Nature.com भ्रमण गर्नुभएकोमा धन्यवाद। तपाईंले प्रयोग गरिरहनुभएको ब्राउजरको संस्करणमा सीमित CSS समर्थन छ। उत्कृष्ट परिणामहरूको लागि, हामी तपाईंको ब्राउजरको नयाँ संस्करण प्रयोग गर्न सिफारिस गर्छौं (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररमा अनुकूलता मोड बन्द गर्नुहोस्)। यसैबीच, निरन्तर समर्थन सुनिश्चित गर्न, हामी स्टाइलिङ वा जाभास्क्रिप्ट बिना साइट देखाउँदैछौं।
लिड ट्रायोडाइड पेरोभस्काइट सौर्य कोषहरूको कार्यसम्पादन सुधार गर्न दोष निष्क्रियता व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ, तर α-चरण स्थिरतामा विभिन्न दोषहरूको प्रभाव अस्पष्ट रहन्छ; यहाँ, घनत्व कार्यात्मक सिद्धान्त प्रयोग गरेर, हामी पहिलो पटक α-चरणबाट δ-चरणमा फर्मामिडाइन लिड ट्रायोडाइड पेरोभस्काइटको क्षय मार्ग पहिचान गर्छौं र चरण संक्रमण ऊर्जा अवरोधमा विभिन्न दोषहरूको प्रभावको अध्ययन गर्छौं। सिमुलेशन परिणामहरूले भविष्यवाणी गर्छन् कि आयोडिन रिक्त स्थानहरूले क्षय निम्त्याउने सम्भावना बढी हुन्छ किनभने तिनीहरूले α-δ चरण संक्रमणको लागि ऊर्जा अवरोधलाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्छन् र पेरोभस्काइट सतहमा सबैभन्दा कम गठन ऊर्जा हुन्छ। पेरोभस्काइट सतहमा पानी-अघुलनशील लिड अक्सालेटको बाक्लो तहको परिचयले α-चरणको विघटनलाई उल्लेखनीय रूपमा रोक्छ, आयोडिनको स्थानान्तरण र वाष्पीकरणलाई रोक्छ। थप रूपमा, यो रणनीतिले इन्टरफेसियल गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजनलाई उल्लेखनीय रूपमा घटाउँछ र सौर्य कोष दक्षतालाई २५.३९% (प्रमाणित २४.९२%) मा बढाउँछ। १.५ ग्राम वायु द्रव्यमान विकिरणको नक्कल अन्तर्गत ५५० घण्टासम्म अधिकतम शक्तिमा सञ्चालन गरेपछि पनि प्याकेज नगरिएको उपकरणले यसको मूल ९२% दक्षता कायम राख्न सक्छ।
पेरोभस्काइट सौर्य कोषहरू (PSCs) को पावर रूपान्तरण दक्षता (PCE) २६%१ को प्रमाणित रेकर्ड उच्चतममा पुगेको छ। २०१५ देखि, आधुनिक PSCs ले यसको उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता र २,३,४ को शकली-केइसर सीमाको नजिक अधिमान्य ब्यान्डग्यापको कारणले गर्दा प्रकाश-अवशोषक तहको रूपमा formamidine triiodide perovskite (FAPbI3) लाई प्राथमिकता दिएका छन्। दुर्भाग्यवश, FAPbI3 फिल्महरू थर्मोडायनामिक रूपमा कोठाको तापक्रम ५,६ मा कालो α चरणबाट पहेंलो गैर-पेरोभस्काइट δ चरणमा चरण संक्रमणबाट गुज्रन्छन्। डेल्टा चरणको गठन रोक्नको लागि, विभिन्न जटिल पेरोभस्काइट रचनाहरू विकास गरिएका छन्। यो समस्यालाई पार गर्ने सबैभन्दा सामान्य रणनीति भनेको FAPbI3 लाई मिथाइल अमोनियम (MA+), सिजियम (Cs+) र ब्रोमाइड (Br-) आयनहरू ७,८,९ को संयोजनसँग मिसाउनु हो। यद्यपि, हाइब्रिड पेरोभस्काइटहरू ब्यान्डग्याप ब्रोडनिङ र फोटोइन्ड्युस्ड फेज सेपरेसनबाट ग्रस्त हुन्छन्, जसले परिणामस्वरूप PSCs10,11,12 को कार्यसम्पादन र सञ्चालन स्थिरतामा सम्झौता गर्दछ।
हालैका अध्ययनहरूले देखाएका छन् कि कुनै पनि डोपिङ बिना शुद्ध एकल क्रिस्टल FAPbI3 मा उत्कृष्ट क्रिस्टलिनिटी र कम दोषहरू 13,14 को कारणले उत्कृष्ट स्थिरता छ। त्यसकारण, बल्क FAPbI3 को क्रिस्टलिनिटी बढाएर दोषहरू कम गर्नु कुशल र स्थिर PSCs2,15 प्राप्त गर्नको लागि एक महत्त्वपूर्ण रणनीति हो। यद्यपि, FAPbI3 PSC को सञ्चालनको क्रममा, अवांछनीय पहेंलो हेक्सागोनल गैर-पेरोभस्काइट δ चरणमा गिरावट अझै पनि हुन सक्छ16। प्रक्रिया सामान्यतया सतहहरू र अन्न सीमाहरूमा सुरु हुन्छ जुन धेरै दोषपूर्ण क्षेत्रहरूको उपस्थितिको कारणले पानी, ताप र प्रकाशको लागि बढी संवेदनशील हुन्छन्17। त्यसकारण, FAPbI318 को कालो चरण स्थिर गर्न सतह/अनाज निष्क्रियता आवश्यक छ। कम-आयामी पेरोभस्काइटहरू, एसिड-बेस लुईस अणुहरू, र अमोनियम हलाइड लवणहरूको परिचय सहित धेरै दोष निष्क्रियता रणनीतिहरूले formamidine PSCs19,20,21,22 मा ठूलो प्रगति गरेका छन्। आजसम्म, लगभग सबै अध्ययनहरूले सौर्य कोषहरूमा वाहक पुनर्संयोजन, प्रसार लम्बाइ र ब्यान्ड संरचना जस्ता अप्टोइलेक्ट्रोनिक गुणहरू निर्धारण गर्न विभिन्न दोषहरूको भूमिकामा केन्द्रित छन्22,23,24। उदाहरणका लागि, घनत्व कार्यात्मक सिद्धान्त (DFT) सैद्धान्तिक रूपमा विभिन्न दोषहरूको गठन ऊर्जा र फसाउने ऊर्जा स्तरहरूको भविष्यवाणी गर्न प्रयोग गरिन्छ, जुन व्यावहारिक निष्क्रियता डिजाइन20,25,26 लाई मार्गदर्शन गर्न व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। दोषहरूको संख्या घट्दै जाँदा, उपकरणको स्थिरता सामान्यतया सुधार हुन्छ। यद्यपि, formamidine PSCs मा, चरण स्थिरता र फोटोइलेक्ट्रिक गुणहरूमा विभिन्न दोषहरूको प्रभावको संयन्त्रहरू पूर्ण रूपमा फरक हुनुपर्छ। हाम्रो ज्ञानको उत्तमसम्म, दोषहरूले घनलाई हेक्सागोनल (α-δ) चरण संक्रमणमा कसरी प्रेरित गर्छ भन्ने आधारभूत बुझाइ र α-FAPbI3 पेरोभस्काइटको चरण स्थिरतामा सतह निष्क्रियताको भूमिका अझै पनि कम बुझिएको छ।
यहाँ, हामी FAPbI3 पेरोभस्काइटको कालो α-फेजबाट पहेंलो δ-फेजमा क्षयीकरण मार्ग र DFT मार्फत α-देखि-δ-फेज संक्रमणको ऊर्जा अवरोधमा विभिन्न दोषहरूको प्रभाव प्रकट गर्छौं। फिल्म निर्माण र उपकरण सञ्चालनको क्रममा सजिलै उत्पन्न हुने I रिक्त स्थानहरूले α-δ चरण संक्रमण सुरु गर्ने सम्भावना बढी हुने अनुमान गरिएको छ। त्यसकारण, हामीले इन सिटु प्रतिक्रिया मार्फत FAPbI3 को माथि पानीमा अघुलनशील र रासायनिक रूपमा स्थिर सीसा अक्सालेट (PbC2O4) को बाक्लो तह प्रस्तुत गर्यौं। सीसा अक्सालेट सतह (LOS) ले I रिक्त स्थानहरूको गठनलाई रोक्छ र ताप, प्रकाश र विद्युतीय क्षेत्रहरूद्वारा उत्तेजित हुँदा I आयनहरूको स्थानान्तरणलाई रोक्छ। परिणामस्वरूप LOS ले इन्टरफेसियल गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजनलाई उल्लेखनीय रूपमा घटाउँछ र FAPbI3 PSC दक्षतालाई २५.३९% (२४.९२% मा प्रमाणित) मा सुधार गर्छ। प्याकेज नगरिएको LOS उपकरणले १.५ G विकिरणको सिमुलेटेड एयर मास (AM) मा ५५० घण्टा भन्दा बढी समयसम्म अधिकतम पावर पोइन्ट (MPP) मा सञ्चालन गरेपछि यसको मूल दक्षताको ९२% कायम राख्यो।
हामीले पहिले FAPbI3 पेरोभस्काइटको α चरणबाट δ चरणमा संक्रमणको विघटन मार्ग पत्ता लगाउन ab initio गणना गर्यौं। विस्तृत चरण रूपान्तरण प्रक्रिया मार्फत, यो पत्ता लाग्यो कि FAPbI3 को घन α-चरणमा त्रि-आयामी कुना-साझेदारी [PbI6] अष्टाहेड्रनबाट FAPbI3 को हेक्सागोनल δ-चरणमा एक-आयामी किनारा-साझेदारी [PbI6] अष्टाहेड्रनमा रूपान्तरण प्राप्त हुन्छ। ब्रेकिङ ९। Pb-I ले पहिलो चरण (Int-1) मा बन्धन बनाउँछ, र यसको ऊर्जा अवरोध 0.62 eV/सेलमा पुग्छ, जस्तै चित्र 1a मा देखाइएको छ। जब अष्टाहेड्रनलाई [0\(\bar{1}\)1] दिशामा सारिन्छ, हेक्सागोनल छोटो श्रृंखला 1×1 बाट 1×3, 1×4 मा विस्तार हुन्छ र अन्ततः δ चरणमा प्रवेश गर्छ। सम्पूर्ण मार्गको अभिमुखीकरण अनुपात (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ हो। ऊर्जा वितरण रेखाचित्रबाट, यो पत्ता लगाउन सकिन्छ कि निम्न चरणहरूमा FAPbI3 को δ चरणको न्यूक्लिएसन पछि, ऊर्जा अवरोध α चरण संक्रमणको भन्दा कम हुन्छ, जसको अर्थ चरण संक्रमण द्रुत हुनेछ। स्पष्ट रूपमा, यदि हामी α-चरण गिरावटलाई दबाउन चाहन्छौं भने चरण संक्रमण नियन्त्रण गर्ने पहिलो चरण महत्त्वपूर्ण छ।
बायाँबाट दायाँ चरण रूपान्तरण प्रक्रिया - कालो FAPbI3 चरण (α-चरण), पहिलो Pb-I बन्ड क्लीभेज (Int-1) र थप Pb-I बन्ड क्लीभेज (Int-2, Int -3 र Int -4) र पहेंलो चरण FAPbI3 (डेल्टा चरण)। b विभिन्न आन्तरिक बिन्दु दोषहरूमा आधारित FAPbI3 को α देखि δ चरण संक्रमणमा ऊर्जा अवरोधहरू। डटेड रेखाले आदर्श क्रिस्टल (0.62 eV) को ऊर्जा अवरोध देखाउँछ। c लिड पेरोभस्काइटको सतहमा प्राथमिक बिन्दु दोषहरूको गठनको ऊर्जा। abscissa अक्ष α-δ चरण संक्रमणको ऊर्जा अवरोध हो, र अर्डिनेट अक्ष दोष गठनको ऊर्जा हो। खैरो, पहेंलो र हरियो रंगमा छायाँ गरिएका भागहरू क्रमशः प्रकार I (कम EB-उच्च FE), प्रकार II (उच्च FE) र प्रकार III (कम EB-कम FE) हुन्। d नियन्त्रणमा दोष VI र FAPbI3 को LOS को गठनको ऊर्जा। FAPbI3 को नियन्त्रण र LOS मा आयन माइग्रेसनमा i बाधा। f - gf नियन्त्रणमा I आयनहरू (सुन्तला गोलाहरू) र gLOS FAPbI3 (खैरो, सिसा; बैजनी (सुन्तला), आयोडिन (मोबाइल आयोडिन)) को स्थानान्तरणको योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व (बायाँ: माथिल्लो दृश्य; दायाँ: क्रस सेक्सन, खैरो); कार्बन; हल्का नीलो - नाइट्रोजन; रातो - अक्सिजन; हल्का गुलाबी - हाइड्रोजन)। स्रोत डेटा स्रोत डेटा फाइलहरूको रूपमा प्रदान गरिएको छ।
त्यसपछि हामीले विभिन्न आन्तरिक बिन्दु दोषहरू (PbFA, IFA, PbI, र IPb एन्टिसाइट अकुपेन्सी; Pbi र Ii इन्टर्स्टिशियल परमाणुहरू; र VI, VFA, र VPb रिक्त स्थानहरू सहित) को प्रभावको व्यवस्थित अध्ययन गर्यौं, जुन मुख्य कारक मानिन्छ। जसले परमाणु र ऊर्जा स्तर चरण क्षय निम्त्याउँछ चित्र 1b र पूरक तालिका 1 मा देखाइएको छ। चाखलाग्दो कुरा के छ भने, सबै दोषहरूले α-δ चरण संक्रमणको ऊर्जा अवरोधलाई कम गर्दैनन् (चित्र 1b)। हामी विश्वास गर्छौं कि कम गठन ऊर्जा र कम α-δ चरण संक्रमण ऊर्जा अवरोधहरू भएका दोषहरूलाई चरण स्थिरताको लागि हानिकारक मानिन्छ। पहिले रिपोर्ट गरिएझैं, सीसा-समृद्ध सतहहरू सामान्यतया formamidine PSC27 को लागि प्रभावकारी मानिन्छन्। त्यसकारण, हामी सीसा-समृद्ध अवस्थाहरूमा PbI2-समाप्त (100) सतहमा ध्यान केन्द्रित गर्छौं। सतह आन्तरिक बिन्दु दोषहरूको दोष गठन ऊर्जा चित्र 1c र पूरक तालिका 1 मा देखाइएको छ। ऊर्जा अवरोध (EB) र चरण संक्रमण गठन ऊर्जा (FE) को आधारमा, यी दोषहरूलाई तीन प्रकारमा वर्गीकृत गरिएको छ। प्रकार I (कम EB-उच्च FE): यद्यपि IPb, VFA र VPb ले चरण संक्रमणको लागि ऊर्जा अवरोधलाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्दछ, तिनीहरूसँग उच्च गठन ऊर्जा छ। त्यसकारण, हामी विश्वास गर्छौं कि यी प्रकारका दोषहरूले चरण संक्रमणहरूमा सीमित प्रभाव पार्छ किनभने तिनीहरू विरलै बन्छन्। प्रकार II (उच्च EB): सुधारिएको α-δ चरण संक्रमण ऊर्जा अवरोधको कारण, एन्टी-साइट दोषहरू PbI, IFA र PbFA ले α-FAPbI3 पेरोभस्काइटको चरण स्थिरतालाई हानि गर्दैनन्। प्रकार III (कम EB-उच्च FE): अपेक्षाकृत कम गठन ऊर्जा भएका VI, Ii र Pbi दोषहरूले कालो चरण क्षय निम्त्याउन सक्छ। विशेष गरी सबैभन्दा कम FE र EB VI दिइएकोमा, हामी विश्वास गर्छौं कि सबैभन्दा प्रभावकारी रणनीति भनेको I रिक्त पदहरू कम गर्नु हो।
VI लाई कम गर्न, हामीले FAPbI3 को सतह सुधार गर्न PbC2O4 को बाक्लो तह विकास गर्यौं। फेनिलेथिलामोनियम आयोडाइड (PEAI) र n-अक्टाइलामोनियम आयोडाइड (OAI) जस्ता जैविक हलाइड नुन प्यासिभेटरहरूको तुलनामा, PbC2O4, जसमा कुनै मोबाइल हलोजन आयनहरू छैनन्, रासायनिक रूपमा स्थिर छ, पानीमा अघुलनशील छ, र उत्तेजनामा ​​सजिलै निष्क्रिय हुन्छ। सतहको आर्द्रता र पेरोभस्काइटको विद्युतीय क्षेत्रको राम्रो स्थिरीकरण। पानीमा PbC2O4 को घुलनशीलता केवल 0.00065 g/L छ, जुन PbSO428 भन्दा पनि कम छ। अझ महत्त्वपूर्ण कुरा, LOS को बाक्लो र एकसमान तहहरू इन सिटु प्रतिक्रियाहरू प्रयोग गरेर पेरोभस्काइट फिल्महरूमा नरम रूपमा तयार गर्न सकिन्छ (तल हेर्नुहोस्)। हामीले पूरक चित्र १ मा देखाइए अनुसार FAPbI3 र PbC2O4 बीचको इन्टरफेसियल बन्धनको DFT सिमुलेशनहरू प्रदर्शन गर्यौं। पूरक तालिका २ ले LOS इंजेक्शन पछि दोष गठन ऊर्जा प्रस्तुत गर्दछ। हामीले पत्ता लगायौं कि LOS ले VI दोषहरूको गठन ऊर्जालाई ०.६९–१.५३ eV ले मात्र बढाउँदैन (चित्र १d), तर माइग्रेसन सतह र निकास सतहमा I को सक्रियता ऊर्जा पनि बढाउँछ (चित्र १e)। पहिलो चरणमा, I आयनहरू पेरोभस्काइट सतहसँगै माइग्रेट हुन्छन्, VI आयनहरूलाई ०.६१ eV को ऊर्जा अवरोधको साथ जाली स्थितिमा छोड्छन्। LOS को परिचय पछि, स्टेरिक अवरोधको प्रभावको कारण, I आयनहरूको माइग्रेसनको लागि सक्रियता ऊर्जा १.२८ eV सम्म बढ्छ। पेरोभस्काइट सतह छोडेर I आयनहरूको माइग्रेसनको क्रममा, VOC मा ऊर्जा अवरोध पनि नियन्त्रण नमूना (चित्र १e) भन्दा बढी हुन्छ। नियन्त्रणमा I आयन माइग्रेसन मार्गहरूको योजनाबद्ध रेखाचित्र र LOS FAPbI3 क्रमशः चित्र १ f र g मा देखाइएको छ। सिमुलेशन परिणामहरूले देखाउँछन् कि LOS ले VI दोषहरूको गठन र I को वाष्पीकरणलाई रोक्न सक्छ, जसले गर्दा α देखि δ चरण संक्रमणको न्यूक्लिएसनलाई रोक्छ।
अक्सालिक एसिड र FAPbI3 पेरोभस्काइट बीचको प्रतिक्रिया परीक्षण गरिएको थियो। अक्सालिक एसिड र FAPbI3 को घोल मिसाएपछि, पूरक चित्र २ मा देखाइए अनुसार, ठूलो मात्रामा सेतो अवक्षेपण बन्यो। एक्स-रे विवर्तन (XRD) (पूरक चित्र ३) र फुरियर ट्रान्सफर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) (पूरक चित्र ४) प्रयोग गरेर पाउडर उत्पादनलाई शुद्ध PbC2O4 सामग्रीको रूपमा पहिचान गरिएको थियो। हामीले फेला पार्यौं कि अक्सालिक एसिड कोठाको तापक्रममा आइसोप्रोपाइल अल्कोहल (IPA) मा अत्यधिक घुलनशील हुन्छ जसको घुलनशीलता लगभग १८ मिलीग्राम/एमएल हुन्छ, जस्तै पूरक चित्र ५ मा देखाइएको छ। यसले पछिको प्रशोधनलाई सजिलो बनाउँछ किनकि IPA, एक सामान्य निष्क्रिय विलायकको रूपमा, छोटो समयभन्दा बाहिर पेरोभस्काइट तहलाई क्षति गर्दैन। त्यसकारण, पेरोभस्काइट फिल्मलाई अक्सालिक एसिड घोलमा डुबाएर वा पेरोभस्काइटमा अक्सालिक एसिड घोललाई स्पिन-कोटिंग गरेर, निम्न रासायनिक समीकरण अनुसार पेरोभस्काइट फिल्मको सतहमा पातलो र बाक्लो PbC2O4 द्रुत रूपमा प्राप्त गर्न सकिन्छ: H2C2O4 + FAPbI3 = PbC2O4 + FAI +HI। FAI लाई IPA मा घुलनशील बनाउन सकिन्छ र यसरी खाना पकाउँदा हटाउन सकिन्छ। LOS को मोटाई प्रतिक्रिया समय र पूर्ववर्ती सांद्रता द्वारा नियन्त्रण गर्न सकिन्छ।
नियन्त्रण र LOS पेरोभस्काइट फिल्महरूको स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (SEM) छविहरू चित्र २a,b मा देखाइएको छ। नतिजाहरूले देखाउँछन् कि पेरोभस्काइट सतहको आकारविज्ञान राम्रोसँग संरक्षित छ, र अन्नको सतहमा ठूलो संख्यामा सूक्ष्म कणहरू जम्मा भएका छन्, जसले इन-सिटु प्रतिक्रियाद्वारा बनेको PbC2O4 तहलाई प्रतिनिधित्व गर्नुपर्छ। LOS पेरोभस्काइट फिल्ममा थोरै चिल्लो सतह (पूरक चित्र ६) र नियन्त्रण फिल्म (पूरक चित्र ७) को तुलनामा ठूलो पानी सम्पर्क कोण छ। उत्पादनको सतह तह छुट्याउन उच्च-रिजोल्युसन ट्रान्सभर्स ट्रान्समिशन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (HR-TEM) प्रयोग गरिएको थियो। नियन्त्रण फिल्म (चित्र २c) को तुलनामा, LOS पेरोभस्काइट (चित्र २d) को माथि लगभग १० nm को मोटाई भएको एक समान र बाक्लो पातलो तह स्पष्ट रूपमा देखिन्छ। PbC2O4 र FAPbI3 बीचको इन्टरफेसको जाँच गर्न उच्च-कोण कुण्डलीय डार्क-फिल्ड स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (HAADF-STEM) प्रयोग गरेर, FAPbI3 को क्रिस्टलीय क्षेत्रहरू र PbC2O4 को अनाकार क्षेत्रहरूको उपस्थिति स्पष्ट रूपमा अवलोकन गर्न सकिन्छ (पूरक चित्र 8)। अक्सालिक एसिड उपचार पछि पेरोभस्काइटको सतह संरचना एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रोन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) मापन द्वारा चित्रण गरिएको थियो, जस्तै चित्र 2e–g मा देखाइएको छ। चित्र 2e मा, C 1s को शिखर क्रमशः 284.8 eV र 288.5 eV वरिपरि विशिष्ट CC र FA संकेतहरूसँग सम्बन्धित छ। नियन्त्रण झिल्लीको तुलनामा, LOS झिल्लीले 289.2 eV मा अतिरिक्त शिखर प्रदर्शन गर्‍यो, जुन C2O42- लाई श्रेय दिइएको छ। LOS पेरोभस्काइटको O 1s स्पेक्ट्रमले 531.7 eV, 532.5 eV, र 533.4 eV मा तीन रासायनिक रूपमा भिन्न O 1s शिखरहरू प्रदर्शन गर्दछ, जुन OH घटकको अक्षुण्ण अक्सालेट समूह 30 र O परमाणुहरूको deprotonated COO, C=O सँग मेल खान्छ (चित्र 2e)। ))। नियन्त्रण नमूनाको लागि, केवल सानो O 1s शिखर अवलोकन गरिएको थियो, जुन सतहमा अक्सिजन रसायन अवशोषित गर्न सकिन्छ। Pb 4f7/2 र Pb 4f5/2 को नियन्त्रण झिल्ली विशेषताहरू क्रमशः 138.4 eV र 143.3 eV मा अवस्थित छन्। हामीले अवलोकन गर्यौं कि LOS पेरोभस्काइटले उच्च बाइन्डिङ ऊर्जा तर्फ लगभग 0.15 eV को Pb शिखरको परिवर्तन प्रदर्शन गर्दछ, जसले C2O42- र Pb परमाणुहरू बीचको बलियो अन्तरक्रियालाई संकेत गर्दछ (चित्र 2g)।
a नियन्त्रणको SEM छविहरू र b LOS पेरोभस्काइट फिल्महरू, शीर्ष दृश्य। c नियन्त्रणको उच्च-रिजोल्युसन क्रस-सेक्शनल ट्रान्समिशन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (HR-TEM) र d LOS पेरोभस्काइट फिल्महरू। e C 1s, f O 1s र g Pb 4f पेरोभस्काइट फिल्महरूको उच्च-रिजोल्युसन XPS। स्रोत डेटा स्रोत डेटा फाइलहरूको रूपमा प्रदान गरिएको छ।
DFT नतिजाहरू अनुसार, सैद्धान्तिक रूपमा अनुमान गरिएको छ कि VI दोषहरू र I माइग्रेसनले सजिलै α बाट δ मा चरण संक्रमण निम्त्याउँछ। अघिल्ला रिपोर्टहरूले देखाएका छन् कि I2 प्रकाश र थर्मल तनावमा फिल्महरू पर्दाफास गरेपछि फोटोइमर्सनको समयमा PC-आधारित पेरोभस्काइट फिल्महरूबाट द्रुत रूपमा रिलिज हुन्छ31,32,33। पेरोभस्काइटको α-फेजमा लिड अक्सालेटको स्थिरीकरण प्रभाव पुष्टि गर्न, हामीले नियन्त्रण र LOS पेरोभस्काइट फिल्महरूलाई क्रमशः टोल्युइन भएको पारदर्शी गिलास बोतलहरूमा डुबायौं, र त्यसपछि तिनीहरूलाई 24 घण्टाको लागि 1 सूर्यको किरणले विकिरणित गर्यौं। हामीले चित्र 3a मा देखाइए अनुसार पराबैंगनी र दृश्य प्रकाश (UV-Vis) टोल्युइन घोलको अवशोषण मापन गर्यौं। नियन्त्रण नमूनाको तुलनामा, LOS-पेरोभस्काइटको मामलामा धेरै कम I2 अवशोषण तीव्रता अवलोकन गरिएको थियो, जसले संकेत गर्दछ कि कम्प्याक्ट LOS ले प्रकाश विसर्जनको समयमा पेरोभस्काइट फिल्मबाट I2 को रिलीजलाई रोक लगाउन सक्छ। चित्र ३b र c को इन्सेटहरूमा वृद्ध नियन्त्रण र LOS पेरोभस्काइट फिल्महरूको तस्बिरहरू देखाइएका छन्। LOS पेरोभस्काइट अझै पनि कालो छ, जबकि अधिकांश नियन्त्रण फिल्म पहेंलो भएको छ। डुबेको फिल्मको UV-दृश्य अवशोषण स्पेक्ट्रा चित्र ३b, c मा देखाइएको छ। हामीले अवलोकन गर्यौं कि नियन्त्रण फिल्ममा α सँग सम्बन्धित अवशोषण स्पष्ट रूपमा कम भएको थियो। क्रिस्टल संरचनाको विकास दस्तावेजीकरण गर्न एक्स-रे मापनहरू गरिएको थियो। २४ घण्टाको रोशनी पछि, नियन्त्रण पेरोभस्काइटले बलियो पहेंलो δ-चरण संकेत (११.८°) देखायो, जबकि LOS पेरोभस्काइटले अझै पनि राम्रो कालो चरण कायम राख्यो (चित्र ३d)।
टोल्युइन घोलको UV-दृश्य अवशोषण स्पेक्ट्रा जसमा नियन्त्रण फिल्म र LOS फिल्मलाई १ सूर्यको प्रकाशमा २४ घण्टाको लागि डुबाइएको थियो। इनसेटले एउटा शीशी देखाउँछ जसमा प्रत्येक फिल्मलाई टोल्युइनको बराबर मात्रामा डुबाइएको थियो। b नियन्त्रण फिल्मको UV-Vis अवशोषण स्पेक्ट्रा र c LOS फिल्म १ सूर्यको प्रकाशमा २४ घण्टा डुबाउनु अघि र पछि। इनसेटले परीक्षण फिल्मको तस्वीर देखाउँछ। d २४ घण्टा एक्सपोजर अघि र पछि नियन्त्रण र LOS फिल्महरूको एक्स-रे विवर्तन ढाँचाहरू। २४ घण्टा एक्सपोजर पछि नियन्त्रण फिल्म e र फिल्म f LOS को SEM छविहरू। स्रोत डेटा स्रोत डेटा फाइलहरूको रूपमा प्रदान गरिएको छ।
हामीले २४ घण्टाको रोशनी पछि पेरोभस्काइट फिल्मको माइक्रोस्ट्रक्चरल परिवर्तनहरू अवलोकन गर्न स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (SEM) मापन गर्यौं, जुन चित्र ३e, f मा देखाइएको छ। नियन्त्रण फिल्ममा, ठूला दानाहरू नष्ट भए र साना सुईहरूमा परिणत भए, जुन δ-चरण उत्पादन FAPbI3 (चित्र ३e) को आकारविज्ञानसँग मेल खान्छ। LOS फिल्महरूको लागि, पेरोभस्काइट दानाहरू राम्रो अवस्थामा रहन्छन् (चित्र ३f)। परिणामहरूले पुष्टि गरे कि I को क्षतिले कालो चरणबाट पहेंलो चरणमा संक्रमणलाई उल्लेखनीय रूपमा प्रेरित गर्दछ, जबकि PbC2O4 ले कालो चरणलाई स्थिर बनाउँछ, I को क्षतिलाई रोक्छ। सतहमा खाली ठाउँको घनत्व अन्नको थोक भन्दा धेरै बढी भएकोले, 34 यो चरण अन्नको सतहमा हुने सम्भावना बढी हुन्छ। एकै साथ आयोडिन जारी गर्दै र VI बनाउँछ। DFT द्वारा भविष्यवाणी गरिए अनुसार, LOS ले VI दोषहरूको गठनलाई रोक्न सक्छ र I आयनहरूको पेरोभस्काइट सतहमा स्थानान्तरणलाई रोक्न सक्छ।
थप रूपमा, वायुमण्डलीय हावामा पेरोभस्काइट फिल्महरूको आर्द्रता प्रतिरोधमा PbC2O4 तहको प्रभाव (सापेक्षिक आर्द्रता 30-60%) अध्ययन गरिएको थियो। पूरक चित्र 9 मा देखाइए अनुसार, LOS पेरोभस्काइट 12 दिन पछि पनि कालो थियो, जबकि नियन्त्रण फिल्म पहेंलो भयो। XRD मापनमा, नियन्त्रण फिल्मले FAPbI3 को δ चरण अनुरूप 11.8° मा बलियो शिखर देखाउँछ, जबकि LOS पेरोभस्काइटले कालो α चरण राम्रोसँग राख्छ (पूरक चित्र 10)।
पेरोभस्काइट सतहमा लिड अक्सालेटको निष्क्रियता प्रभाव अध्ययन गर्न स्थिर-अवस्था फोटोलुमिनेसेन्स (PL) र समय-समाधान गरिएको फोटोलुमिनेसेन्स (TRPL) प्रयोग गरिएको थियो। चित्र ४a मा LOS फिल्मले PL तीव्रता बढाएको देखाउँछ। PL म्यापिङ छविमा, १० × १० μm2 को सम्पूर्ण क्षेत्रमा LOS फिल्मको तीव्रता नियन्त्रण फिल्मको भन्दा बढी छ (पूरक चित्र ११), जसले PbC2O4 ले पेरोभस्काइट फिल्मलाई समान रूपमा निष्क्रिय पार्छ भनेर संकेत गर्दछ। वाहक जीवनकाल एकल घातांकीय प्रकार्य (चित्र ४b) सँग TRPL क्षयको अनुमान गरेर निर्धारण गरिन्छ। LOS फिल्मको वाहक जीवनकाल ५.२ μs हो, जुन ०.९ μs को वाहक जीवनकाल भएको नियन्त्रण फिल्म भन्दा धेरै लामो छ, जसले सतह गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजनलाई कम गरेको संकेत गर्दछ।
गिलास सब्सट्रेटहरूमा पेरोभस्काइट फिल्महरूको अस्थायी PL को स्थिर-अवस्था PL र b-स्पेक्ट्रा। c उपकरणको SP वक्र (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au)। d सबैभन्दा कुशल उपकरणबाट एकीकृत EQE स्पेक्ट्रम र Jsc EQE स्पेक्ट्रम। d Voc रेखाचित्रमा पेरोभस्काइट उपकरणको प्रकाश तीव्रताको निर्भरता। f ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au सफा प्वाल उपकरण प्रयोग गरेर विशिष्ट MKRC विश्लेषण। VTFL अधिकतम ट्र्याप फिलिंग भोल्टेज हो। यी डेटाबाट हामीले ट्र्याप घनत्व (Nt) गणना गर्यौं। स्रोत डेटा स्रोत डेटा फाइलहरूको रूपमा प्रदान गरिएको छ।
उपकरणको कार्यसम्पादनमा लिड अक्सालेट तहको प्रभाव अध्ययन गर्न, परम्परागत FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au सम्पर्क संरचना प्रयोग गरिएको थियो। हामी राम्रो उपकरण प्रदर्शन प्राप्त गर्न मेथिलामाइन हाइड्रोक्लोराइड (MACl) को सट्टा पेरोभस्काइट पूर्ववर्तीमा योजकको रूपमा फारामिडिन क्लोराइड (FACl) प्रयोग गर्छौं, किनकि FACl ले राम्रो क्रिस्टल गुणस्तर प्रदान गर्न सक्छ र FAPbI335 को ब्यान्ड ग्यापबाट बच्न सक्छ (विस्तृत तुलनाको लागि पूरक चित्रहरू 1 र 2 हेर्नुहोस्)। 12-14)। IPA लाई एन्टिसोलभेन्टको रूपमा छनोट गरिएको थियो किनभने यसले डाइथाइल ईथर (DE) वा क्लोरोबेन्जिन (CB)36 (पूरक चित्रहरू 15 र 16) को तुलनामा पेरोभस्काइट फिल्महरूमा राम्रो क्रिस्टल गुणस्तर र मनपर्ने अभिमुखीकरण प्रदान गर्दछ। PbC2O4 को मोटाईलाई अक्सालिक एसिड सांद्रता समायोजन गरेर दोष निष्क्रियता र चार्ज यातायातलाई राम्रोसँग सन्तुलित गर्न सावधानीपूर्वक अनुकूलित गरिएको थियो (पूरक चित्र 17)। अनुकूलित नियन्त्रण र LOS उपकरणहरूको क्रस-सेक्शनल SEM छविहरू पूरक चित्र १८ मा देखाइएको छ। नियन्त्रण र LOS उपकरणहरूको लागि विशिष्ट वर्तमान घनत्व (CD) वक्रहरू चित्र ४c मा देखाइएको छ, र निकालिएका प्यारामिटरहरू पूरक तालिका ३ मा दिइएको छ। अधिकतम पावर रूपान्तरण दक्षता (PCE) नियन्त्रण कक्षहरू २३.४३% (२२.९४%), Jsc २५.७५ mA cm-२ (२५.७४ mA cm-२), Voc १.१६ V (१.१६ V) र रिभर्स (फर्वार्ड) स्क्यान। फिल फ्याक्टर (FF) ७८.४०% (७६.६९%) छ। अधिकतम PCE LOS PSC २५.३९% (२४.७९%), Jsc २५.७७ mA cm-२, Voc १.१८ V छ, FF ८३.५०% (८१.५२%) छ रिभर्स (फर्वार्ड स्क्यान देखि)। LOS उपकरणले विश्वसनीय तेस्रो-पक्ष फोटोभोल्टिक प्रयोगशालामा २४.९२% को प्रमाणित फोटोभोल्टिक प्रदर्शन हासिल गर्‍यो (पूरक चित्र १९)। बाह्य क्वान्टम दक्षता (EQE) ले क्रमशः २४.९० mA cm-२ (नियन्त्रण) र २५.१८ mA cm-२ (LOS PSC) को एकीकृत Jsc दियो, जुन मानक AM १.५ G स्पेक्ट्रम (चित्र ४d) मा मापन गरिएको Jsc सँग राम्रो सम्झौतामा थियो। नियन्त्रण र LOS PSC को लागि मापन गरिएको PCE हरूको सांख्यिकीय वितरण पूरक चित्र २० मा देखाइएको छ।
चित्र ४e मा देखाइए अनुसार, ट्र्याप-सहायता प्राप्त सतह पुनर्संयोजनमा PbC2O4 को प्रभाव अध्ययन गर्न Voc र प्रकाश तीव्रता बीचको सम्बन्ध गणना गरिएको थियो। LOS उपकरणको लागि फिट गरिएको रेखाको ढलान १.१६ kBT/वर्ग छ, जुन नियन्त्रण उपकरणको लागि फिट गरिएको रेखाको ढलान (१.३१ kBT/वर्ग), जसले LOS डिकोइहरूद्वारा सतह पुनर्संयोजनलाई रोक्नको लागि उपयोगी छ भनेर पुष्टि गर्दछ। हामी चित्रमा देखाइए अनुसार प्वाल उपकरण (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) को गाढा IV विशेषता मापन गरेर पेरोभस्काइट फिल्मको दोष घनत्व मात्रात्मक रूपमा मापन गर्न स्पेस चार्ज करेन्ट लिमिटिंग (SCLC) प्रविधि प्रयोग गर्छौं। ४f देखाउनुहोस्। ट्र्याप घनत्व Nt = 2ε0εVTFL/eL2 सूत्रद्वारा गणना गरिन्छ, जहाँ ε पेरोभस्काइट फिल्मको सापेक्षिक डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक हो, ε0 भ्याकुमको डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक हो, VTFL ट्र्याप भर्नको लागि सीमित भोल्टेज हो, e चार्ज हो, L पेरोभस्काइट फिल्मको मोटाई हो (650 nm)। VOC उपकरणको दोष घनत्व 1.450 × 1015 cm–3 गणना गरिएको छ, जुन नियन्त्रण उपकरणको दोष घनत्व भन्दा कम छ, जुन 1.795 × 1015 cm–3 हो।
प्याकेज नगरिएको उपकरणलाई यसको दीर्घकालीन कार्यसम्पादन स्थिरता जाँच्नको लागि पूर्ण दिउँसोको उज्यालोमा नाइट्रोजन अन्तर्गत अधिकतम पावर पोइन्ट (MPP) मा परीक्षण गरिएको थियो (चित्र 5a)। 550 घण्टा पछि, LOS उपकरणले अझै पनि यसको अधिकतम दक्षताको 92% कायम राख्यो, जबकि नियन्त्रण उपकरणको कार्यसम्पादन यसको मूल कार्यसम्पादनको 60% मा झरेको थियो। पुरानो उपकरणमा तत्वहरूको वितरण उडानको समय माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (ToF-SIMS) (चित्र 5b, c) द्वारा मापन गरिएको थियो। माथिल्लो सुन नियन्त्रण क्षेत्रमा आयोडिनको ठूलो संचय देख्न सकिन्छ। निष्क्रिय ग्यास सुरक्षाको अवस्थाले नमी र अक्सिजन जस्ता वातावरणीय रूपमा अपमानजनक कारकहरूलाई बहिष्कार गर्दछ, जसले सुझाव दिन्छ कि आन्तरिक संयन्त्रहरू (अर्थात्, आयन माइग्रेसन) जिम्मेवार छन्। ToF-SIMS परिणामहरू अनुसार, Au इलेक्ट्रोडमा I- र AuI2- आयनहरू पत्ता लगाइयो, जसले I को पेरोभस्काइटबाट Au मा प्रसारलाई संकेत गर्दछ। नियन्त्रण उपकरणमा I- र AuI2- आयनहरूको संकेत तीव्रता VOC नमूनाको भन्दा लगभग 10 गुणा बढी छ। अघिल्ला रिपोर्टहरूले देखाएका छन् कि आयन पारगमनले स्पाइरो-OMeTAD को प्वाल चालकतामा द्रुत कमी ल्याउन सक्छ र माथिल्लो इलेक्ट्रोड तहको रासायनिक क्षरण हुन सक्छ, जसले गर्दा उपकरणमा रहेको अन्तर्मुखी सम्पर्क बिग्रन्छ37,38। Au इलेक्ट्रोड हटाइयो र क्लोरोबेन्जिन घोलले सब्सट्रेटबाट स्पाइरो-OMeTAD तह सफा गरियो। त्यसपछि हामीले चरन घटना एक्स-रे विवर्तन (GIXRD) (चित्र 5d) प्रयोग गरेर फिल्मको चित्रण गर्यौं। परिणामहरूले देखाउँछन् कि नियन्त्रण फिल्मको 11.8° मा स्पष्ट विवर्तन शिखर छ, जबकि LOS नमूनामा कुनै नयाँ विवर्तन शिखर देखा पर्दैन। परिणामहरूले देखाउँछन् कि नियन्त्रण फिल्ममा I आयनहरूको ठूलो क्षतिले δ चरणको उत्पादन निम्त्याउँछ, जबकि LOS फिल्ममा यो प्रक्रिया स्पष्ट रूपमा रोकिएको छ।
नाइट्रोजन वायुमण्डलमा सिल नगरिएको उपकरणको ५७५ घण्टा निरन्तर MPP ट्र्याकिङ र UV फिल्टर बिना १ सूर्यको प्रकाश। LOS MPP नियन्त्रण उपकरण र बुढ्यौली उपकरणमा b I- र c AuI2- आयनहरूको ToF-SIMS वितरण। पहेंलो, हरियो र सुन्तला रंगका छायाहरू Au, Spiro-OMeTAD र perovskite सँग मेल खान्छ। MPP परीक्षण पछि perovskite फिल्मको d GIXRD। स्रोत डेटा स्रोत डेटा फाइलहरूको रूपमा प्रदान गरिएको छ।
PbC2O4 ले आयन माइग्रेसनलाई रोक्न सक्छ भनेर पुष्टि गर्न तापक्रम-निर्भर चालकता मापन गरिएको थियो (पूरक चित्र २१)। आयन माइग्रेसनको सक्रियता ऊर्जा (Ea) फरक तापक्रम (T) मा FAPbI3 फिल्मको चालकता (σ) मा परिवर्तन मापन गरेर र Nernst-Einstein सम्बन्ध प्रयोग गरेर निर्धारण गरिन्छ: σT = σ0exp(−Ea/kBT), जहाँ σ0 एक स्थिरांक हो, kB बोल्ट्जम्यान स्थिरांक हो। हामीले 1/T बनाम ln(σT) को ढलानबाट Ea को मान प्राप्त गर्छौं, जुन नियन्त्रणको लागि 0.283 eV र LOS उपकरणको लागि 0.419 eV हो।
संक्षेपमा, हामी FAPbI3 पेरोभस्काइटको क्षय मार्ग र α-δ चरण संक्रमणको ऊर्जा अवरोधमा विभिन्न दोषहरूको प्रभाव पहिचान गर्न सैद्धान्तिक रूपरेखा प्रदान गर्दछौं। यी दोषहरू मध्ये, VI दोषहरूले सैद्धान्तिक रूपमा α बाट δ मा चरण संक्रमण सजिलै निम्त्याउने अनुमान गरिएको छ। I रिक्त स्थानहरूको गठन र I आयनहरूको माइग्रेसनलाई रोकेर FAPbI3 को α-चरण स्थिर गर्न PbC2O4 को पानीमा अघुलनशील र रासायनिक रूपमा स्थिर बाक्लो तह प्रस्तुत गरिएको छ। यो रणनीतिले इन्टरफेसियल गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजनलाई उल्लेखनीय रूपमा घटाउँछ, सौर्य कोशिका दक्षतालाई २५.३९% मा बढाउँछ, र सञ्चालन स्थिरतामा सुधार गर्दछ। हाम्रा परिणामहरूले दोष-प्रेरित α देखि δ चरण संक्रमणलाई रोकेर कुशल र स्थिर formamidine PSC प्राप्त गर्न मार्गदर्शन प्रदान गर्दछ।
टाइटेनियम(IV) आइसोप्रोपोक्साइड (TTIP, ९९.९९९%) सिग्मा-एल्ड्रिचबाट खरिद गरिएको थियो। हाइड्रोक्लोरिक एसिड (HCl, ३५.०–३७.०%) र इथेनॉल (निर्जल) ग्वाङ्झाउ केमिकल इन्डस्ट्रीबाट खरिद गरिएको थियो। SnO2 (१५ wt% टिन(IV) अक्साइड कोलोइडल फैलावट) अल्फा एसरबाट खरिद गरिएको थियो। लिड(II) आयोडाइड (PbI2, ९९.९९%) TCI सांघाई (चीन)बाट खरिद गरिएको थियो। फर्मामिडाइन आयोडाइड (FAI, ≥99.5%), फर्मामिडाइन क्लोराइड (FACl, ≥99.5%), मेथिलामाइन हाइड्रोक्लोराइड (MACl, ≥99.5%), 2,2′,7,7′-टेट्राकिस-(N, N-di-p))-मेथोक्स्यानिलिन)-9,9′-स्पाइरोबिफ्लोरोन (Spiro-OMeTAD, ≥99.5%), लिथियम बिस(ट्राइफ्लुरोमेथेन)सल्फोनिलिमाइड (Li-TFSI, 99.95%), 4-टर्ट -ब्यूटिलपाइरिडाइन (tBP, 96%) सियान पोलिमर लाइट टेक्नोलोजी कम्पनी (चीन) बाट खरिद गरिएको थियो। N,N-डाइमिथाइलफर्मामाइड (DMF, ९९.८%), डाइमिथाइल सल्फोक्साइड (DMSO, ९९.९%), आइसोप्रोपाइल अल्कोहल (IPA, ९९.८%), क्लोरोबेन्जिन (CB, ९९.८%), एसिटोनिट्राइल (ACN)। सिग्मा-एल्ड्रिचबाट खरिद गरिएको। अक्सालिक एसिड (H2C2O4, ९९.९%) म्याक्लिनबाट खरिद गरिएको थियो। सबै रसायनहरू अन्य कुनै परिमार्जन बिना प्राप्त रूपमा प्रयोग गरिएको थियो।
ITO वा FTO सब्सट्रेटहरू (१.५ × १.५ सेमी२) लाई क्रमशः १० मिनेटको लागि डिटर्जेन्ट, एसीटोन र इथेनॉलले अल्ट्रासोनिक रूपमा सफा गरियो, र त्यसपछि नाइट्रोजन स्ट्रिम अन्तर्गत सुकाइयो। ५०० डिग्री सेल्सियसमा ६० मिनेटको लागि इथेनॉल (१/२५, v/v) मा टाइटेनियम डायसोप्रोपोक्सिबिस (एसिटाइलेसेटोनेट) को घोल प्रयोग गरेर FTO सब्सट्रेटमा बाक्लो TiO2 बाधा तह जम्मा गरियो। SnO2 कोलोइडल फैलावटलाई १:५ को भोल्युम अनुपातमा डिआयोनाइज्ड पानीले पातलो पारियो। २० मिनेटको लागि UV ओजोनसँग उपचार गरिएको सफा सब्सट्रेटमा, SnO2 न्यानोपार्टिकल्सको पातलो फिल्म ४००० rpm मा ३० सेकेन्डको लागि जम्मा गरियो र त्यसपछि १५० डिग्री सेल्सियसमा ३० मिनेटको लागि पहिले नै तताइयो। पेरोभस्काइट पूर्ववर्ती घोलको लागि, २७५.२ मिलीग्राम FAI, ७३७.६ मिलीग्राम PbI2 र FACl (२० मोल%) DMF/DMSO (१५/१) मिश्रित विलायकमा घुलनशील पारियो। पेरोभस्काइट तह तयार पारिएको थियो ४० μL पेरोभस्काइट पूर्ववर्ती घोललाई UV-ओजोन-उपचार गरिएको SnO2 तहको माथि ५००० rpm मा २५ सेकेन्डको लागि परिवेशको हावामा सेन्ट्रीफ्यूज गरेर। अन्तिम पटक ५ सेकेन्ड पछि, ५० μL MACl IPA घोल (४ mg/mL) लाई एन्टिसोलभेन्टको रूपमा सब्सट्रेटमा द्रुत रूपमा खसालियो। त्यसपछि, भर्खरै तयार पारिएका फिल्महरूलाई १५०°C मा २० मिनेटको लागि र त्यसपछि १००°C मा १० मिनेटको लागि एनिल गरियो। पेरोभस्काइट फिल्मलाई कोठाको तापक्रममा चिसो पारेपछि, H2C2O4 घोल (१, २, ४ mg १ mL IPA मा घुलनशील) लाई ४००० rpm मा ३० सेकेन्डको लागि सेन्ट्रीफ्यूज गरियो। ७२.३ मिलीग्राम स्पाइरो-ओएमईटीएडी, १ मिलीलीटर सीबी, २७ µl tBP र १७.५ µl Li-TFSI (१ मिलीलीटर एसिटोनिट्राइलमा ५२० मिलीग्राम) मिसाएर तयार पारिएको स्पाइरो-ओएमईटीएडी घोललाई ३० सेकेन्ड भित्र ४००० आरपीएममा फिल्ममा स्पिन-लेप गरिएको थियो। अन्तमा, १०० एनएम बाक्लो एयू तहलाई ०.०५ एनएम/सेकेन्ड (०~१ एनएम), ०.१ एनएम/सेकेन्ड (२~१५ एनएम) र ०.५ एनएम/सेकेन्ड (१६~१०० एनएम) को दरले भ्याकुममा वाष्पीकरण गरिएको थियो।)।
पेरोभस्काइट सौर्य कोषहरूको SC कार्यसम्पादन १०० mW/cm2 को प्रकाश तीव्रतामा Keithley 2400 मीटर अन्डर सोलार सिम्युलेटर इल्युमिनेशन (SS-X50) प्रयोग गरेर मापन गरिएको थियो र क्यालिब्रेटेड मानक सिलिकन सोलार कोषहरू प्रयोग गरेर प्रमाणित गरिएको थियो। अन्यथा भनिएको बाहेक, SP वक्रहरू कोठाको तापक्रम (~25°C) मा अगाडि र उल्टो स्क्यान मोडहरूमा (भोल्टेज चरण २० mV, ढिलाइ समय १० ms) नाइट्रोजनले भरिएको ग्लोभ बक्समा मापन गरिएको थियो। मापन गरिएको PSC को लागि ०.०६७ cm2 को प्रभावकारी क्षेत्र निर्धारण गर्न छायाँ मास्क प्रयोग गरिएको थियो। उपकरणमा केन्द्रित मोनोक्रोमेटिक प्रकाशको साथ PVE300-IVT210 प्रणाली (औद्योगिक भिजन टेक्नोलोजी(हरू) Pte Ltd) प्रयोग गरेर परिवेशको हावामा EQE मापन गरिएको थियो। उपकरण स्थिरताको लागि, UV फिल्टर बिना १०० mW/cm2 दबाबमा नाइट्रोजन ग्लोभबक्समा गैर-इनक्याप्सुलेटेड सौर्य कोषहरूको परीक्षण गरिएको थियो। ToF-SIMS PHI nanoTOFII टाइम-अफ-फ्लाइट SIMS प्रयोग गरेर मापन गरिन्छ। ४००×४०० µm क्षेत्रफल भएको ४ kV Ar आयन बन्दुक प्रयोग गरेर गहिराइ प्रोफाइलिङ प्राप्त गरिएको थियो।
एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रोन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) मापन थर्मो-VG वैज्ञानिक प्रणाली (ESCALAB 250) मा मोनोक्रोमेटाइज्ड Al Kα (XPS मोडको लागि) प्रयोग गरेर ५.० × १०–७ Pa को दबाबमा गरिएको थियो। JEOL-JSM-6330F प्रणालीमा स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (SEM) गरिएको थियो। परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (AFM) (ब्रुकर डाइमेन्सन फास्टस्क्यान) प्रयोग गरेर पेरोभस्काइट फिल्महरूको सतह आकारविज्ञान र खुरदरापन मापन गरिएको थियो। STEM र HAADF-STEM FEI टाइटन थेमिस STEM मा राखिएको छ। UV-3600Plus (Shimadzu Corporation) प्रयोग गरेर UV-Vis अवशोषण स्पेक्ट्रा मापन गरिएको थियो। स्पेस चार्ज लिमिटिंग करेन्ट (SCLC) Keithley 2400 मिटरमा रेकर्ड गरिएको थियो। FLS 1000 फोटोल्युमिनेसेन्स स्पेक्ट्रोमिटर प्रयोग गरेर स्थिर-स्थिति फोटोल्युमिनेसेन्स (PL) र वाहक जीवनकाल क्षयको समय-समाधान गरिएको फोटोल्युमिनेसेन्स (TRPL) मापन गरिएको थियो। PL म्यापिङ छविहरू Horiba LabRam Raman प्रणाली HR Evolution प्रयोग गरेर मापन गरिएको थियो। फुरियर ट्रान्सफर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) थर्मो-फिशर निकोलेट NXR 9650 प्रणाली प्रयोग गरेर गरिएको थियो।
यस कार्यमा, हामी α-चरणबाट δ-चरणमा चरण संक्रमण मार्ग अध्ययन गर्न SSW पथ नमूना विधि प्रयोग गर्छौं। SSW विधिमा, सम्भावित ऊर्जा सतहको गति अनियमित नरम मोड (दोस्रो व्युत्पन्न) को दिशाद्वारा निर्धारण गरिन्छ, जसले सम्भावित ऊर्जा सतहको विस्तृत र वस्तुनिष्ठ अध्ययन गर्न अनुमति दिन्छ। यस कार्यमा, पथ नमूना ७२-परमाणु सुपरसेलमा गरिन्छ, र १०० भन्दा बढी प्रारम्भिक/अन्तिम अवस्था (IS/FS) जोडीहरू DFT स्तरमा सङ्कलन गरिन्छ। IS/FS जोडीवार डेटा सेटको आधारमा, प्रारम्भिक संरचना र अन्तिम संरचनालाई जोड्ने मार्ग परमाणुहरू बीचको पत्राचारसँग निर्धारण गर्न सकिन्छ, र त्यसपछि चर एकाइ सतहको साथ दुई-तर्फी चाललाई संक्रमण अवस्था विधिलाई सहज रूपमा निर्धारण गर्न प्रयोग गरिन्छ। (VK-DESV)। संक्रमण अवस्था खोजी गरेपछि, सबैभन्दा कम अवरोध भएको मार्ग ऊर्जा अवरोधहरूलाई श्रेणीकरण गरेर निर्धारण गर्न सकिन्छ।
सबै DFT गणनाहरू VASP (संस्करण 5.3.5) प्रयोग गरेर गरिएको थियो, जहाँ C, N, H, Pb, र I परमाणुहरूको इलेक्ट्रोन-आयन अन्तरक्रियाहरू प्रक्षेपित प्रवर्धित तरंग (PAW) योजनाद्वारा प्रतिनिधित्व गरिन्छ। विनिमय सहसम्बन्ध प्रकार्यलाई Perdue-Burke-Ernzerhoff प्यारामिटराइजेसनमा सामान्यीकृत ग्रेडियन्ट अनुमानद्वारा वर्णन गरिएको छ। समतल तरंगहरूको लागि ऊर्जा सीमा 400 eV मा सेट गरिएको थियो। Monkhorst-Pack k-पोइन्ट ग्रिडको आकार (2 × 2 × 1) छ। सबै संरचनाहरूको लागि, अधिकतम तनाव घटक 0.1 GPa भन्दा कम र अधिकतम बल घटक 0.02 eV/Å भन्दा कम नभएसम्म जाली र परमाणु स्थितिहरू पूर्ण रूपमा अनुकूलित गरिएको थियो। सतह मोडेलमा, FAPbI3 को सतहमा 4 तहहरू छन्, तल्लो तहमा FAPbI3 को शरीर अनुकरण गर्ने स्थिर परमाणुहरू छन्, र माथिल्लो तीन तहहरू अनुकूलन प्रक्रियाको क्रममा स्वतन्त्र रूपमा सार्न सक्छन्। PbC2O4 तह १ ML बाक्लो छ र FAPbI3 को I-टर्मिनल सतहमा अवस्थित छ, जहाँ Pb १ I र ४ O मा बाँधिएको छ।
अध्ययन डिजाइनको बारेमा थप जानकारीको लागि, यस लेखसँग सम्बन्धित प्राकृतिक पोर्टफोलियो रिपोर्ट सारांश हेर्नुहोस्।
यस अध्ययनको क्रममा प्राप्त वा विश्लेषण गरिएका सबै तथ्याङ्कहरू प्रकाशित लेखमा, साथै सहायक जानकारी र कच्चा डेटा फाइलहरूमा समावेश गरिएका छन्। यस अध्ययनमा प्रस्तुत गरिएका कच्चा डेटा https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440 मा उपलब्ध छन्। यस लेखको लागि स्रोत डेटा प्रदान गरिएको छ।
ग्रीन, एम. एट अल। सौर्य सेल दक्षता तालिकाहरू (५७ औं संस्करण)। कार्यक्रम। फोटोइलेक्ट्रिक। स्रोत। अनुप्रयोग। २९, ३–१५ (२०२१)।
पार्कर जे. एट अल। वाष्पशील अल्काइल अमोनियम क्लोराइड प्रयोग गरेर पेरोभस्काइट तहहरूको वृद्धि नियन्त्रण गर्दै। प्रकृति ६१६, ७२४–७३० (२०२३)।
झाओ वाई. एट अल. निष्क्रिय (PbI2)2RbCl ले उच्च-दक्षता सौर्य कोषहरूको लागि पेरोभस्काइट फिल्महरूलाई स्थिर बनाउँछ। विज्ञान ३७७, ५३१–५३४ (२०२२)।
ट्यान, के. एट अल। डाइमिथाइलक्रिडिनाइल डोपेन्ट प्रयोग गरेर उल्टो पेरोभस्काइट सौर्य कोषहरू। प्रकृति, ६२०, ५४५–५५१ (२०२३)।
हान, के. एट अल। एकल क्रिस्टलाइन फर्मामिडाइन लिड आयोडाइड (FAPbI3): संरचनात्मक, अप्टिकल र विद्युतीय गुणहरूमा अन्तर्दृष्टि। क्रियाविशेषण। म्याट २८, २२५३–२२५८ (२०१६)।
मेस्सी, एस. एट अल। FAPbI3 र CsPbI3 मा कालो पेरोभस्काइट चरणको स्थिरीकरण। AKS ऊर्जा संचार। ५, १९७४–१९८५ (२०२०)।
तपाईं, जेजे, आदि। सुधारिएको वाहक व्यवस्थापन मार्फत कुशल पेरोभस्काइट सौर्य कोषहरू। प्रकृति ५९०, ५८७–५९३ (२०२१)।
सालिबा एम. एट अल। पेरोभस्काइट सौर्य कोषहरूमा रुबिडियम क्याशनहरूको समावेशले फोटोभोल्टिक कार्यसम्पादनमा सुधार ल्याउँछ। विज्ञान ३५४, २०६–२०९ (२०१६)।
सालिबा एम. एट अल. ट्रिपल-क्यासन पेरोभस्काइट सिजियम सौर्य कोषहरू: सुधारिएको स्थिरता, पुनरुत्पादन क्षमता र उच्च दक्षता। ऊर्जा वातावरण। विज्ञान। ९, १९८९–१९९७ (२०१६)।
Cui X. et al. उच्च-प्रदर्शन पेरोभस्काइट सौर्य कोषहरूमा FAPbI3 चरण स्थिरीकरणमा हालसालैका प्रगतिहरू Sol. RRL 6, 2200497 (2022)।
डेलागेटा एस. एट अल. मिश्रित हलाइड जैविक-अकार्बनिक पेरोभस्काइटहरूको तर्कसंगत फोटोप्रेरित चरण विभाजन। नेट. कम्युनिकेट। ८, २०० (२०१७)।
स्लटक्याभेज, डीजे एट अल। हलाइड पेरोभस्काइट अवशोषकहरूमा प्रकाश-प्रेरित चरण विभाजन। AKS ऊर्जा संचार। १, ११९९–१२०५ (२०१६)।
चेन, एल. एट अल। फोर्मामिडाइन लिड ट्रायोडाइड पेरोभस्काइट सिंगल क्रिस्टलको आन्तरिक चरण स्थिरता र आन्तरिक ब्यान्डग्याप। अन्जिवा। केमिकल। अन्तर्राष्ट्रियता। संस्करण। ६१। e202212700 (2022)।
डुइन्स्टी, ईए आदि। मेथिलेनेडियामोनियमको विघटन र लिड ट्रायोडाइड फोरमिडिनको चरण स्थिरीकरणमा यसको भूमिका बुझ्नुहोस्। जे. केम। बिच। १८, १०२७५–१०२८४ (२०२३)।
लु, एचजेड एट अल। कालो पेरोभस्काइट सौर्य कोषहरूको कुशल र स्थिर वाष्प निक्षेपण FAPbI3। विज्ञान ३७०, ७४ (२०२०)।
डोहर्टी, TAS आदि। स्थिर झुकेको अष्टहेड्रल हालाइड पेरोभस्काइटहरूले सीमित विशेषताहरू भएका चरणहरूको स्थानीयकृत गठनलाई दबाउँछन्। विज्ञान ३७४, १५९८–१६०५ (२०२१)।
हो, के. एट अल। आर्द्रता र प्रकाशको प्रभावमा फर्मामिडाइन अन्न र सिजियम र लिड आयोडाइड पेरोभस्काइटहरूको रूपान्तरण र क्षयको संयन्त्र। AKS इनर्जी कम्युनिकेसन्स। ६, ९३४–९४० (२०२१)।
झेङ जे. एट अल. α-FAPbI3 पेरोभस्काइट सौर्य कोषहरूको लागि स्यूडोहालाइड एनियनहरूको विकास। प्रकृति ५९२, ३८१–३८५ (२०२१)।