinasi permukaan sane kawantu jebakan. Lereng garis sane kapasang antuk piranti LOS inggih punika 1,16 kBT/sq, sane kirang saking kemiringan garis sane kapasang antuk piranti kontrol (1,31 kBT/sq), sane ngukuhang LOS mawiguna anggen ngambat rekombinasi permukaan olih decoys. Iraga nganggen teknologi pembatas arus muatan ruang angkasa (SCLC) anggen ngukur kuantitatif kepadatan cacat film perovskit antuk ngukur karakteristik IV gelap saking piranti bolong (ITO/PEDOT:PSS/perovskit/spiro-OMeTAD/Au) sakadi sane kacihnayang ring gambar. 4f Tampilang. Kepadatan jebakan kaitung antuk rumus Nt = 2ε0εVTFL/eL2, ring dija ε inggih punika konstanta dielektrik relatif film perovskite, ε0 inggih punika konstanta dielektrik vakum, VTFL inggih punika tegangan pembatas anggen nagingin jebakan, e inggih punika muatan, L inggih punika ketebalan film perovskit n). Kepadatan cacat piranti VOC kaitung dados 1,450 × 1015 cm-3, sane kirang saking kepadatan cacat piranti kontrol, inggih punika 1,795 × 1015 cm-3.
Piranti sane nenten kakemas kauji ring titik daya maksimum (MPP) ring sor siang hari sane jangkep ring sor nitrogen anggen nureksain stabilitas kinerja jangka panjangnyane (Gambar 5a). Sesampune 550 jam, piranti LOS kantun ngamong 92% efisiensi maksimumnyane, nanging kinerja piranti kontrol sampun tedun dados 60% saking kinerja aslinyane. Distribusi elemen ring piranti sane sampun sue kaukur antuk spektrometri massa ion sekunder galah-penerbangan (ToF-SIMS) (Gambar 5b, c). Akumulasi yodium sane ageng prasida kacingak ring area kontrol emas sane ring baduur. Kahanan perlindungan gas inert nenten ngranjing faktor-faktor sane ngrusak lingkungan sekadi kelembaban lan oksigen, sane nyihnayang mekanisme internal (inggih punika, migrasi ion) sane bertanggung jawab. Manut pikolih ToF-SIMS, ion I- lan AuI2- kadeteksi ring elektroda Au, nyihnayang difusi I saking perovskite dados Au. Intensitas sinyal ion I- lan AuI2- ring piranti kontrol kirang langkung 10 kali lintang saking sampel VOC. Laporan sadurungnyane sampun nyihnayang inggian permeasi ion prasida ngawinang konduktivitas bolong spiro-OMeTAD sane gelis tedun taler korosi kimia ring lapisan elektroda baduur, mawinan prasida ngawinang rusak kontak antarmuka ring perangkat37,38. Elektroda Au kaicalang lan lapisan spiro-OMeTAD kabersihin saking substrat antuk larutan klorobenzena. Iraga lantas ngaciriang film nganggen difraksi sinar-X insiden grazing (GIXRD) (Gambar 5d). Pikolih punika nyihnayang indik film kontrol madué puncak difraksi sané tinglas ring 11,8 ̊, raris nénten wénten puncak difraksi anyar sané medal ring sampel LOS. Pikolih punika nyihnayang indik rugi ion I sane ageng ring film kontrol ngawinang generasi fase δ, nanging ring film LOS proses puniki jelas kaambekin.
575 jam pelacakan MPP sane terus-menerus saking piranti sane nenten masegel ring atmosfer nitrogen lan 1 sinar matahari tanpa filter UV. Distribusi ToF-SIMS ion b I- lan c AuI2- ring piranti kontrol MPP LOS lan piranti penuaan. Warna kuning, hijau lan oranye manut sareng Au, Spiro-OMeTAD lan perovskit. d GIXRD saking film perovskit sesampun uji MPP. Data sumber sane kaicenin marupa file data sumber.
Konduktivitas sane gumantung ring suhu kaukur anggen mastikayang PbC2O4 prasida ngambat migrasi ion (Gambar Pelengkap 21). Energi aktivasi (Ea) migrasi ion katentuang antuk ngukur pauwahan konduktivitas (σ) film FAPbI3 ring suhu sane matiosan (T) lan nganggen hubungan Nernst-Einstein: σT = σ0exp(−Ea/kBT), ring dija σ0 inggih punika konstanta, kB inggih punika konstanta Botzl. Iraga ngamolihang nilai Ea saking kemiringan ln(σT) lawan 1/T, inggih punika 0,283 eV antuk kontrol lan 0,419 eV antuk piranti LOS.
Cutetnyane, iraga ngicenin kerangka teoritis anggen ngidentifikasi jalur degradasi perovskite FAPbI3 lan pengaruh makudang-kudang cacat ring penghalang energi transisi fase α-δ. Pantaraning cacat punika, cacat VI manut teoritis katarka dangan ngawinang transisi fase saking α nuju δ. Lapisan padat PbC2O4 sane nenten larut ring toya lan stabil secara kimia kasobyahang anggen menstabilkan fase α FAPbI3 antuk ngambatang pawentukan lowongan I lan migrasi ion I. Pidabdab puniki prasida ngirangin rekombinasi non-radiatif antarmuka, nincapang efisiensi sel surya kantos 25,39%, taler nincapang stabilitas operasi. Asil iraga ngicenin tuntunan anggen ngamolihang PSC formamidin sane efisien lan stabil antuk ngambatang transisi fase α ka δ sane kainduksi cacat.
Titanium (IV) isopropoksida (TTIP, 99,999%) katumbas saking Sigma-Aldrich. Asam klorida (HCl, 35,0-37,0%) miwah etanol (anhidrat) katumbas saking Industri Kimia Guangzhou. SnO2 (15% berat dispersi koloid oksida timah (IV) sane katumbas saking Alfa Aesar. Timbal(II) yodida (PbI2, 99,99%) sane katumbas saking TCI Shanghai (Cina). Formamidin yodida (FAI, ≥99,5%), formamidin klorida (FACl, ≥99,5%), metilamin hidroklorida (MACl, ≥99,5%), 2,2',7,7'-tetrakis-(N , N-robime-anilinf-9)- (Spiro-OMeTAD, ≥99,5%), litium bis (trifluorometana) sulfonilimida (Li-TFSI, 99,95%), 4-tert -butilpiridin (tBP, 96%) katumbas saking Perusahaan Teknologi Cahaya Polimer Xi'an (Cina). N,N-dimetilformamida (DMF, 99,8%), dimetil sulfoksida (DMSO, 99,9%), alkohol isopropil (IPA, 99,8%), klorobenzena (CB, 99,8%), asetonitril (ACN). Katumbas saking Sigma-Aldrich. Asam oksalat (H2C2O4, 99,9%) sane katumbas saking Macklin. Makasami bahan kimia kaanggen sakadi sane sampun katerima nenten wenten modifikasi sane lianan.
Substrat ITO utawi FTO (1,5 × 1,5 cm2) kabersihin antuk ultrasonik antuk deterjen, aseton, lan etanol salami 10 menit, soang-soang, lan salanturnyane kakering ring sor aliran nitrogen. Lapisan penghalang TiO2 padat kagenahang ring substrat FTO nganggen larutan titanium diisopropoksibis (asetilasetonat) ring etanol (1/25, v/v) sane kagenahang ring suhu 500 °C salami 60 menit. Dispersi koloid SnO2 kaencerang antuk toya deionisasi antuk rasio volume 1:5. Ring substrat sane bersih sane karawat antuk ozon UV salami 20 menit, film tipis nanopartikel SnO2 kagenahang ring 4000 rpm salami 30 detik raris kapanasang ring 150 °C salami 30 menit. Antuk larutan prekursor perovskit, 275,2 mg FAI, 737,6 mg PbI2 lan FACl (20 mol%) kalarutang ring pelarut campuran DMF/DMSO (15/1). Lapisan perovskit kakaryanin antuk sentrifugasi 40 μL larutan prekursor perovskit ring baduur lapisan SnO2 sane karawat antuk ozon UV ring kecepatan 5000 rpm ring udara sekitar salami 25 s. 5 detik sesampun galah sane kaping untat, 50 μL larutan MACl IPA (4 mg/mL) gelis katedunang ring substrat pinaka antipelarut. Raris, film sane anyar kasiagayang ka-anneal ring suhu 150 °C salami 20 menit lan salanturnyane ring suhu 100 °C salami 10 menit. Sesampune film perovskit punika dingin kantos suhu kamar, larutan H2C2O4 (1, 2, 4 mg kalarutang ring 1 mL IPA) kasentrifugasi ring kecepatan 4000 rpm salami 30 s mangda permukaan perovskit punika pasif. Larutan spiro-OMeTAD sane kakaryanin antuk nyampur 72,3 mg spiro-OMeTAD, 1 ml CB, 27 μl tBP lan 17,5 μl Li-TFSI (520 mg ring 1 ml asetonitril) kalapisin spin ring film antuk 4000 rpm ring jeroning 4000 rpm. Pamuputnyane, lapisan Au sane tebelnyane 100 nm kauap ring vakum antuk kecepatan 0,05 nm/detik (0~1 nm), 0,1 nm/detik (2~15 nm) miwah 0,5 nm/detik (16~100 nm). ).
Kinerja SC sel surya perovskite kaukur nganggen Keithley 2400 meter ring sor pencahayaan simulator surya (SS-X50) ring intensitas cahaya 100 mW/cm2 lan kaverifikasi nganggen sel surya silikon standar sane sampun kalibrasi. Sajabaning wenten sane tiosan, kurva SP kaukur ring kotak sarung tangan sane madaging nitrogen ring suhu kamar (~25°C) ring mode scan maju lan mundur (langkah tegangan 20 mV, galah delay 10 ms). Topeng bayangan kaanggen nentuang area efektif 0,067 cm2 antuk PSC sane kaukur. Pangukuran EQE kamargiang ring udara ambien nganggen sistem PVE300-IVT210 (Teknologi Visi Industri (s) Pte Ltd) antuk cahaya monokromatik sane fokus ring piranti. Antuk stabilitas perangkat, pengujian sel surya sane nenten kaenkapsulasi kamargiang ring kotak sarung tangan nitrogen antuk tekanan 100 mW/cm2 tanpa filter UV. ToF-SIMS kaukur nganggen SIMS galah makeber nanoTOFII PHI. Profiling kedalaman kapolihang nganggen pistol ion Ar 4 kV antuk luas 400×400 μm.
Pangukuran spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) kamargiang ring sistem Ilmiah Thermo-VG (ESCALAB 250) nganggen Al Kα monokromatisasi (anggen mode XPS) ring tekanan 5,0 × 10-7 Pa. Mikroskopi elektron pemindaian (SEM a Sistem JOLF-SM36). Morfologi permukaan miwah kasarnyane film perovskite kaukur nganggen mikroskop gaya atom (AFM) (FastScan Dimensi Bruker). STEM miwah HAADF-STEM puniki kamargiang ring FEI Titan Themis STEM. Spektrum penyerapan UV-Vis kaukur nganggen UV-3600Plus (Perusahaan Shimadzu). Arus pembatas muatan ruang angkasa (SCLC) kacatet ring Keithley 2400 meter. Fotoluminesen kahanan stabil (PL) miwah fotoluminesen sane kapuputang antuk galah (TRPL) saking peluruhan masa hidup pembawa kaukur ngawigunayang spektrometer fotoluminesen FLS 1000. Gambar pemetaan PL kaukur nganggen sistem Horiba LabRam Raman Evolusi SDM. Spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) kamargiang ngawigunayang sistem Nicolet NXR 9650 Termo-Fisher.
Ring pakaryan puniki, iraga nganggen metode pengambilan sampel jalur SSW anggen malajahin jalur transisi fase saking fase α nuju fase δ. Ring metode SSW, gerak permukaan energi potensial katentuang olih arah mode lunak acak (turunan kaping kalih), sane ngawinang studi sane rinci lan objektif indik permukaan energi potensial. Ring pakaryan puniki, jalur sampling kamargiang ring supersel 72 atom, lan langkungan saking 100 pasangan keadaan awal/akhir (IS/FS) kapupulang ring tingkat DFT. Madasar antuk himpunan data pasangan IS/FS, pamargi sane nyambungang struktur pangawit lan struktur pamuput prasida katentuang antuk korespondensi pantaraning atom, lan salanturnyane gerakan dua arah ring salantang permukaan satuan variabel kaanggen antuk lancar nentuang metode keadaan transisi. (VK-DESV). Sesampune ngrereh kahanan transisi, pamargi sane madue pengalang sane pinih andap prasida katentuang antuk ngerangking pengalang energi.
Makasami paitungan DFT kamargiang ngawigunayang VASP (versi 5.3.5), inggian interaksi elektron-ion atom C, N, H, Pb, miwah I kaseledihi olih skema gelombang kakuatan sane kaproyeksiang (PAW). Fungsi korelasi panukaran katlatarang olih pendekatan gradien umum ring parametrisasi Perdue-Burke-Ernzerhoff. Wates energi antuk gelombang bidang katetapang dados 400 eV. Kisi titik k Monkhorst-Pack madue ukuran (2 × 2 × 1). Antuk samian struktur, genah kisi miwah atom sampun jangkep kaoptimalkan kantos komponen tegangan maksimum ring sor 0,1 GPa miwah komponen gaya maksimum ring sor 0,02 eV/Å. Ring model permukaan, permukaan FAPbI3 madue 4 lapisan, lapisan ring sor madue atom-atom sane tetep sane mensimulasikan awak FAPbI3, lan tiga lapisan ring baduur prasida bergerak bebas rikala proses optimasi. Lapisan PbC2O4 tebelnyane 1 ML lan magenah ring permukaan I-terminal FAPbI3, ring dija Pb kaiket sareng 1 I lan 4 O.
Kanggeang informasi sane jangkep indik desain studi, cingakin Abstrak Laporan Portofolio Alam sane mapaiketan sareng artikel puniki.
Makasami data sane kapolihang utawi kaselehin ri kala tetilikan puniki ngranjing ring artikel sane sampun kamedalang, taler ring informasi pendukung lan file data mentah. Data mentah sane kasobyahang ring tetilikan puniki wenten ring https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440. Data sumber sane sampun kacumawisang ring artikel puniki.
Hijau, M. miwah sané tiosan. Tabel Efisiensi Sel Surya (edisi kaping 57). program sane wenten. fotolistrik. sumber daya. aplikasi. 29, 3-15 (warsa 2021).
Parker J. miwah sané tiosan. Ngontrol pertumbuhan lapisan perovskite nganggen alkil amonium klorida sane volatil. Alam 616, 724-730 (2023).
Zhao Y. miwah sane lianan. Inaktif (PbI2)2RbCl prasida ngamecikang film perovskite anggen sel surya sane efisiensinyane tegeh. Ilmu Pengetahuan 377, 531-534 (2022).
Tan, K. miwah sane lianan. Sel surya perovskit sane kabalikang nganggen dopan dimetilakridinil. Alam, 620, 545-551 (2023).
Han, K. miwah sané tiosan. Yodida timah formamidin kristal tunggal (FAPbI3): wawasan indik sifat struktural, optik miwah listrik. raos keterangan. Mat. 28, 2253-2258 (warsa 2016).
Massey, S. miwah sane lianan. Stabilisasi fase perovskit selem ring FAPbI3 miwah CsPbI3. Komunikasi Energi AKS sane wenten. 5, warsa 1974-1985 (2020).
Sameton, JJ, miwah sane lianan. Sel surya perovskite sane efisien majalaran antuk nincapang manajemen pembawa. Alam 590, 587-593 (2021).
Saliba M. miwah sane lianan. Penyajian kation rubidium ring sel surya perovskite nincapang kinerja fotovoltaik. Ilmu pengetahuan 354, 206-209 (2016).
Saliba M. miwah sane lianan. Sel surya sesium perovskite tiga kation: nincapang stabilitas, reproduksi miwah efisiensi sane tegeh. lingkungan energi sane wenten. sane wenten ring ilmu. 9, warsa 1989-1997 (2016).
Cui X. miwah sane lianan. Panglimbak sane anyar ring stabilisasi fase FAPbI3 ring sel surya perovskite sane madue kinerja tinggi Sol. RRL 6, 2200497 (warsa 2022).
Delagetta S. miwah sane lianan. Pemisahan fase fotoinduksi sane karasionalisasi saking perovskit organik-anorganik halida campuran. Nat. makomunikasi. 8, 200 (warsa 2017).
Slotkavage, DJ miwah sane lianan. Pemisahan fase sane kaiusin olih cahaya ring penyerap perovskite halida. Komunikasi Energi AKS sane wenten. 1, 1199-1205 (warsa 2016).
Chen, L. miwah sane lianan. Stabilitas fase intrinsik miwah celah pita intrinsik kristal tunggal perovskit timah triyodida formamidin. Anjiwa. Kimia. internasionalitasnyane. Ed. 61. e202212700 (warsa 2022).
Duinsti, EA dll Ngresepang dekomposisi metilendiamonium lan perannyane ring stabilisasi fase timah triyodida formamidin. J. Kimia. Jalang. 18, 10275-10284 (warsa 2023).
Lu, HZ miwah sane lianan. Pengendapan uap sane efisien lan stabil saking sel surya perovskite ireng FAPbI3. Ilmu pengetahuan 370, 74 (2020).
Doherty, TAS dll Perovskit halida oktahedral miring stabil nekekang pawentukan fase lokal antuk karakteristik sane kawatesin. Sains 374, warsa 1598-1605 (2021).
Ho, K. miwah sane lianan. Mekanisme transformasi miwah degradasi biji-bijian formamidin miwah perovskit sesium miwah timah iodida sane kaiusin olih kelembaban miwah cahaya. Komunikasi Energi AKS sane wenten. 6, 934-940 (2021).
Zheng J. miwah sane lianan. Panglimbak anion pseudohalida anggen sel surya perovskit α-FAPbI3. Alam 592, 381-385 (2021).