Tarima kasih lebba nu kunjungi Nature.com. Versi browser nupakea nia dukungang CSS terbatas. Untuk hasil yang lebih baik, kami sarankan menggunakan versi baru dari browser Anda (yareka mematikan mode kompatibilitas di Internet Explorer). Ri wattu kammayami anne, untu' ampa'tantui dukungang tulusu', kipa'piitteangmi situs tenaya na'gaya yareka JavaScript.
Pasivasi cacat sanna'mi nipake untu' ampa'jari bajiki kinerja sel surya perovskite triiodida timah, mingka wassele'na cacat-cacat maraengannaya ri stabilitas fase α tenapa natangkasa; Anrinni, ammake teori fungsional kepadatan, kiidentifikasi untuk uru-uruna jalur degradasi perovskite triiodida timah formamidin battu ri α-fase mange ri δ-fase siagang amparessai wassele'na cacat-cacat ri penghalang energi transisi fase. Hasil simulasi na prediksi angkua lowongan yodium sanna'i na akkulle a'jari degradasi nasaba' sanna'i na pa'kurangi penghalang energi untuk transisi fase α-δ siagang rie' energi pembentukan kaminang rannu ri tompo'na perovskite. Pa'nassaang lapisi padat oksalat timah yang tena na larut ri je'ne' ri tompo'na perovskite sanna'i na halangi dekomposisi fase α, na anre' na'kulle a'lette' siagang a'la'bang yodium. Nampa pole, anne strategia akkullei nakurangi rekombinasi nonradiatif antarmuka siagang natambai efisiensi sel surya mange ri 25,39% (nisertifikasi 24,92%). Perangkat yang tidak dibungkus dapat tetap mempertahankan efisiensi aslinya 92% setelah beroperasi dengan daya maksimal selama 550 jam di bawah simulasi 1,5 G iradiasi massa udara.
Efisiensi konversi daya (PCE) sel surya perovskite (PSCs) narapi rekor tinggi 26%1. Battu ri taung 2015, PSC modern na pilei formamidine triiodide perovskite (FAPbI3) salaku lapisang akkullea anseroi cahaya nasaba stabilitas termalna yang sanna baji'na siagang bandgap preferensialna a'reppese' ri batas Shockley-Keisser 2,3,4. Sayangna, film FAPbI3 secara termodinamis allaloi transisi fase battu ri fase α itang mange ri fase δ non-perovskite kuning ri suhu kamar5,6. Untu anjagai pabentukang fase delta, a'rupa-rupa komposisi perovskite kompleks lebba ni kembangkan. Strategi yang paling umum untuk mengatasi masalah ini adalah mencampur FAPbI3 dengan kombinasi ion metil amonium (MA+), sesium (Cs+) dan bromida (Br-)7,8,9. Mingka, perovskit hibrida anre' na'kulle a'pa'la'bang bandgap siagang pemisahan fase fotoinduksi, na anre' na'kulle anjama siagang stabilitas operasional PSCs10,11,12.
Studi beru-berua ampa'piitteangi angkua kristal tunggal murni FAPbI3 tena dopingna nia' stabilitasna sanna' baji'na lanri kristalinitasna sanna' baji'na siagang cacatna sanna' tunana13,14. Jari, angngurangi cacat siagang natambai kristalinitas FAPbI3 massal iami antu strategi penting untu' ampa'gannaki PSCs2,15 yang efisien siagang stabil. Mingka, ri wattu operasi FAPbI3 PSC, degradasi mange ri fase non-perovskite δ heksagonal kuning yang tidak diinginkan masih dapat terjadi16. Prosesna biasana appakkaramula ri tompo siagang batas butir yang lebih rentan ri je'ne, panas siagang cahaya nasaba rie'na jai area cacat17. Jari, pasivasi permukaan/butir parallui untu ampaentengi fase itang FAPbI318. Jai strategi pasivasi cacat, termasuk pengenalan perovskit dimensi rendah, molekul Lewis asam-basa, dan garam halida amonium, telah membuat kemajuan besar dalam formamidin PSCs19,20,21,22. Sa'genna kamma-kamma anne, sanna' jaina studi a'fokus ri peran cacat-cacat ri laleng ampattantui sipa' optoelektronik sangkamma rekombinasi pembawa, lantang difusi siagang struktur pita ri sel surya22,23,24. Pa'pada, teori fungsional kepadatan (DFT) ni pakei untu' secara teoritis anrekengi energi pembentukan siagang tingka' energi jebakan battu ri pa'bageang cacat, yang sanna' ni pake untu' antuntuki desain pasivasi praktis20,25,26. Ri wattu jaina cacat na kurangi, stabilitasna anjo perangkata biasana pilak baji. Mingka, ri formamidine PSCs, mekanisme pangaru battu ri pa'bageang cacat ri stabilitas fase siagang sipa' fotolistrik parallui sanna' assisala. Situru' pangngassengangta, pahang poko'na antekamma batena cacat a'jari transisi fase kubik mange ri heksagonal (α-δ) siagang peran pasivasi permukaan ri stabilitas fase α-FAPbI3 perovskite anre'pa na'kulle nipahang baji'.
Anrinni, kipa'nyatai jalur degradasi FAPbI3 perovskite battu ri α-fase itang mange ri δ-fase kuning siagang pengaruhna cacat-cacat maraeng ri penghalang energi transisi α-to-δ-fase melalui DFT. I lowongan, yang mudah dihasilkan selama fabrikasi film dan operasi perangkat, diprediksi paling mungkin untuk memulai transisi fase α-δ. Jari, kipa'nassai lapisi' padat timah oksalat (PbC2O4) yang tena na larut ri je'ne' siagang stabil secara kimia ri tompo'na FAPbI3 ilalang reaksi in situ. Permukaan oksalat timah (LOS) antahangi pabentukang kosong I siagang antahangi migrasi ion I punna ni rangsang ri panas, cahaya, siagang medan listrik. LOS yang dihasilkan secara signifikan mengurangi rekombinasi nonradiatif antarmuka dan meningkatkan efisiensi FAPbI3 PSC menjadi 25,39% (nisertifikasi menjadi 24,92%). Perangkat LOS yang tidak dibungkus mempertahankan 92% efisiensi aslinya setelah beroperasi di titik daya maksimal (MPP) selama lebih dari 550 jam pada massa udara simulasi (AM) 1,5 G radiasi.
Ikatte uru-uruna anggaukangi perhitungan ab initio untuk amboyai jalur dekomposisi FAPbI3 perovskite untuk transisi battu ri fase α mange ri fase δ. Battu ri proses transformasi fase rinci, ni gappai angkua transformasi battu ri oktahedron sudu' tallu dimensi [PbI6] ri fase α kubik FAPbI3 mange ri oktahedron berbagi sisi [PbI6] se're dimensi ri fase δ heksagonal FAPbI3 nigappai. Pb-I a'bentu' ikatan ri langkah maka se're (Int-1), siagang penghalang energina narapi' 0,62 eV/sel, sangkamma ni cini' ri gambara 1a. Ri wattu oktahedron nipinra ri arah [0\(\bar{1}\)1], rantai heksagonal sike'de' a'la'bang battu ri 1×1 mange ri 1×3, 1×4 siagang kala'busanna antama' ri fase δ. Rasio orientasi battu ri sikontu jalur iamintu (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ. battu ri diagram distribusi energi, akkullei nigappa angkua ribokoangna nukleasi fase δ FAPbI3 ri tahap-tahap ribokoangna, penghalang energi labbi rannu na transisi fase α, battuangna transisi fase lani percepat. Jelas, langkah pertama untuk mengendalikan transisi fase sangat penting jika kita ingin menekan degradasi fase α.
a Proses transformasi fase battu ri kairi mange ri kanang – fase FAPbI3 itang (α-fase), pembelahan ikatan Pb-I pertama (Int-1) siagang pembelahan ikatan Pb-I selanjutnya (Int-2, Int -3 siagang Int -4) siagang fase kuning FAPbI3 (fase delta). b Halangan energi untuk transisi fase α ke δ FAPbI3 berdasarkan berbagai cacat titik intrinsik. Garis putus-putus ampa'piitteangi penghalang energi kristal ideal (0.62 eV). c Energi pembentukan cacat titik primer ri tompo perovskite timah. Sumbu absis iami antu penghalang energi transisi fase α-δ, siagang sumbu ordinat iami antu energi pembentukan cacat. Bageang ni bayangi abu-abu, kuning siagang eja iami antu tipe I (EB rannu-FE tinggi), tipe II (FE tinggi) siagang tipe III (EB rannu-FE rannu), massing-massing. d Energi pembentukan cacat VI siagang LOS FAPbI3 ri kontrol. e I penghalang ion migrasi ri kontrol siagang LOS FAPbI3. f – skematik representasi migrasi ion I (bola oranye) siagang gLOS FAPbI3 (abu-abu, timah; ungu (oranye), yodium (yodium mobile)) ri kontrol gf (kiri: pandangan atas; kanan: penampang, coklat); karbon; biru ca'di – nitrogen; eja – oksigen; warna pink muda - hidrogen). Data sumber ni pasadiai ri bentu file data sumber.
Nampa secara sistematis niparessai pengaruhna cacat titik intrinsik (termasuk PbFA, IFA, PbI, siagang IPb antisite occupancy; Pbi siagang Ii atom interstisial; siagang VI, VFA, siagang VPb kekosongan), yang ni anggap sebagai faktor kunci. yang menyebabkan degradasi fase tingkat atom dan energi ditunjukkan pada gambara 1b dan Tabel Tambahan 1. Menariknya, tidak semua cacat mengurangi penghalang energi transisi fase α-δ (Gambar 1b). Ikatte tappaki angkanaya cacat niaka energi pembentukanna rannu siagang halangan energi transisi fase α-δ rannu ni anggap merugikan stabilitas fase. Sangkamma lebaka nipau riolo, permukaang kaya timah umumna ni anggap efektif untuk formamidine PSC27. Jari, a'fokus maki ri PbI2-terminated (100) permukaan ilalang kondisi kaya timah. Energi pembentukan cacat cacat titik intrinsik permukaan ni pa'piitteang ri gambara 1c siagang Tabel Tambahan 1. Berdasarkan energi penghalang (EB) siagang energi pembentukan transisi fase (FE), cacat-cacat anne ni bagikan anjari tallu jenis. Tipe I (EB rannu-FE tinggi): Manna pole IPb, VFA siagang VPb signifikan nakurangi halangan energi mange ri transisi fase, mingka nia energi pembentukan tinggi. Jari, ikatte tappaki angkanaya anne rupanna cacat nia dampakna terbatas ri transisi fase nasaba jarang ni bentu. Tipe II (EB tinggi): Lanri ni pa bajiki penghalang energi transisi fase α-δ, cacat anti-situs PbI, IFA siagang PbFA tena na ancuruki stabilitas fase α-FAPbI3 perovskite. Tipe III (EB rendah-FE rendah): cacat VI, Ii siagang Pbi siagang energi pembentukan relatif rendah akkullei ajari degradasi fase hitam. Terutama punna nisare FE siagang EB VI kaminang rannu, ikatte tappaki angkanaya strategi kaminang baji iamintu ampakurangi lowongan I.
Untu' ampa'kurangi VI, kipaentengi lapisi' padat PbC2O4 untu' ampa'jari bajiki tompo'na FAPbI3. Punna nipasibandingi siagang pasivator garam halida organik sangkamma feniletilamonium yodida (PEAI) siagang n-oktilammonium yodida (OAI), PbC2O4, yang tena na nia ion halogen mobile, stabil secara kimia, tena na larut ri je'ne, siagang gampang ni nonaktifkan punna ni stimulasi. Stabilisasi baji'na kelembaban permukaan siagang medan listrik perovskite. Kelarutan PbC2O4 ri laleng je'ne' iamintu 0,00065 g/L, ia labbi rannu na PbSO428. Yang lebih penting, lapisan padat dan seragam LOS dapat dipersiapkan dengan lembut pada film perovskite menggunakan reaksi in situ (lihat di bawah). Ikatte anggaukangi simulasi DFT ikatan antarmuka antara FAPbI3 siagang PbC2O4 sangkamma ni cini' ri gambara tambahan 1. Tabel tambahan 2 ampa'piitteangi energi pembentukan cacat ribokoangna injeksi LOS. Ikatte anggappai LOS teai bawang natambai energi pembentukan cacat VI 0,69-1,53 eV (Gambara 1d), mingka natambai tongi energi aktivasi I ri permukaang migrasi siagang permukaang assulu (Gambara 1e). Ri tahap maka se're, ion I a'lette' ri tompo'na perovskite, nasalai ion VI ri posisi kisi siagang penghalang energi 0,61 eV. Punna lebaki nipa'nassa LOS, lanri wassele'na halangan sterik, energi aktivasi untuk migrasi ion I natambai mange ri. 1.28 eV. Ri wattu migrasi ion I ambokoi permukaang perovskite, penghalang energi ri VOC tinggi tongi naia ri sampel kontrol (Gbr. 1e). Diagram skematik jalur migrasi ion I ri kontrol siagang LOS FAPbI3 ni pa'piitteang ri gambara 1 f siagang g, massing-massing. Hasil simulasi ampa'piitteangi angkua LOS akkullei antahangi pa'bentukanna cacat VI siagang volatilisasi I, sa'genna anre' na'kulle nukleasi transisi fase α mange ri δ.
Reaksi antara asam oksalat siagang FAPbI3 perovskit niuji. Punna lebaki nicampuru larutan asam oksalat siagang FAPbI3, sanna' jaina endapan pute nibentu', sangkamma ni cini'a ri gambara tambahan 2. Produk bubuk ni identifikasi salaku bahan PbC2O4 murni ammake difraksi sinar-X (XRD) (Gambar tambahan 3) siagang spektroskopi inframerah transformasi Fourier (SIR) (Gambar tambahan). Ikatte anggappai asam oksalat sanna larutna ri alkohol isopropil (IPA) ri suhu kamara siagang kelarutan kira-kira 18 mg/mL, sangkamma ni cini' ri gambara tambahan 5. anne ampa'jari prosesna ribokoangna labbi gampang nasaba' IPA, salaku pelarut pasivasi biasa, tena na ancuruki lapisan perovskite ri wattu sike'de' 99. Jari, punna nipantama film perovskite ri larutan asam oksalat atau spin-coating larutan asam oksalat mange ri perovskite, PbC2O4 tipis siagang padat akkullei nigappai sanna' linta'na ri tompo'na film perovskite situru' persamaan kimia kamma anne: H2C2O4 + FAPI3 = PbI3 + FAI FAI akkullei ni larutkan ri IPA siagang akkullei ni pasulu ri wattu ni pallu. Tebalna LOS akkullei nikontrol ri wattu reaksi siagang konsentrasi prekursor.
Gambar mikroskop elektron pindai (SEM) kontrol siagang film perovskite LOS ni pa'piitteang ri gambara 2a,b. Wassele'na ampa'piitteangi angkua morfologi tompo'na perovskite nijaga baji', siagang jai partikel halus nipantama' ri tompo'na buttaya, ia mustia a'wakilkan lapisan PbC2O4 ni bentu' ri reaksi in-situ. Film perovskite LOS nia permukaanna sike'de' labbi alusu (Gambara Tambahan 6) siagang sudut kontak je'ne' labbi lompo punna nipasibandingangi siagang film kontrol (Gambara Tambahan 7). Mikroskop elektron transversal resolusi tinggi (HR-TEM) nipakei untu' ampa'bedakangi lapisi' tompo'na anjo baranga. Punna nipasibandingi siagang film kontrol (Gbr. 2c), lapisi tipis seragam siagang padat siagang ketebalan kira-kira 10 nm sanna' singara'na ri tompo'na LOS perovskite (Gbr. 2d). Pake mikroskop elektron pindai medan gelap annular tinggi-sudut (HAADF-STEM) untuk ansalidiki antarmuka antara PbC2O4 siagang FAPbI3, kehadiran daerah kristal FAPbI3 siagang daerah amorf PbC2O4 akkullei niparessai siagang singara (Gambara Tambahan 8). Komposisi permukaan perovskite ribokoangna perawatan asam oksalat ni tanrai siagang pengukuran spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS), sangkamma ni cini' ri gambara 2e-g. Ri gambara 2e, puncak C 1s sekitar 284,8 eV siagang 288,5 eV antama ri sinyal CC siagang FA spesifik, massing-massing. Punna nipasibandingi siagang membran kontrol, membran LOS napappicinikangi puncak tambahan ri 289,2 eV, nikana C2O42-. Spektrum O 1s LOS perovskite ampa'piitteang tallu puncak O 1s sisalana secara kimia ri 531,7 eV, 532,5 eV, siagang 533,4 eV, sicoco' siagang COO deprotonated, C=O kelompok oksalat utuh 30 siagang atom O komponen OH (Gbr. 2). )). Untuk sampel kontrol, se'reji puncak O 1s ca'di ni cini', yang akkulle ni pasisambungang siagang oksigen yang ni serap ri tompo'na. Karakteristik membran kontrol Pb 4f7/2 siagang Pb 4f5/2 niaki ri 138,4 eV siagang 143,3 eV, massing-massing. Ikatte anciniki LOS perovskite ampa'piitteang pergeserang puncak Pb kira-kira 0,15 eV mange ri energi pengikatan tinggi, ampa'piitteang interaksi labbi kuat ri alla'na atom C2O42- siagang Pb (Gbr. 2g).
a gambara SEM kontrol siagang b film perovskite LOS, pa'cinikang irate. c Mikroskop elektron transmisi penampang resolusi tinggi (HR-TEM) kontrol siagang d film perovskite LOS. XPS resolusi tinggi battu ri e C 1s, f O 1s siagang g Pb 4f film perovskite. Data sumber ni pasadiai ri bentu file data sumber.
Situru hasil DFT, secara teoritis ni prediksi angkua cacat VI siagang migrasi I gampang ajari transisi fase battu ri α mange ri δ. Laporang rioloa ampa'piitteangi angkua I2 sanna' linta'na nilappassang battu ri film perovskite berbasis PC ri wattu fotoimmersi ribokoangna nipa'piitteang filma ri cahaya siagang tekanan termal31,32,33. Untu' ampa'nassai efek stabilisasi timah oksalat ri fase α-perovskite, kipantama'i film perovskite kontrol siagang LOS ri botolo' kaca transparan niaka toluena, nampa ni radiasi siagang 1 cahaya mata allo 24 h. Ikatte angngukuri penyerapan cahaya ultraviolet siagang cahaya yang terlihat (UV-Vis). ) larutan toluena, sangkamma ni cini' ri gambara 3a. Punna nipasibandingi siagang sampel kontrol, intensitas penyerapan I2 labbi rannu ni cini' ri kasus LOS-perovskite, a'nassai angkua LOS kompak akkullei na halangi pelepasan I2 battu ri film perovskite ri wattu immersi cahaya. Foto-foto kontrol tua siagang film perovskite LOS ni pa'piitteang ri inset gambara 3b siagang c. Perovskite LOS iami antu kebo, sementara sebagian besar film kontrol ajari kuning. Spektrum absorpsi UV-visible battu ri film ni tenggelam ni pa'piitteang ri gambara. 3b, c. Ikatte anciniki angkua absorpsi yang sesuai siagang α ri film kontrol sanna'mi kurangna. Pangngukurang sinar-X nigaukangi untuk andokumentasikan evolusi struktur kristal. Punna lebaki 24 jam penerangan, perovskite kontrol ampa'piitteang sinyal δ-fase kuning kuat (11,8°), sementara perovskite LOS tuli ampaentengi fase itang baji' (Gambara 3d).
Spektrum absorpsi UV-visible larutan toluene di mana film kontrol dan film LOS direndam di bawah 1 sinar matahari selama 24 jam. Inset a'pa'piitteang se're botol ri kere-keremae massing-massing film nipantama ri volume toluene yang sama. b Spektrum absorpsi UV-Vis film kontrol siagang c film LOS riolo siagang ribokoangna 24 h nipantama ri 1 sinar mata allo. Inset a'pa'piitteang foto battu ri film uji. d Pola difraksi sinar-X kontrol siagang film LOS riolo siagang ribokoangna 24 h eksposur. Gambar SEM film kontrol e siagang film f LOS ribokoangna 24 jam eksposur. Data sumber ni pasadiai ri bentu file data sumber.
Ikatte anggaukangi pengukuran mikroskop elektron pindai (SEM) untuk anciniki perubahan mikrostruktur film perovskite ribokoangna 24 jam penerangan, sangkamma ni cini' ri gambara 3e,f. Ri film kontrol, butir-butir lompo ni ancuru siagang nipinra ajari jarum caik, yang sesuai dengan morfologi produk δ-fase FAPbI3 (Gbr. 3e). Untuk film LOS, butir perovskite tetap dalam kondisi baik (Gambar 3f). Wassele'na napa'butti angkua ruginna I signifikan na induksi transisi battu ri fase kebo' mange ri fase kuning, sementara PbC2O4 na stabilkan fase kebo', anjagai ruginna I. Nasaba' kepadatan kosong ri tompo'na sanna' tinggina na ri massal gandung,34 fase anne labbi sanna'i kajariang ri tompo'na gandung. sikali-kali ampasuluki yodium siagang a'bentu' VI. Sangkamma ni prediksi ri DFT, LOS akkullei antahangi pabentukang cacat VI siagang antahangi migrasi ion I mange ri tompo perovskite.
Nampa pole, wassele lapisi PbC2O4 ri ketahanan kelembaban film perovskite ri udara atmosfer (kelembaban relatif 30-60%) nipelajari. Sangkamma ni cini' ri gambara tambahan 9, perovskite LOS sanna' iji kebo'na ribokoangna 12 allo, nampa film kontrol a'jari kebo'. Ri pa'ukkurukang XRD, film kontrol ampa'piitteang puncak kuat ri 11,8° sicoco' siagang fase δ FAPbI3, sementara perovskite LOS napertahankangi fase α itang baji' (Gambara Tambahan 10).
Fotoluminescens keadaan mantap (PL) siagang fotoluminescens time-resolved (TRPL) ni pakei untuk amparessai efek pasivasi timah oksalat ri tompo perovskite. Ri gambara. gambara 4a ampa'piitteangi angkua film LOS natambai intensitas PL. Ri gambara pemetaan PL, intensitas film LOS ri sikontu area 10 × 10 μm2 labbi tinggi na film kontrol (Gambar Tambahan 11), a'nassai angkua PbC2O4 seragam pasifasi film perovskite. Umur pembawa ni tentukan siagang ni perkirakan peluruhan TRPL siagang fungsi eksponensial tunggal (Gbr. 4b). Umur pembawa film LOS iamintu 5,2 μs, iamintu labbi lantang na film kontrol siagang umur pembawa 0,9 μs, a'nassai rekombinasi nonradiatif permukaang ni kurangi.
PL keadaang mantap siagang b-spektra PL sementara film perovskite ri substrat kaca. c kurva SP perangkat (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au). d spektrum EQE siagang spektrum Jsc EQE ni integrasi battu ri perangkat kaminang effisien. d Ketergantungan intensitas cahaya perangkat perovskite pada diagram Voc. f Analisis MKRC biasaya ammake ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au perangkat lubang bersih. VTFL iami antu tegangan pengisian perangkap maksimal. battu ri anne dataya nirekengi densitas perangkap (Nt). Data sumber ni pasadiai ri bentu file data sumber.
Untu amparessai wassele lapisi oksalat timah ri kinerja perangkat, struktur kontak FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au tradisional ni pakei. Ikatte ampakei formamidin klorida (FACl) salaku aditif ri prekursor perovskit naia metilamin hidroklorida (MACl) untuk ampa'jari kinerja perangkat yang baji', nasaba' FACl akkullei assarei kualitas kristal yang baji' siagang angngewai celah pita FAPbI335 (ciniki gambara tambahan 1 siagang 2 untuk pa'bandingang rinci). ). 12-14). IPA nipile salaku antisolvent nasaba assarei kualitas kristal yang labbi baji siagang orientasi yang ni pile ri film perovskite nibandingkan siagang dietil eter (DE) atau klorobenzena (CB)36 (Gambara Tambahan 15 siagang 16). Ketebalan PbC2O4 ni optimalkan dengan hati-hati untuk menyeimbangkan pasivasi cacat dan transportasi muatan dengan menyesuaikan konsentrasi asam oksalat (Gambar Tambahan 17). Gambara SEM cross-sectional battu ri perangkat kontrol siagang LOS ni optimalkan ni pa'piitteang ri gambara tambahan 18. Kurva kepadatan arus (CD) khas untuk perangkat kontrol siagang LOS ni pa'piitteang ri gambara 4c, siagang parameter ni ekstrak ni pa'piitteang ri tabel tambahan 3. Efisiensi konversi daya maksimal (PCE) sel kontrol (343%, 24%, Jc.). 25.75 mA cm-2 (25.74 mA cm-2), Voc 1.16 V (1.16 V) siagang reverse (forward) scan. Faktor pengisian (FF) iamintu 78,40% (76,69%). PCE LOS PSC maksimal iamintu 25,39% (24,79%), Jsc iamintu 25,77 mA cm-2, Voc iamintu 1,18 V, FF iamintu 83,50% (81,52%) battu ri boko (Scan mange ri dallekang). Perangkat LOS narapi kinerja fotovoltaik bersertifikat 24,92% ri laboratorium fotovoltaik pihak ketiga terpercaya (Gambar Tambahan 19). Efisiensi kuantum eksternal (EQE) assarei Jsc terpadu 24,90 mA cm-2 (kontrol) siagang 25,18 mA cm-2 (LOS PSC), massing-massing, yang sanna' baji'na siagang Jsc ni ukkuru' ri spektrum standar AM 1,5 G (Gbr. .4d). ) . Distribusi statistik PCEs ni ukkuru untuk kontrol siagang LOS PSCs ni pa'piitteang ri gambara tambahan 20.
Sangkamma ni cini' ri gambara 4e, hubunganna Voc siagang intensitas cahaya nirekengi untu' amparessai wassele'na PbC2O4 ri rekombinasi permukaang nibantu perangkap. Kemiringan garis yang dipasang untuk perangkat LOS adalah 1,16 kBT/sq, yang lebih rendah dari kemiringan garis yang dipasang untuk perangkat kontrol (1,31 kBT/sq), memastikan bahwa LOS berguna untuk menghambat rekombinasi permukaan oleh umpan. Ikatte ampakei teknologi space charge current limiting (SCLC) untuk angngukuri secara kuantitatif kepadatan cacat film perovskite siagang angngukuri karakteristik IV gelap perangkat lubang (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) sangkamma ni cini' ri gambara. 4f Pappicinikangi. Kepadatan perangkap nirekengi siagang rumus Nt = 2ε0εVTFL/eL2, na ε iami antu konstanta dielektrik relatif film perovskite, ε0 iami antu konstanta dielektrik vakum, VTFL iami antu tegangan pembatas untuk angngisi perangkap, e iami muatan, L iami antu ketebalan film perovskite (65 nm). Kepadatan cacat perangkat VOC nirekengi 1,450 × 1015 cm-3, iamintu labbi rannu na kepadatan cacat perangkat kontrol, iamintu 1,795 × 1015 cm-3.
Perangkat yang tidak dibungkus diuji di titik daya maksimal (MPP) di bawah cahaya penuh di bawah nitrogen untuk memeriksa stabilitas kinerja jangka panjangnya (Gambar 5a). Punna lebaki 550 jam, perangkat LOS tuli na paentengi 92% efisiensi maksimalna, sementara kinerja perangkat kontrol naung mange ri 60% kinerja aslina. Distribusi elemen ri perangkat lama ni ukkuru siagang spektrometri massa ion sekunder waktu-penerbangan (ToF-SIMS) (Gbr. 5b, c). Pa'rappungang lompo yodium akkullei ni cini' ri area kontrol bulaeng bageang rate. Kondisi perlindungan gas inert anre' na antama' faktor-faktor ancuru'na lingkungang sangkamma kelembaban siagang oksigen, a'nassai angkua mekanisme internal (iamintu, migrasi ion) iami antu a'tanggong jawa'. Situru hasil ToF-SIMS, ion I- siagang AuI2- nideteksi ri elektroda Au, a'nassai difusi I battu ri perovskite antama ri Au. Intensitas sinyal ion I- siagang AuI2- ri perangkat kontrol kira-kira 10 kali labbi tinggi na sampel VOC. Laporang rioloa ampa'piitteangi angkua permeasi ion akkullei a'jari panra'na konduktivitas lubang spiro-OMeTAD siagang korosi kimia lapisan elektroda irate, sa'genna a'jari kodi kontak antarmuka ri perangkat37,38. Elektroda Au nipasulu siagang lapisang spiro-OMeTAD nitangkasi battu ri substrat siagang larutan klorobenzena. Nampa ni karakterkangi anjo filma ammake difraksi sinar-X insiden grazing (GIXRD) (Gambara 5d). Hasilna ampa'piitteangi angkua film kontrol nia puncak difraksi yang jelas ri 11,8°, sementara tena puncak difraksi beru ammumba ri sampel LOS. Wassele'na ampa'piitteangi angkua lompona ruginna ion I ri film kontrol a'jari saba' na'jari fase δ, nampa ri film LOS anne prosesna je'ne'na sanna' ni halang.
575 jam pelacakan MPP tulusu battu ri perangkat yang tidak tersegel dalam atmosfer nitrogen dan 1 cahaya matahari tanpa filter UV. ToF-SIMS distribusi b I- siagang c AuI2- ion ri perangkat kontrol LOS MPP siagang perangkat penuaan. Warna kuning, eja siagang oranye sicocoki siagang Au, Spiro-OMeTAD siagang perovskite. d GIXRD film perovskite ribokoangna uji MPP. Data sumber ni pasadiai ri bentu file data sumber.
Konduktivitas bergantung suhu ni ukkuru untuk memastikan bahwa PbC2O4 dapat menghambat migrasi ion (Gambar Tambahan 21). Energi aktivasi (Ea) migrasi ion ni tentukan siagang angngukuri perubahan konduktivitas (σ) film FAPbI3 ri suhu yang berbeda (T) siagang ammake hubungang Nernst-Einstein: σT = σ0exp(−Ea/kBT), na σ0 iami antu konstanta, kB iami antu konstanta Boltzman. Ikatte anggappai nilai Ea battu ri kemiringan ln(σT) versus 1/T, iamintu 0,283 eV untuk kontrol siagang 0,419 eV untuk perangkat LOS.
Ri pa'pau singkamma, ikatte assarei kerangka teoritis untu' angngassengi jalur degradasi FAPbI3 perovskite siagang pengaruhna sangkamma cacat ri penghalang energi transisi fase α-δ. Ri tangnga-tangngana anne cacat, cacat VI secara teoritis ni prediksi akkullei a'jari transisi fase battu ri α mange ri δ. Lapisi padat PbC2O4 yang tidak larut dalam air dan stabil secara kimia diperkenalkan untuk menstabilkan α-fase FAPbI3 dengan menghambat pembentukan kekosongan I dan migrasi ion I. Anne strategi signifikan nakurangi rekombinasi non-radiatif antarmuka, natambai efisiensi sel surya mange ri 25,39%, siagang natambai stabilitas operasi. Wassele'na ikatte assarei pandudu' untu' ampa'gannaki formamidine PSCs yang efisien siagang stabil siagang antahangi transisi fase α mange ri δ ni induksi cacat.
Titanium(IV) isopropoxide (TTIP, 99.999%) nibalu battu ri Sigma-Aldrich. Asam klorida (HCl, 35,0-37,0%) siagang etanol (anhidrat) nibalu battu ri industri kimia guangzhou. SnO2 (15 wt% tin(IV) oksida koloid dispersi) nibalu battu ri Alfa Aesar. Lead(II) iodide (PbI2, 99.99%) nibalu battu ri TCI Shanghai (Cina). Formamidine iodide (FAI, ≥99.5%), formamidine chloride (FACl, ≥99.5%), methylamine hydrochloride (MACl, ≥99.5%), 2,2′,7,7′-tetrakis-(N , N-di-p) )-methoxyaniline)-9′-spirofluore (Spiro-OMeTAD, ≥99.5%), lithium bis(trifluoromethane)sulfonylimide (Li-TFSI, 99.95%), 4-tert -butylpyridine (tBP, 96%) nibalu battu ri Xi'an Polymer Light Technology Company (Cina). N,N-dimetilformamida (DMF, 99,8%), dimetil sulfoksida (DMSO, 99,9%), alkohol isopropil (IPA, 99,8%), klorobenzena (CB, 99,8%), asetonitril (ACN). Nibalu battu ri Sigma-Aldrich. Asam oksalat (H2C2O4, 99,9%) nibalu battu ri Macklin. Sikontu bahan kimia ni pakei sangkamma ni tarima tena na rie' modifikasi maraeng.
ITO atau FTO substrat (1,5 × 1,5 cm2) dibersihkan secara ultrasonik dengan deterjen, aseton, dan etanol selama 10 min, masing-masing, dan kemudian dikeringkan di bawah aliran nitrogen. Lapisi penghalang TiO2 padat nipantama ri substrat FTO ammake larutan titanium diisopropoxybis(acetylacetonate) ri etanol (1/25, v/v) nipantama ri 500 °C selama 60 min. Dispersi koloid SnO2 ni encerkan siagang je'ne' deionisasi ri rasio volume 1:5. Ri substrat bersih nirawat siagang ozon UV 20 menit, film tipis nanopartikel SnO2 nipantama ri 4000 rpm 30 detik nampa nipanaiki ri 150 °C 30 menit. Untuk larutan prekursor perovskite, 275,2 mg FAI, 737,6 mg PbI2 siagang FACl (20 mol%) ni larutkan ri DMF/DMSO (15/1) pelarut campurang. Lapisi perovskite nipasadiai siagang sentrifugasi 40 μL larutan prekursor perovskite ri tompo'na lapisan SnO2 nirawat UV-ozon ri 5000 rpm ri udara ambien selama 25 s. 5 detik ribokoangna wattu kala’busang, 50 μL larutan MACl IPA (4 mg/mL) nipela’ linta’ mange ri substrat salaku antipelarut. Nampa, film baru ni pasadia ni anneal ri 150°C 20 min nampa ri 100°C 10 min. Punna lebaki ni dinging film perovskite mange ri suhu kamara, larutan H2C2O4 (1, 2, 4 mg ni larutkan ri 1 mL IPA) ni sentrifugasi ri 4000 rpm selama 30 s untuk ampa passifkan permukaan perovskite. Larutan spiro-OMeTAD nipasadia siagang nicampuru 72,3 mg spiro-OMeTAD, 1 ml CB, 27 μl tBP siagang 17,5 μl Li-TFSI (520 mg ri 1 ml asetonitril) ni spin-coat mange ri film ri 4000 rpm lalang 30 s. kalabbusanna, lapisang au tebal 100 nm ni uap ri vakum siagang kecepatan 0,05 nm/s (0~1 nm), 0,1 nm/s (2~15 nm) siagang 0,5 nm/s (16~100 nm) . ).
Kinerja SC sel surya perovskite ni ukkuru siagang Keithley 2400 meter irawanganna pencahayaan simulator surya (SS-X50) ri intensitas cahaya 100 mW/cm2 siagang ni verifikasi ammake sel surya silikon standar yang dikalibrasi. Kecuali punna rie' nipau maraeng, kurva SP ni ukkuru ri kotak sarung tangan niisi nitrogen ri suhu kamar (~25°C) ri mode pindai maju siagang mundur (langkah tegangan 20 mV, waktu penundaan 10 ms). Masker bayangan ni pakei untuk ampattantui area efektif 0,067 cm2 untuk PSC ni ukkuru. Pangngukkurukang EQE nigaukangi ri udara sekitar ammake sistem PVE300-IVT210 (Teknologi Penglihatan Industri(s) Pte Ltd) siagang cahaya monokromatik ni fokuskan ri perangkat. Untuk stabilitas perangkat, pengujian sel surya non-kapsulasi dilakukan dalam kotak sarung tangan nitrogen pada tekanan 100 mW/cm2 tanpa filter UV. ToF-SIMS ni ukkuru siagang PHI nanoTOFII time-of-flight SIMS. Profil kedalaman niallei ammake pistol ion Ar 4 kV siagang luas 400×400 μm.
Pa'ukkuru' spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) nigaukangi ri sistem Thermo-VG Scientific (ESCALAB 250) ammake Al Kα monokromatisasi (untu' mode XPS) ri tekanan 5,0 × 10-7 Pa. Mikroskop elektron pindai (SEM) nigaukangi ri sistem JESM-JOL-3063F. Morfologi permukaan siagang kekasaran film perovskite ni ukkuru siagang mikroskop gaya atom (AFM) (Bruker Dimension FastScan). STEM siagang HAADF-STEM nigaukangi ri FEI Titan Themis STEM. Spektrum absorpsi UV-Vis ni ukkuru siagang UV-3600Plus (Shimadzu Corporation). Arus pembatas muatan ruang angkasa (SCLC) ni catat ri Keithley 2400 meter. Fotoluminescens keadaan mantap (PL) siagang fotoluminescens time-resolved (TRPL) peluruhan umur pembawa ni ukkuru siagang spektrometer fotoluminescens FLS 1000. Gambar pemetaan PL ni ukkuru ammake sistem Horiba LabRam Raman HR Evolution. Spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) nigaukangi ammake sistem Thermo-Fisher Nicolet NXR 9650.
Ri anne jama-jamang, kipakei metode sampling jalur SSW untuk amparessai jalur transisi fase battu ri α-fase mange ri δ-fase. Ri metode SSW, gerakang permukaan energi potensial ni tentukan ri arah mode lembut acak (turunan kedua), yang memungkinkan studi rinci dan objektif permukaan energi potensial. Ri anne jama-jamang, sampling jalur nigaukangi ri 72-atom supersel, siagang labbi 100 pasangan keadaan awal/akhir (IS/FS) ni pa'rappungang ri tingka DFT. Situru data pasangan IS/FS, jalur yang menghubungkan struktur awal dan struktur akhir dapat ditentukan dengan korespondensi antara atom, kemudian gerakan dua arah di sepanjang permukaan satuan variabel digunakan untuk lancar menentukan metode keadaan transisi. (VK-DESV). Punna lebaki ni boyai keadaang transisi, jalur siagang penghalang kaminang rawa akkullei ni tentukan siagang ni peringkatkan penghalang energi.
Sikontu pa'bilangan DFT nigaukangi ammake VASP (versi 5.3.5), na interaksi elektron-ion atom C, N, H, Pb, siagang I niwakilli ri skema gelombang amplifikasi proyeksi (PAW). Fungsi korelasi pertukaran ni gambaraka ri aproksimasi gradien umum ri parametrisasi Perdue-Burke-Ernzerhoff. Batas energi untuk gelombang bidang nipasangi 400 eV. Monkhorst-Pack k-point grid nia ukkuranna (2 × 2 × 1). Untuk sikontu struktur, posisi kisi siagang atom sukkuki ni optimalkan sanggenna komponen tegangan maksimal niaki irawanganna 0,1 GPa siagang komponen gaya maksimal niaki irawanganna 0,02 eV/Å. Ri modele permukaang, permukaang FAPbI3 nia 4 lapisi, lapisi rawaya nia atom tette na simulasi batang kale FAPbI3, siagang tallu lapisi rate akkullei alette bebas ri wattu proses optimasi. Lapisi PbC2O4 tebalna 1 ML siagang niaki ri I-terminal permukaan FAPbI3, na Pb ni ikat ri 1 I siagang 4 O.
Untuk informasi lebih lanjut tentang desain studi, lihat Abstrak Laporan Portofolio Alami terkait dengan artikel ini.
Sikontu data ni gappa iareka ni analisis ri wattu anne pa'pilajaranga nipantamaki ri artikel nu nipa'nassaya, kammayatompa ri informasi pendukung siagang file data mentah. Data mentah ni pa'piitteang ri anne pa'pilajaranga rie' ri https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440. Data sumber ni pasadiai untuk anne artikel.
Green, M. et al. Tabel Efisiensi Sel Surya (ed. 57). program. fotolistrik. sumber daya. aplikasi. 29, 3–15 (2021).
Parker J. et al. Angngatoroi pa'bakka'na lapisi' perovskite ammake alkil amonium klorida volatil. Nature 616, 724–730 (2023).
Zhao Y. et al. Inaktif (PbI2)2RbCl na stabilkan film perovskite untuk sel surya efisiensi tinggi. Science 377, 531–534 (2022).
Tan, K. et al. Sel surya perovskite terbalik menggunakan dopan dimetilakridinil. Alam, 620, 545-551 (2023).
Han, K. et al. Formidin timah yodida kristal tunggal (FAPbI3): pa'pahang ri sesena sipa' struktural, optik siagang listrik. kana keterangang. Mat. 28, 2253–2258 (2016).
Massey, S. et al. Stabilisasi fase perovskite itang ri FAPbI3 siagang CsPbI3. AKS Komunikasi Energi. 5, 1974–1985 (2020).
Ikatte, JJ, siagang maraengannaya. Sel surya perovskite yang efisien melalui pengelolaan pembawa yang lebih baik. Nature 590, 587–593 (2021).
Saliba M. et al. Pa'gabunganna kation rubidium ri sel surya perovskite na pa'pilajari kinerja fotovoltaik. Science 354, 206–209 (2016).
Saliba M. et al. Sel surya sesium perovskit kation tiga: stabilitas yang meningkat, reproduksi dan efisiensi tinggi. lingkungang energi. anjo sains. 9, 1989–1997 (2016).
Cui X. et al. Kemajuan beru-berua ri FAPbI3 fase stabilisasi ri sel surya perovskite tinggi-kinerja Sol. RRL 6, 2200497 (2022).
Delagetta S. et al. Pemisahan fase fotoinduksi rasional dari campuran halida perovskit organik-anorganik. Nat. appabattu. 8, 200 (2017).
Slotcavage, DJ et al. Pemisahan fase yang diinduksi cahaya dalam penyerap perovskit halida. AKS Komunikasi Energi. 1, 1199–1205 (2016).
Chen, L. et al. Stabilitas fase intrinsik siagang bandgap intrinsik timah formamidin triiodida perovskit tunggal kristal. Anjiva. Kimia. internasionalitas. Ed. 61. e202212700 (2022).
Duinsti, EA kamma kammayya anne. Pahangi dekomposisi methylenediammonium siagang peranna ri laleng stabilisasi fase timah triiodida formamidin. J. Chem. Jalang. 18, 10275–10284 (2023).
Lu, HZ siagang maraengannaya. Pengendapan uap yang efisien dan stabil dari sel surya perovskite hitam FAPbI3. Sains 370, 74 (2020).
Doherty, TAS dll. Perovskit halida oktahedral miring stabil menekan pembentukan fase lokal dengan karakteristik terbatas. Sains 374, 1598-1605 (2021).
Ho, K. et al. Mekanisme transformasi siagang degradasi butir formamidin siagang sesium siagang timah yodida perovskit irawangang pangaru kelembaban siagang cahaya. AKS Komunikasi Energi. 6, 934–940 (2021).
Zheng J. et al. Pambangunang anion pseudohalida untuk sel surya perovskite α-FAPbI3. Nature 592, 381–385 (2021).