Bujur man bandu si enggo reh ku Nature.com. Versi browser si ipakendu lit dukungen CSS si terbatas. Gelah banci datndu hasil si mehulina, isaranken kami gelah ipakendu browserndu si mbaru (ntah pe mateken mode kompatibilitas bas Internet Explorer). I bas paksa si e, guna mastiken dukungen si terus-menerus, icidahken kami situs e alu la make gaya ntah pe JavaScript.
Pasivasi cacat enggo melala ipake guna meningkatken kinerja sel surya perovskite triiodida timah, tapi pengaruh erbage cacat nandangi stabilitas fase α tetap la jelas; I jenda, alu make teori fungsional kepadaten, kami ngidentifikasi tangtangna jalur degradasi perovskite triiodida timah formamidin i bas fase α nari ku fase δ ras mpelajari pengaruh erbage cacat nandangi penghalang energi transisi fase. Hasil simulasi memprediksi maka lowongen yodium paling mungkin erbahan degradasi erkiteken secara signifikan nurunken penghalang energi guna transisi fase α-δ ras lit energi pembentuken si terendah i permukaan perovskite. I bas bahan enda, ijelasken maka lapisen padat timah oksalat si la terlarut i bas lau ku permukaan perovskite secara signifikan menghambat penguraian fase α, si erbahanca la terjadi migrasi ras volatilisasi yodium. Selain si e, strategi enda secara signifikan mengurangi rekombinasi nonradiatif antarmuka ras meningkatken efisiensi sel surya jadi 25,39% (bersertifikat 24,92%). Perangkat si la ikemas e banci denga mempertahanken efisiensi aslina 92% kenca beroperasi alu daya maksimal selama 550 jam i teruh iradiasi massa udara simulasi 1,5 G.
Efisiensi konversi daya (PCE) sel surya perovskite (PSC) enggo seh ku rekor si tersertifikasi si meganjangna eme 26%1. Mulai tahun 2015, PSC modern lebih memilih perovskit formamidin triiodida (FAPbI3) sebage lapisen penyerap cahaya erkiteken stabilitas termalna si mehuli ras celah pita preferensial si ndeher ras batas Shockley-Keisser 2,3,4. Sayangna, film FAPbI3 secara termodinamis mengalami peralihen fase ibas fase α si hitam nari ku fase δ non-perovskite si kuning ibas suhu kamar5,6. Guna mencegah pembentuken fase delta, enggo ikembangken erbage komposisi perovskite si kompleks. Strategi si paling umum guna ngatasi masalah enda eme alu mencampurken FAPbI3 ras kombinasi ion metil amonium (MA+), sesium (Cs+) ras bromida (Br-)7,8,9. Tapi, perovskite hibrida menderita erkiteken pembesaran bandgap ras pemisahan fase si ibahan foto, si erbahanca kinerja ras stabilitas operasional PSC si ihasilken la mehuli10,11,12.
Studi-studi si mbaru-mbaru enda ncidahken maka FAPbI3 kristal tunggal murni tanpa doping lit stabilitasna si mehuli erkiteken kristalinitasna si mehuli ras cacat si rendah13,14. Emaka, mengurangi cacat alu meningkatken kristalinitas FAPbI3 massal eme sada strategi si penting guna ndatken PSCs si efisien ras stabil2,15. Tapi, i bas operasi PSC FAPbI3, degradasi ku fase non-perovskite δ heksagonal kuning si la isuraken banci denga terjadi16. Prosesna biasana ibenaken i bas permukaan ras batas-batas butir si lebih rentan nandangi lau, panas ras terang erkiteken litna melala daerah si cacat17. Emaka perlu pasivasi permukaan/butir guna menstabilken fase hitam FAPbI318. Melala strategi pasivasi cacat, termasuk pengenalan perovskit dimensi rendah, molekul Lewis asam-basa, ras garam amonium halida, enggo erbahan kemajun si mbelin i bas PSC formamidin19,20,21,22. Seh asa gundari, hampir kerina penelitian enggo fokus ku peran erbage cacat ibas menentuken sifat optoelektronik bagi rekombinasi pembawa, panjang difusi ras struktur pita ibas sel surya22,23,24. Umpamana, teori fungsional kepadaten (DFT) ipake guna secara teoritis memprediksi energi-energi pembentuken ras tingkat energi penjebaken erbage-bage cacat, si melala ipake guna memandu desain pasivasi praktis20,25,26. Adi reh kurangna cacat, stabilitas alat e biasana reh ulina. Tapi, i bas PSC formamidin, mekanisme pengaruh erbage cacat nandangi stabilitas fase ras sifat fotolistrik arusna tuhu-tuhu berbeda. Sedekah si eteh, pemahamen mendasar kerna kuga cacat menginduksi transisi fase kubik ku heksagonal (α-δ) ras peran pasivasi permukaan nandangi stabilitas fase perovskite α-FAPbI3 lenga bo tuhu-tuhu ipahami.
Ijenda, siungkapken jalur degradasi perovskite FAPbI3 i bas fase α-hitam nari ku fase δ-kuning ras pengaruh erbage cacat nandangi penghalang energi transisi fase α-ku-δ arah DFT. I lowongen, si gampang ihasilken sanga pembuatan film ras pengoperasian perangkat, iprediksi paling mungkin memulai transisi fase α-δ. Emaka, ipetandaken kami lapisen padat timah oksalat (PbC2O4) si la larut i bas lau ras stabil secara kimia i datas FAPbI3 arah reaksi in situ. Permukaan timah oksalat (LOS) menghambat pembentuken lowongen I ras mencegah migrasi ion I adi irangsang panas, cahaya, ras medan listrik. LOS si ihasilken secara signifikan mengurangi rekombinasi nonradiatif antarmuka ras meningkatken efisiensi PSC FAPbI3 seh ku 25,39% (isertifikasi seh ku 24,92%). Perangkat LOS si la ikemas e tetap 92% efisiensi aslina kenca beroperasi i bas titik daya maksimum (MPP) lebih 550 jam i bas massa udara simulasi (AM) 1,5 G radiasi.
Pertama-tama ilakoken kami perhitungan ab initio guna ndarami jalur penguraian perovskite FAPbI3 seh ku transisi i bas fase α nari ku fase δ. Arah proses transformasi fase si rinci, idatken maka transformasi i bas oktahedron [PbI6] si erbagi sudut telu dimensi i bas fase α kubik FAPbI3 ku oktahedron si erbagi tepi [PbI6] sada dimensi i bas fase δ heksagonal FAPbI3 eme. pecah 9. Pb-I membentuk ikatan ibas langkah si pemena (Int-1), janah penghalang energina seh ku 0,62 eV/sel, bagi si teridah ibas gambar 1a. Adi oktahedron e igeser ku arah [0\(\bar{1}\)1], rantai pendek segi enam e erbelangna i bas 1×1 nari ku 1×3, 1×4 janah dungna masuk ku fase δ. Rasio orientasi kerina jalur eme (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ. Arah diagram distribusi energi, banci siteh maka kenca enggo terjadi nukleasi fase δ FAPbI3 ibas tahap-tahap berikutna, maka penghalang energi lebih rendah asangken transisi fase α, ertina transisi fase e pasti ipepercepat. Jelas me, langkah si pemena i bas mengendaliken peralihen fase e penting kel adi ateta menekan degradasi fase α.
a Proses transformasi Fase arah kiri ku kanan – fase FAPbI3 si warnana hitam (fase α), pembelahen ikatan Pb-I si pemena (Int-1) ras pembelahen ikatan Pb-I selanjutna (Int-2, Int -3 ras Int -4) ras fase FAPbI3 si warnana kuning (fase delta). b Penghalang energi ibas peralihen fase α ku δ FAPbI3 erpalasken erbage cacat titik intrinsik. Garis titik-titik ncidahken penghalang energi kristal si ideal (0,62 eV). c Energi pembentuken cacat titik primer i bas permukaan perovskite timah. Sumbu absis eme penghalang energi peralihen fase α-δ, janah sumbu ordinat eme energi pembentuken cacat. Bagin si berwarna abu-abu, kuning ras hijau eme tipe I (EB rendah-FE tinggi), tipe II (FE tinggi) ras tipe III (EB rendah-FE rendah), masing-masing. d Energi pembentuken cacat VI ras LOS FAPbI3 ibas kontrol. e I penghalang migrasi ion ibas kontrol ras LOS FAPbI3. f – gambaren skematis migrasi ion I (bola oranye) ras gLOS FAPbI3 (abu-abu, timah; violet (oranye), yodium (yodium bergerak)) i bas kontrol gf (kiri: pandangan atas; kanan: penampang, coklat); karbon; biru terang – nitrogen; merah – oksigen; warna pink si terang – hidrogen). Data sumber isehken ibas bentuk file sumber data.
Kenca si e, secara sistematis ipelajari kami pengaruh erbage-bage cacat titik intrinsik (termasuk penghunian antisit PbFA, IFA, PbI, ras IPb; atom interstisial Pbi ras Ii; ras lowongen VI, VFA, ras VPb), si ianggap jadi faktor kunci. si erbahanca degradasi fase tingkat atom ras energi ituriken ibas Gambar 1b ras Tabel Tambahan 1. Si menarik, labo kerina cacat mengurangi penghalang energi transisi fase α-δ (Gambar 1b). Tek kami maka cacat si lit energi pembentukenna si rendah ras penghalang energi transisi fase α-δ si rendah ianggap merugiken stabilitas fase. Bagi si enggo ilaporken sebelumna, permukaan si bayak timah umumna ianggap efektif man formamidin PSC27. Emaka, kita fokus ku permukaan si berakhir PbI2 (100) ibas kondisi si bayak timah. Energi pembentuken cacat cacat titik intrinsik permukaan ituriken ibas Gambar 1c ras Tabel Tambahan 1. Erpalasken penghalang energi (EB) ras energi pembentuken transisi fase (FE), cacat enda ibagi jadi telu jenis. Tipe I (EB rendah-FE tinggi): Aminna pe IPb, VFA ras VPb secara signifikan mengurangi penghalang energi guna transisi fase, tapi lit energi pembentukenna si tinggi. Emaka tek kami maka jenis-jenis cacat enda terbatas dampakna nandangi peralihen fase erkiteken jarang terbentuk. Tipe II (EB tinggi): Erkiteken penghalang energi peralihen fase α-δ si reh ulina, cacat anti-situs PbI, IFA ras PbFA la ncedai stabilitas fase perovskit α-FAPbI3. Tipe III (EB rendah-FE rendah): Cacat VI, Ii ras Pbi alu energi pembentuken si relatif rendah banci erbahanca terjadi degradasi fase hitam. Khususna nginget FE ras EB VI si terendah, tek kami maka strategi si paling efektif eme mengurangi I lowongen.
Guna ngurangi VI, ikembangken kami lapisen PbC2O4 si padat guna mpehuli permukaan FAPbI3. Adi ibandingken ras pasivator garam halida organik bagi feniletilemonium yodida (PEAI) ras n-oktilamonium yodida (OAI), PbC2O4, si la lit ion halogen si bergerak, stabil secara kimia, la larut i bas lau, ras gampang nonaktifken adi irangsang. Stabilisasi si mehuli ibas kelembapen permukaan ras medan listrik perovskite. Kelarutan PbC2O4 ibas lau hanya 0,00065 g/L, si bahkan lebih rendah asangken PbSO428. Si lebih penting, lapisen LOS si padat ras seragam banci isikapken alu lembut i bas film perovskite alu make reaksi in situ (nen i teruh). Ibahan kami simulasi DFT ikatan antarmuka antara FAPbI3 ras PbC2O4 bagi si teridah ibas Gambar Tambahan 1. Tabel Tambahan 2 ncidahken energi pembentuken cacat kenca injeksi LOS. I je idat kami maka LOS labo saja nambahi energi pembentuken cacat VI 0,69–1,53 eV (Gambar 1d), tapi pe nambahi energi aktivasi I i permukaan migrasi ras permukaan keluar (Gambar 1e). Ibas tahap si pemena, ion I bermigrasi ku permukaan perovskite, nadingken ion VI ibas posisi kisi alu penghalang energi 0,61 eV. Kenca enggo ipetandaken LOS, erkiteken efek penghambatan sterik, energi aktivasi guna migrasi ion I meningkat ku. 1,28 eV. Ibas migrasi ion I si ndarat ibas permukaan perovskite nari, penghalang energi ibas VOC pe lebih tinggi asangken ibas sampel kontrol (Gbr. 1e). Diagram skematis jalur migrasi ion I i bas kontrol ras LOS FAPbI3 ituriken i bas Gambar 1 f ras g, masing-masing. Hasil simulasi ncidahken maka LOS banci menghambat pembentuken cacat VI ras volatilisasi I, alu bage mencegah nukleasi transisi fase α ku δ.
Reaksi antara asam oksalat ras perovskit FAPbI3 iuji. Kenca icampur larutan asam oksalat ras FAPbI3, terbentuk me endapen si mbentar si melala, bagi si teridah i bas Gambar Tambahan 2. Produk bubuk e iidentifikasi sebage bahan PbC2O4 murni alu make difraksi sinar-X (XRD) (Gambar Tambahan 3) ras transformasi Fourier frascoppIR i bas Gambar Tambahan 3). Ijumpai kami maka asam oksalat sangat larut ibas isopropil alkohol (IPA) ibas suhu kamar alu kelarutan kurang lebih 18 mg/mL, bagi si ituriken ibas Gambar Tambahan 5. Hal enda erbahanca pengolahen selanjutna lebih gampang erkiteken IPA, selaku pelarut pasivasi umum, la la ncedai waktu peroyon2 si kentisik. Emaka alu nceburken film perovskit ku bas larutan asam oksalat ntah pe spin-coating larutan asam oksalat ku perovskit, banci mis idatken PbC2O4 si tipis ras padat i permukaan film perovskit sue ras persamaan kimia si tersena i teruh enda: H2C2O4 + FAPbI +3. FAI banci ilarutken ibas IPA alu bage banci itangtangi ibas masak. Ketebalen LOS banci ikontrol alu waktu reaksi ras konsentrasi prekursor.
Gambar mikroskop elektron pemindaian (SEM) film perovskite kontrol ras LOS ituriken ibas gambar 2a,b. Hasilna ncidahken maka morfologi permukaan perovskite terjaga alu mehuli, ras melala partikel halus si terdeposit i permukaan butir, si seharusna mewakili lapisen PbC2O4 si terbentuk arah reaksi in-situ. Film perovskite LOS lit permukaanna sitik lebih halus (Gambar Tambahan 6) ras sudut kontak lau si lebih mbelin adi ibandingken ras film kontrol (Gambar Tambahan 7). Mikroskop elektron transmisi melintang resolusi tinggi (HR-TEM) ipake guna mbedaken lapisen permukaan produk e. Adi ibandingken ras film kontrol (Gbr. 2c), lapisen tipis si seragam ras padat alu ketebalen kira-kira 10 nm jelas teridah i datas perovskite LOS (Gbr. 2d). Alu make mikroskop elektron pemindaian medan gelap annular sudut tinggi (HAADF-STEM) guna mereksa antarmuka antara PbC2O4 ras FAPbI3, kehadiren daerah kristal FAPbI3 ras daerah amorf PbC2O4 banci iperdiateken alu jelas (Gambar Tambahan 8). Komposisi permukaan perovskite kenca ibahan perlakuan asam oksalat itandaina alu pengukuren spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS), bagi si teridah i bas Gambar 2e–g. I bas gambar 2e, puncak C 1s sekitar 284,8 eV ras 288,5 eV termasuk sinyal CC ras FA si spesifik. Adi ibandingken ras membran kontrol, membran LOS ncidahken puncak tambahen 289,2 eV, si ikaitken ras C2O42-. Spektrum O 1s perovskite LOS ncidahken telu puncak O 1s si berbeda secara kimia i bas 531,7 eV, 532,5 eV, ras 533,4 eV, si sue ras COO si deprotonasi, C=O gugus oksalat si utuh 30 ras atom O komponen OH2e (Gbr. ). )). Bagi sampel kontrol, hanya puncak O 1s si kitik si iperhatiken, si banci ikaitken ras oksigen si terserap kimia i permukaan. Karakteristik membran kontrol Pb 4f7/2 ras Pb 4f5/2 lit ibas 138,4 eV ras 143,3 eV. Iperdiateken kami maka perovskite LOS ncidahken pergeseren puncak Pb sekitar 0,15 eV arah energi pengikat si lebih tinggi, si ncidahken interaksi si lebih megegeh antara atom C2O42- ras Pb (Gbr. 2g).
a Gambar SEM kontrol ras b film perovskit LOS, tampilen i datas. c Mikroskopi elektron transmisi penampang resolusi tinggi (HR-TEM) film kontrol ras d film perovskit LOS. XPS resolusi tinggi e C 1s, f O 1s ras g Pb 4f film perovskit. Data sumber isehken ibas bentuk file sumber data.
Rikutken hasil DFT, secara teoritis iprediksi maka cacat VI ras migrasi I gampang erbahanca terjadi peralihen fase ibas α nari ku δ. Laporan sebelumna enggo ncidahken maka I2 pedas ibebasken ibas film perovskite berbasis PC nari ibas fotoimmersi kenca film-film e terkena tekanan cahaya ras termal31,32,33. Guna mengkonfirmasi efek stabilisasi timah oksalat nandangi fase α perovskite, icelupken kami film perovskite kontrol ras LOS ku bas botol kaca transparan si mengandung toluena, masing-masing, kenca si e iradiasi alu 1 sinar matawari selama 24 h. Iukur kami penyerapan sinar ultraviolet ras sinar si teridah (UV-Vis). ) larutan toluena, bagi si lit ibas gambar 3a. Adi ibandingken ras sampel kontrol, intensitas penyerapan I2 si ndauh lebih rendah iperdiateken i bas kasus LOS-perovskite, si ncidahken maka LOS si kompak banci menghambat pelepasen I2 i bas film perovskite nari sanga immersi cahaya. Foto-foto film perovskite kontrol si enggo metua ras LOS ituriken i bas sisipen Gambar 3b ras c. Perovskite LOS e tetap warnana hitam, sedangken sebagian besar film kontrol enggo berubah jadi kuning. Spektrum penyerapan UV–si teridah i bas film si icelupken ituriken i bas Gambar. 3b, c. Iperdiateken kami maka penyerapan si sesuai ras α i bas film kontrol jelas nurun. Pengukuren sinar-X ilakoken guna mendokumentasiken evolusi struktur kristal. Kenca 24 jam penerangan, perovskite kontrol ncidahken sinyal δ-fase kuning si megegeh (11,8°), sedangken perovskite LOS tetap mempertahanken fase hitam si mehuli (Gambar 3d).
Spektrum penyerapan larutan toluena si teridah UV i ja film kontrol ras film LOS iceburken i teruh 1 sinar matawari selama 24 jam. Inset ncidahken sada botol i ja tiap film icelupken ku bas volume toluena si seri. b Spektrum penyerapan UV-Vis film kontrol ras c film LOS ope ras kenca 24 h irendam i teruh 1 sinar matawari. I bas inset e lit foto film uji coba. d Pola difraksi sinar-X film kontrol ras LOS ope ras kenca 24 h paparen. Gambar SEM film kontrol e ras film f LOS kenca 24 jam terpapar. Data sumber isehken ibas bentuk file sumber data.
Ibahan kami pengukuren mikroskop elektron pemindaian (SEM) guna mperdiateken perubahen mikrostruktur film perovskite kenca 24 jam penerangan, bagi si teridah i bas gambar 3e,f. I bas film kontrol, butir-butir si mbelin ikernepken janah iubah jadi jarum si kitik, si sue ras morfologi produk fase δ FAPbI3 (Gbr. 3e). Bagi film LOS, butir-butir perovskite tetap ibas kondisi si mehuli (Gambar 3f). Hasilna menegasken maka hilangna I secara signifikan menginduksi peralihen i bas fase hitam nari ku fase kuning, sementara PbC2O4 menstabilken fase hitam, mencegah hilangna I. Erkiteken kepadaten kekosongen i permukaan ndauh lebih tinggi asangken i bas massal butir,34 fase enda lebih mungkin terjadi i surfa of. sekaligus ngelepasken yodium ras membentuk VI. Bagi si iprediksi DFT, LOS banci menghambat pembentuken cacat VI ras mencegah migrasi ion I ku permukaan perovskite.
Selain si e, ipelajari ka pengaruh lapisen PbC2O4 nandangi ketahanan kelembaben film perovskite i bas udara atmosfer (kelembaben relatif 30-60%). Bagi si teridah ibas Gambar Tambahan 9, perovskite LOS tetap hitam kenca 12 wari, sedangken film kontrol berubah jadi kuning. I bas pengukuren XRD, film kontrol ncidahken puncak si megegeh i bas 11,8° si sesuai ras fase δ FAPbI3, sedangken perovskite LOS mempertahanken fase α si hitam alu mehuli (Gambar Tambahan 10).
Fotoluminesens keadaan stabil (PL) ras fotoluminesens si terselesaikan waktu (TRPL) ipake guna mpelajari efek pasivasi timah oksalat i bas permukaan perovskite. Ibas Gambar Gambar 4a ncidahken maka film LOS enggo meningkat intensitas PL. I bas gambar pemetaan PL, intensitas film LOS i bas kerina luas 10 × 10 μm2 lebih tinggi asangken film kontrol (Gambar Tambahan 11), si ncidahken maka PbC2O4 secara seragam pasif film perovskite. Masa hidup pembawa itentuken alu memperkiraken peluruhen TRPL alu sada fungsi eksponensial (Gbr. 4b). Masa hidup pembawa film LOS eme 5,2 μs, si ndauh lebih gedang asangken film kontrol alu masa hidup pembawa 0,9 μs, si nuduhken rekombinasi nonradiatif permukaan si berkurang.
PL keadaan mantap ras spektrum b PL sementara film perovskite i bas substrat kaca. c Kurva SP alat e (FTO/TiO2/SnO2/Perovskit/Spiro-OMeTAD/Au). d Spektrum EQE ras spektrum Jsc EQE si terintegrasi ibas alat si paling efisien nari. d Ketergantungen intensitas cahaya sada alat perovskite nandangi diagram Voc. f Analisis MKRC si khas alu make alat lubang bersih ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au. VTFL eme tegangan pengisian perangkap si maksimal. Arah data enda iperhitungken kami kepadaten perangkap (Nt). Data sumber isehken ibas bentuk file sumber data.
Guna mpelajari pengaruh lapisen oksalat timah nandangi kinerja alat, ipake struktur kontak FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au tradisional. Kita make formamidin klorida (FACl) sebage aditif man prekursor perovskite asangken metilamin hidroklorida (MACl) guna ndatken kinerja perangkat si lebih mehuli, erkiteken FACl banci mereken kualitas kristal si lebih mehuli ras menghindari celah pita FAPbI335 (nen Gambar Tambahan detaili ras1). ). 12-14). IPA ipilih jadi antipelarut erkiteken mereken kualitas kristal si lebih mehuli ras orientasi si lebih ipilih i bas film perovskite adi ibandingken ras dietil eter (DE) ntah pe klorobenzena (CB)36 (Gambar Tambahan 15 ras 16). Ketebalen PbC2O4 ioptimalken alu mehuli guna menyeimbangken alu mehuli pasivasi cacat ras transport muaten alu menyesuaiken konsentrasi asam oksalat (Gambar Tambahan 17). Gambar SEM penampang alat kontrol ras LOS si enggo ioptimalken ituriken i bas Gambar Tambahan 18. Kurva kepadaten arus (CD) khas guna alat kontrol ras LOS ituriken i bas Gambar 4c, janah parameter si iekstraksi ibereken i bas Tabel Tambahan 3. Efisiensi konversi daya maksimal (J%c) sel23. 25,75 mA cm-2 (25,74 mA cm-2), Voc 1,16 V (1,16 V) ras pindai mundur (maju). Faktor pengisian (FF) eme 78,40% (76,69%). Maksimal PCE LOS PSC eme 25,39% (24,79%), Jsc eme 25,77 mA cm-2, Voc eme 1,18 V, FF eme 83,50% (81,52%) ibas mundur nari (Scan maju ku). Perangkat LOS enda ndatken kinerja fotovoltaik si tersertifikasi 24,92% i bas laboratorium fotovoltaik pihak si peteluken si terpercaya (Gambar Tambahan 19). Efisiensi kuantum eksternal (EQE) mereken Jsc terpadu masing-masing 24,90 mA cm-2 (kontrol) ras 25,18 mA cm-2 (LOS PSC), si setuju alu mehuli ras Jsc si iukur i bas spektrum standar AM 1,5 G (Gbr. .4d). ) . Distribusi statistik PCE si iukur guna PSC kontrol ras LOS ituriken i bas Gambar Tambahan 20.
Bagi si teridah ibas gambar 4e, hubungen antara Voc ras intensitas cahaya iperhitungken guna mpelajari efek PbC2O4 nandangi rekombinasi permukaan si ibantu perangkap. Kemiringan garis si ipasang guna alat LOS eme 1,16 kBT/persegi, si lebih rendah asangken kemiringan garis si ipasang guna alat kontrol (1,31 kBT/persegi), si menegasken maka LOS erguna guna menghambat rekombinasi permukaan alu umpan. Kita make teknologi pembatas arus muaten ruang angkasa (SCLC) guna ngukur secara kuantitatif kepadaten cacat sada film perovskit alu ngukur karakteristik IV si gelap sada alat lubang (ITO/PEDOT:PSS/perovskit/spiro-OMeTAD/Au) bagi si teridah i bas gambar. 4f Cidahken. Kepadaten perangkap ihitung alu rumus Nt = 2ε0εVTFL/eL2, i ja ε eme konstanta dielektrik relatif film perovskite, ε0 eme konstanta dielektrik vakum, VTFL eme tegangan pembatas guna ngisi perangkap, e eme muaten, L eme ketebalen film perovskit n). Kepadaten cacat alat VOC iperhitungken 1,450 × 1015 cm–3, si lebih rendah asangken kepadaten cacat alat kontrol, eme 1,795 × 1015 cm–3.
Perangkat si la ikemas e iuji i bas titik daya maksimal (MPP) i teruh terang wari penuh i teruh nitrogen guna mereksa stabilitas kinerjana jangka panjang (Gambar 5a). Kenca 550 jam, alat LOS tetap mempertahanken 92% efisiensi maksimalna, sedangken kinerja alat kontrol enggo nusur ku 60% kinerja aslina. Persebaran unsur-unsur i bas alat si ndekah e iukur alu spektrometri massa ion sekunder waktu penerbangan (ToF-SIMS) (Gbr. 5b, c). Akumulasi yodium si mbelin banci siidah i bas daerah kontrol emas si arah datas. Kondisi perlindungen gas inert la termasuk faktor-faktor si merendahken lingkungen bagi kelembaben ras oksigen, si ncidahken maka mekanisme internal (ertina, migrasi ion) si ertanggung jawab. Menurut hasil ToF-SIMS, ion I- ras AuI2- terdeteksi ibas elektroda Au, si nuduhken difusi I ibas perovskite nari ku Au. Intensitas sinyal ion I- ras AuI2- ibas alat kontrol kurang lebih 10 kali lebih tinggi asangken sampel VOC. Laporan sebelumna enggo ncidahken maka permeasi ion banci erbahanca penurunan konduktivitas lubang spiro-OMeTAD si pedas ras korosi kimia lapisen elektroda si arah datas, alu bage memburuk kontak antarmuka i bas perangkat e37,38. Elektroda Au ibuat janah lapisen spiro-OMeTAD ibersihken i bas substrat nari alu larutan klorobenzena. Jenari ikarakterisasi kami film e alu make difraksi sinar-X insiden grazing (GIXRD) (Gambar 5d). Hasilna ncidahken maka film kontrol lit puncak difraksi si jelas i bas 11,8°, sedangken la lit puncak difraksi si mbaru si muncul i bas sampel LOS. Hasilna ncidahken maka kerugin ion I si mbelin ibas film kontrol erbahanca terjadi generasi fase δ, sedangken ibas film LOS proses enda jelas terhambat.
575 jam pelacaken MPP si terus-menerus alat si la tersegel i bas atmosfer nitrogen ras 1 sinar matawari si la lit filter UV. ToF-SIMS distribusi ion b I- ras c AuI2- i bas alat kontrol MPP LOS ras alat penuaan. Nuansa kuning, hijau ras oranye sesuai ras Au, Spiro-OMeTAD ras perovskit. d GIXRD film perovskit kenca uji MPP. Data sumber isehken ibas bentuk file sumber data.
Konduktivitas si bergantung ku suhu iukur guna menegasken maka PbC2O4 banci menghambat migrasi ion (Gambar Tambahan 21). Energi aktivasi (Ea) migrasi ion itentuken alu ngukur perubahen konduktivitas (σ) film FAPbI3 ibas suhu si berbeda (T) ras make hubungen Nernst-Einstein: σT = σ0exp(−Ea/kBT), i ja σ0 eme konstanta, kB eme konstanta Botzl. Kita ndatken nilai Ea arah kemiringan ln(σT) versus 1/T, eme 0,283 eV guna kontrol ras 0,419 eV guna alat LOS.
Singkatna, kami mereken kerangka teoritis guna ngidentifikasi jalur degradasi perovskite FAPbI3 ras pengaruh erbage cacat nandangi penghalang energi transisi fase α-δ. I bas cacat enda, cacat VI secara teoritis iprediksi banci gampang erbahan peralihen fase i bas α nari ku δ. Lapisen padat PbC2O4 si la larut ibas lau ras stabil secara kimia iperkenalken guna menstabilken fase α FAPbI3 alu menghambat pembentuken lowongen I ras migrasi ion I. Strategi enda secara signifikan mengurangi rekombinasi non-radiatif antarmuka, meningkatken efisiensi sel surya jadi 25,39%, ras meningkatken stabilitas operasi. Hasil kami mereken bimbingen guna ndatken PSC formamidin si efisien ras stabil alu menghambat transisi fase α ku δ si ibahan cacat.
Isopropoksida titanium(IV) (TTIP, 99,999%) itukur i bas Sigma-Aldrich nari. Asam klorida (HCl, 35,0–37,0%) ras etanol (anhidrat) itukur i bas Industri Kimia Guangzhou nari. SnO2 (15% berat penyebaran koloid timah(IV) oksida) itukur i bas Alfa Aesar nari. Timbal(II) yodida (PbI2, 99,99%) itukur i bas TCI Shanghai (Cina) nari. I bas sada paksa, lit sekalak dilaki si gelarna 2,2, 7,7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7, 7,7, 7 (Spiro-OMeTAD, ≥99,5%), litium bis (trifluormetana) sulfonilimida (Li-TFSI, 99,95%), 4-tert -butilpiridin (tBP, 96%) itukur i bas Perusahaan Teknologi Cahaya Polimer Xi’an (Cina) nari. N,N-dimetilformamida (DMF, 99,8%), dimetil sulfoksida (DMSO, 99,9%), alkohol isopropil (IPA, 99,8%), klorobenzena (CB, 99,8%), asetonitril (ACN) ras bahan si lit i bas bahan enda. Ibeli i bas Sigma-Aldrich nari. Asam oksalat (H2C2O4, 99,9%) itukur i bas Macklin nari. Kerina bahan kimia ipake bagi si ialoken alu la lit modifikasi si deban.
Substrat ITO ntah pe FTO (1,5 × 1,5 cm2) ibersihken alu ultrasonik alu deterjen, aseton, ras etanol selama 10 min, kenca si e ikeriken i teruh aliren nitrogen. Lapisen penghalang TiO2 si padat iendesken ku substrat FTO alu make larutan titanium diisopropoksibis(asetilasetonat) i bas etanol (1/25, v/v) si iendesken i bas suhu 500 °C selama 60 min. Dispersi koloid SnO2 i encerken alu lau deionisasi alu rasio volume 1:5. I bas substrat si bersih si irawat alu ozon UV selama 20 menit, film tipis nanopartikel SnO2 iendesken alu kecepatan 4000 rpm selama 30 detik kenca si e ipemanas alu suhu 150 °C selama 30 menit. Bagi larutan prekursor perovskit, 275,2 mg FAI, 737,6 mg PbI2 ras FACl (20 mol%) ilarutken ibas pelarut campuren DMF/DMSO (15/1). Lapisen perovskit isikapken alu sentrifugasi 40 μL larutan prekursor perovskit i datas lapisen SnO2 si irawat alu UV-ozon alu kecepatan 5000 rpm i udara sekitar selama 25 s. 5 detik kenca terakhir kali, 50 μL larutan MACl IPA (4 mg/mL) alu pedas ipedarat ku substrat jadi antipelarut. Jenari, film-film si mbaru isikapken e i-anneal i bas suhu 150°C selama 20 min kenca si e i bas suhu 100°C selama 10 min. Kenca enggo dingin film perovskit ku suhu kamar, larutan H2C2O4 (1, 2, 4 mg ilarutken ibas 1 mL IPA) isentrifugasi alu kecepatan 4000 rpm selama 30 s guna pasif permukaan perovskit. Larutan spiro-OMeTAD si isikapken alu mencampurken 72,3 mg spiro-OMeTAD, 1 ml CB, 27 μl tBP ras 17,5 μl Li-TFSI (520 mg i bas 1 ml asetonitril) ilapisi alu putaren ku film alu 4000 rpm i bas 4000 rpm i bas waktu. Dungna, lapisen Au si tebalna 100 nm iuapken i bas vakum alu kecepatan 0,05 nm/s (0~1 nm), 0,1 nm/s (2~15 nm) ras 0,5 nm/s (16~100 nm) . ).
Kinerja SC sel surya perovskite iukur alu make Keithley 2400 meter i teruh penerangan simulator surya (SS-X50) alu intensitas cahaya 100 mW/cm2 ras iverifikasi alu make sel surya silikon standar si enggo ikalibrasi. Adi la lit si ngatakenca, kurva SP iukur i bas kotak sarung tangan si iisi nitrogen i bas suhu kamar (~25°C) i bas mode scan maju ras mundur (langkah tegangan 20 mV, waktu penundaan 10 ms). Igunaken masker bayangan guna nentuken luas efektif 0,067 cm2 guna PSC si iukur. Pengukuren EQE ilakoken i bas udara sekitar alu make sistem PVE300-IVT210 (Teknologi Penglihatan Industri (-na) Pte Ltd) alu cahaya monokromatik si terfokus ku alat e. Guna stabilitas perangkat, pengujian sel surya si la terkapsul ilakoken i bas kotak sarung tangan nitrogen alu tekanan 100 mW/cm2 tanpa filter UV. ToF-SIMS iukur alu make SIMS waktu penerbangan nanoTOFII PHI. Profiling kedalaman idatken alu make pistol ion Ar 4 kV si luasna 400×400 μm.
Pengukuren spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) ilakoken i bas sistem Ilmiah Thermo-VG (ESCALAB 250) alu make Al Kα monokromatisasi (guna mode XPS) i bas tekanan 5,0 × 10–7 Pa. Morfologi permukaan ras kekasaran film perovskit iukur alu make mikroskop gaya atom (AFM) (FastScan Dimensi Bruker). BIDANG ras HAADF-BIDANG ilakoken i FEI Titan Themis BIDANG. Spektrum penyerapan UV-Vis iukur alu make UV-3600Plus (Perusahaan Shimadzu). Arus pembatas muaten ruang angkasa (SCLC) icatat i bas sada Keithley 2400 meter. Fotoluminesen keadaan stabil (PL) ras fotoluminesen si terselesaikan waktu (TRPL) peluruhan seumur geluh pembawa iukur alu make spektrometer fotoluminesen FLS 1000. Gambar pemetaan PL iukur alu make sistem Raman LabRam Horiba Evolusi SDM. Spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) ilakoken alu make sistem Thermo-Fisher Nicolet NXR 9650.
I bas dahin enda, ipake kami metode pengambilan sampel jalur SSW guna mpelajari jalur transisi fase i bas fase α nari ku fase δ. Ibas metode SSW, gerak permukaan energi potensial itentuken arah mode lembut acak (turunen kedua), si memungkinken studi si rinci ras objektif kerna permukaan energi potensial. Ibas karya enda, pengambilan sampel jalur ilakoken ibas supersel 72 atom, ras lebih 100 pasangan keadaan awal/akhir (IS/FS) ipepulung ibas tingkat DFT. Erpalasken kumpulen data pasangan IS/FS, jalur si menghubungken struktur awal ras struktur akhir banci itentuken alu korespondensi antar atom, jenari pergeraken dua arah i sepanjang permukaan satuan variabel ipake guna nentuken alu lancar metode keadaan transisi. (VK-PERTAMA). Kenca idarami keadaan transisi, jalur si lit penghalangna si terendah banci itentuken alu peringkatken penghalang energi.
Kerina perhitungen DFT ilakoken alu make VASP (versi 5.3.5), i ja interaksi elektron–ion atom C, N, H, Pb, ras I iwakili alu skema gelombang si ipegegehi (PAW) si iproyeksiken. Fungsi korelasi pertukaran ituriken alu pendekaten gradien si umum i bas parametrisasi Perdue-Burke-Ernzerhoff. Batas energi guna gelombang bidang itetapken 400 eV. Kisi-kisi titik k Monkhorst-Pack lit ukurenna (2 × 2 × 1). Bagi kerina struktur, posisi kisi ras atom ioptimalken sepenuhna seh maka komponen tegangan maksimum i teruh 0,1 GPa ras komponen gaya maksimum i teruh 0,02 eV/Å. Ibas model permukaan, permukaan FAPbI3 lit 4 lapis, lapisen teruh lit atom tetap si mensimulasiken badan FAPbI3, janah telu lapisen datas banci bergerak bebas ibas proses optimasi. Lapisen PbC2O4 tebalna 1 ML janah lit i bas permukaan I-terminal FAPbI3, i ja Pb terikat ku 1 I ras 4 O.
Guna meteh terbuen kerna desain studi, nehen Abstrak Laporan Portofolio Alam si lit hubungenna ras artikel enda.
Kerina data si idatken ntah pe si ianalisa i bas penelitian enda imasukken ku bas artikel si iterbitken, bage pe ku bas informasi pendukung ras file data mentah. Data mentah si ipeseh i bas penelitian enda lit i bas https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440. Data sumber enggo ibereken guna artikel enda.
Hijau, M. ras si debanna. Tabel Efisiensi Sel Surya (edisi si pe-57-ken). program si lit. fotolistrik si lit i bas. sumber daya si lit. aplikasi. 29, 3-15 (tahun 2021).
Parker J. ras teman-temanna. Mengontrol pertumbuhen lapisen perovskit alu make alkil amonium klorida si mudah menguap. Alam 616, 724-730 (2023).
Zhao Y. ras teman-temanna. La aktif (PbI2)2RbCl menstabilken film perovskit guna sel surya si efisiensi tinggi. Ilmu Pengetahuan 377, 531-534 (2022).
Tan, K. ras si debanna. Sel surya perovskit si terbalik alu make dopan dimetilakridinil. Alam, 620, 545-551 (2023).
Han, K. ras si debanna. Yodida timah formamidin kristal tunggal (FAPbI3): wawasen kerna sifat struktural, optik ras listrik. kata kerja. Mat. 28, 2253-2258 (2016) i bas tahun 2016.
Massey, S. ras si debanna. Penstabilan fase perovskit hitam ibas FAPbI3 ras CsPbI3. AKS Komunikasi Energi. 5, tahun 1974-1985 (2020).
Kam, JJ, ras si debanna. Sel surya perovskite si efisien arah pengelolaan pembawa si lebih mehuli. Alam 590, 587-593 (2021).
Saliba M. ras teman-temanna. Penggabungan kation rubidium ku bas sel surya perovskite meningkatken kinerja fotovoltaik. Ilmu pengetahuan 354, 206-209 (2016) i bas tahun 2016.
Saliba M. ras teman-temanna. Sel surya sesium perovskite si lit kationna telu: stabilitas si reh ulina, banci ireproduksi ras efisiensi si meganjang. lingkungen si ertenaga. ilmu pengetahuan si lit. 9, tahun 1989-1997 (2016).
Cui X. ras si debanna. Kemajun si mbaru-mbaru enda i bas stabilisasi fase FAPbI3 i bas sel surya perovskite si berkinerja tinggi Sol. RRL 6, tahun 2200497 (2022).
Delagetta S. ras teman-temanna. Pemisahan fase fotoinduksi si irasionalisasi i bas perovskit organik-anorganik halida campuren. Nat. mereken. 8, 200 tahun 2017.
Slotkavage, DJ ras si debanna. Pemisahan fase si ibahan cahaya i bas penyerap perovskit halida. AKS Komunikasi Energi. 1, 1199-1205 (2016).
Chen, L. ras si debanna. Stabilitas fase intrinsik ras celah pita intrinsik kristal tunggal perovskit timah triyodida formamidin. Anjiwa. Kimia. internasionalitasna. Ed. 61. i bas tahun 2022.
Duinsti, EA rsd Memahami penguraian metilendiamonium ras peranna ibas stabilisasi fase timah triyodida formamidin. J. Kimia. Jalang. 18, 10275-10284 (2023).
Lu, HZ ras si debanna. Pengendapen uap si efisien ras stabil i bas sel surya perovskite hitam FAPbI3. Ilmu pengetahuan 370, 74 (2020) i bas tahun 2020.
Doherty, TAS rsd Perovskit halida oktahedral miring si stabil menekan pembentuken fase si lokal alu karakteristik si terbatas. Ilmu pengetahuan 374, tahun 1598-1605 (2021).
Ho, K. ras si debanna. Mekanisme transformasi ras degradasi butir-butir formamidin ras perovskit sesium ras timah yodida i teruh pengaruh kelembapen ras cahaya. AKS Komunikasi Energi. 6, 934-940 (2021).
Zheng J. ras teman-temanna. Perkembangen anion pseudohalida guna sel surya perovskit α-FAPbI3. Alam 592, 381-385 (2021).