Trugarez da vezañ deuet da weladenniñ Nature.com. Skoazell CSS bevennet en deus ar stumm merdeer oc'h arveret. Evit kaout an disoc'hoù gwellañ e kinnigomp deoc'h implijout ur stumm nevesoc'h eus ho merdeer (pe diweredekaat ar mod kempoellded en Internet Explorer). E-keit-se, evit gwarantiñ ar skoazell dalc'hus, e tiskouezomp al lec'hienn hep stil na JavaScript.
Implijet eo bet kalz ar pasivadur difazioù evit gwellaat perzhded ar c'helligoù heol perovskit triiodid plom, met n'eo ket sklaer c'hoazh efed difazioù liesseurt war stabilded ar fazenn α ; Amañ, dre implijout teorienn fonksionel ar stankter, e anavezomp evit ar wech kentañ hent diskar ar perovskit triiodid plom formamidin eus ar fazenn α d'ar fazenn δ ha studiañ a reomp efed difazioù liesseurt war ar barrenn energiezh tremen ar fazenn. Disoc'hoù ar simuladur a ra war-dro e c'hallfe ar goullonderioù iod kaout an diskar rak izelaat a reont kalz ar skoilh energiezh evit an tremen eus ar fazenn α-δ hag o deus an energiezh stummañ izelañ war gorre ar perovskit. Lakaat ur gwiskad stank a oksalat plom dizoloet en dour war gorre ar perovskit a harz kalz diskar ar fazenn α, o virout ouzh dilec'hiañ ha volatiladur an iod. Ouzhpenn-se, ar strategiezh-mañ a zigresk kalz an adkempenn etrefas hep skinoù hag a gresk efedusted ar c'helligoù heol betek 25,39% (testeniekaet 24,92%). An dafariad hep pakañ a c'hell c'hoazh mirout e efedusted orin a 92% goude bezañ bet oberiet gant ar galloud uhelañ e-pad 550 eurvezh dindan skinadur tolz aer 1,5 G simulet.
Efedusted treuzfurmiñ energiezh (PCE) ar c'helligoù heol perovskit (PSC) en deus tizhet ur rekord testeniekaet a 26%1. Abaoe 2015 e vez gwelloc'h gant ar PSCoù modern ar formamidin triiodid perovskit (FAPbI3) evel ur gwiskad a dap ar gouloù abalamour d'e stabilded termek dreistordinal ha d'e ziforc'h bannoù tost ouzh ar vevenn Shockley-Keisser a 2,3,4. Siwazh, filmoù FAPbI3 a dremen dre un tremen termodinamek eus ur fazenn α du d'ur fazenn δ melen nann-perovskit e temperadur ar gambr5,6. Evit mirout ouzh stummadur ar fazenn delta ez eus bet savet kenaozadoù perovskit kemplezh liesseurt. Ar strategiezh implijet ar muiañ evit trec'hiñ ar gudenn-se eo meskañ FAPbI3 gant ur meskaj ionoù metil amoniom (MA+), seziom (Cs+) ha bromur (Br-)7,8,9. Koulskoude, ar perovskitoù hiron a c'houzañv diwar ledanaat ar bannoù-treset ha dispartiañ ar fazennoù fotoinduet, ar pezh a laka en arvar perzhded ha stabilded obererezhel ar PSCoù a zeu diwarno10,11,12.
Studioù diwezhañ o deus diskouezet e vez ur stabilded dreistordinal gant FAPbI3 ur c'hristal hepken glan hep doperezh ebet abalamour d'e c'hristallinelezh dreistordinal ha d'e fazioù izel13,14. Dre-se, digreskiñ an direizhderioù dre greskiñ kristalinelezh ar FAPbI3 dre vras ​​zo ur strategiezh pouezus evit tizhout PSCoù efedus ha stabil2,15. Koulskoude, e-pad oberiadur ar PSC FAPbI3, e c'hall c'hoarvezout c'hoazh an diskar betek ar fazenn δ c'hwec'hkornek melen dic'hoantaet16. Kregiñ a ra an argerzh peurliesañ war gorreoù ha harzoù ar greunennoù a zo muioc'h kizidik ouzh an dour, an tommder hag ar gouloù abalamour da vezañs niverus a dachennoù direizh17. Dre-se eo ret pasivadur gorre/greun evit stabilaat fazenn du FAPbI318. Kalz strategiezhioù pasivadur an direizhderioù, en o zouez lakaat perovskitoù izel o ment, molekulennoù Lewis asid-baz, ha holenoù halogenid amoniom, o deus graet berzh bras e PSCoù formamidin19,20,21,22. Betek-henn, kazi an holl studiadennoù o deus lakaet o evezh war perzh difazioù liesseurt evit termeniñ perzhioù optoelektronek evel adkempenn ar c'hefluskerioù, hirder an difiñv hag ar framm bannoù e kelligoù heol22,23,24. Da skouer, implijet e vez an teorienn fonksionel stankter (DFT) evit rakwelet en un doare teorikel energiezhioù stummañ ha liveoù energiezh trapañ fazioù liesseurt, ar pezh a vez implijet kalz evit heñchañ ar sevel pasivadur pleustrek20,25,26. Pa zigresk an niver a fazioù e vez gwellaet stabilded an urzhiataer peurliesañ. Koulskoude, e PSCoù formamidin, e rankfe bezañ disheñvel-tre mekanikoù levezon difazioù liesseurt war stabilded ar fazioù hag ar perzhioù fototredanek. Evit ar pezh a ouzomp, n'eo ket bet komprenet mat c'hoazh ar c'homprenadur diazez eus ar mod ma vez broudet an tremen eus ar fazenn kubik d'ar fazenn c'hwec'hkornek (α-δ) gant an difazioù ha perzh ar pasivadur gorre war stabilded fazenn ar perovskit α-FAPbI3.
Amañ e tiskouezomp hent diskar ar perovskit FAPbI3 eus ar fazenn α du d'ar fazenn δ melen ha levezon difazioù liesseurt war ar barrenn energiezh eus an tremen eus ar fazenn α d'ar fazenn δ dre DFT. I vac'hoù, a vez krouet aes e-pad ar sevel filmoù hag an obererezh urzhiataer, a zo rakwelet evel ar muiañ a c'hoant da grogiñ gant an tremen α-δ. Dre-se hon eus lakaet ur gwiskad oksalat plom (PbC2O4) stank dizoloet en dour ha stabil war an dachenn gimiek war FAPbI3 dre un argerzh in situ. Ar gorread oksalat plom (LOS) a harz ouzh stummañ ar vac'hoù I hag a vir ouzh dilec'hiañ an ionoù I pa vez broudet gant tommder, gouloù ha maezioù tredan. Ar LOS a zeu eus se a zigresk kalz an adkempenn etrefas hep skinoù hag a wella efedusted FAPbI3 PSC betek 25,39% (testeniekaet betek 24,92%). An dafariad LOS hep pakañ en deus miret 92% eus e efedusted orin goude bezañ bet oberiant er poent galloud uhelañ (MPP) e-pad ouzhpenn 550 eurvezh gant ur mas aer simulet (AM) a 1,5 G a skinadur.
Da gentañ hon eus graet jedadennoù ab initio evit kavout hent diskar ar perovskit FAPbI3 evit tremen eus ar fazenn α d'ar fazenn δ. Dre un argerzh treuzfurmiñ fazennoù munut e vez kavet e vez tizhet an treuzfurmadur eus un oktaedr rannañ korn [PbI6] tridimensionel e fazenn α kubik FAPbI3 d'un oktaedr rannañ ribl unvan [PbI6] e fazenn δ c'hwec'hkornek FAPbI3. torriñ 9. Pb-I a grou ul liamm er pazenn gentañ (Int-1), hag e harz energiezh a erru 0,62 eV/kellig, evel m'eo diskouezet e skeudenn 1a. Pa vez dilec'hiet an eizhkorn en tu [0\(\bar{1}\)1] e astenn an enkadenn berr c'hwec'hkornek eus 1×1 da 1×3, 1×4 hag e teu a-benn ar fin e-barzh ar fazenn δ. (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ eo feur tu an hent a-bezh. Diwar an diagramm dasparzh energiezh e c'haller kavout goude nukleadur ar fazenn δ eus FAPbI3 er mareoù da-heul eo izeloc'h ar barrenn energiezh eget hini an tremen eus ar fazenn α, ar pezh a dalvez e vo buanaet an tremen eus ar fazenn. Sklaer eo eo pouezus-kenañ ar pazenn gentañ evit kontrollañ an tremen dre fazenn ma fell deomp mougañ an diskar fazenn α.
un argerzh treuzfurmiñ fazenn eus an tu kleiz d'an tu dehou – fazenn FAPbI3 du (fazenn α), kentañ troc'h liamm Pb-I (Int-1) ha troc'h liamm Pb-I all (Int-2, Int -3 hag Int -4) ha fazenn melen FAPbI3 (fazenn delta). b Harzoù energiezh evit tremen α da δ FAPbI3 diazezet war fazioù poentoù diabarzh liesseurt. Ar linenn strizh a ziskouez harz energiezh ur c'hristal ideal (0,62 eV). c Energiezh stummañ fazioù poentoù kentañ war gorre ar perovskit plom. An ahel absisenn eo harz energiezh an tremen α-δ, hag an ahel ordinal eo energiezh ar c'hrouiñ fazioù. Ar perzhioù skeudennaouet e gris, melen ha glas a zo ar seurt I (EB izel-FE uhel), ar seurt II (FE uhel) hag ar seurt III (EB izel-FE izel), hervez o urzh. d Energiezh stummañ fazioù VI ha LOS FAPbI3 er c'hontroll. e I barrenn da zilec'hiañ ionoù e kontroll ha LOS FAPbI3. f – skeudennadur skematek eus dilec'hiañ an ionoù I (sferennoù orañjez) ha gLOS FAPbI3 (gris, plom; violet (orañjez), iod (iod heloc'h)) er c'hontrol gf (kleiz : gwel a-us; dehou : troc'h, gell); karbon; glas-sklaer – nitrogen ; ruz – oksigen ; roz sklaer – hidrogen). Pourchaset e vez ar roadennoù orin e stumm restroù roadennoù orin.
Goude-se hon eus studiet en un doare reizhiadek levezon fazioù poentoù diabarzh liesseurt (en o zouez aloubadeg eneplec'hiennoù PbFA, IFA, PbI, hag IPb; atomoù etre Pbi ha Ii; ha goullonderioù VI, VFA ha VPb), a vez sellet outo evel faktoroù pennañ. a laka an diskar atomek hag energiezh da zigreskiñ a zo diskouezet e skeudenn 1b hag e taolenn ouzhpenn 1. Dedennus eo, n'eo ket an holl fazioù a zigresk ar barrenn energiezh eus an tremen α-δ (skeudenn 1b). Krediñ a reomp e vez sellet ouzh fazioù o deus energiezhioù stummañ izel ha barregezhioù energiezh tremen α-δ izel evel noazus evit stabilded ar fazenn. Evel m'eo bet embannet a-raok, an diavaezioù pinvidik e plom a vez sellet outo evel efedus evit ar formamidin PSC27 dre vras. Dre-se e vez lakaet ar gaoz war an diavaez (100) termenet gant PbI2 dindan an amzer pinvidik e plom. Energiezh stummañ fazioù fazioù poentoù diabarzh an diavaez a zo diskouezet e skeudenn 1c hag e taolenn ouzhpenn 1. Diazezet war ar barrenn energiezh (EB) hag an energiezh stummañ tremen fazenn (FE), e vez renket an difazioù-se e teir seurt. Seurt I (EB izel-FE uhel): Daoust ma vez digresket kalz ar skoilh energiezh gant IPb, VFA ha VPb evit tremen ar fazenn, ez eus ganto energiezhioù stummañ uhel. Dre-se e kredomp e vez un efed bevennet gant ar seurt fazioù-se war an tremen dre fazioù dre ma vezont savet ral a wech. Seurt II (EB uhel): Abalamour d'ar barrenn energiezh tremen fazenn α-δ gwellaet, ne vez ket gwallet stabilded fazenn ar perovskit α-FAPbI3 gant an difazioù enep-lec'h PbI, IFA ha PbFA. Seurt III (EB izel-FE izel) : fazioù VI, Ii ha Pbi gant energiezhioù stummañ izel a-walc'h a c'hell kaout un diskar fazenn du. Dreist-holl pa seller ouzh an FE hag an EB VI izelañ, e kredomp eo ar strategiezh efedusañ digreskiñ ar postoù goullo I.
Evit digreskiñ ar VI hon eus savet ur gwiskad stank PbC2O4 evit gwellaat gorread FAPbI3. Keñveriet gant pasivatourien holen halogenek organek evel an iodid feniletilammoniom (PEAI) hag an iodid n-oktilammoniom (OAI), PbC2O4, n'en deus ket ionoù halogen heloc'h, a zo stabil war an dachenn gimiek, dizoloet en dour, hag aes da ziweredekaat pa vez broudet. Stabilaat mat an dour war gorre ha tachenn tredan ar perovskit. N'eo dizoloadenn PbC2O4 en dour nemet 0,00065 g/L, ar pezh a zo izeloc'h c'hoazh eget hini PbSO428. Pouezusoc'h c'hoazh, gwiskadoù stank ha unvan a LOS a c'hell bezañ prientet en un doare dous war filmoù perovskit dre implijout reaktadennoù in situ (gwelet amañ dindan). Graet hon eus simuladurioù DFT eus al liamm etrefas etre FAPbI3 ha PbC2O4 evel m'eo diskouezet e skeudenn ouzhpenn 1. An daolenn ouzhpenn 2 a ginnig an energiezh stummañ fazioù goude ensinkladenn LOS. Kavet hon eus ne gresk ket LOS energiezh stummañ fazioù VI gant 0,69–1,53 eV hepken (Skeudenn 1d), met ivez energiezh gweredekaat I war gorre ar c'hemm hag ar gorre mont kuit (Skeudenn 1e). Er penn kentañ e vez treuzkaset an ionoù I a-hed gorre ar perovskit, o lezel an ionoù VI en ur sav reizhiad gant ur skoilh energiezh a 0,61 eV. Goude bezañ bet lakaet e pleustr LOS, abalamour da efed an harz sterek, e kresk an energiezh gweredekaat evit dilec'hiañ an ionoù I betek. 1,28 eV. E-pad dilec'hiañ an ionoù I o kuitaat gorre ar perovskit eo uheloc'h ivez ar skoilh energiezh er VOC eget er skouerenn kontroll (Skeudenn 1e). Diagrammoù skematek hentoù treuzkas ionoù I e kontroll ha LOS FAPbI3 a zo diskouezet e skeudenn 1 f ha g, hervez an urzh. Disoc'hoù ar simuladur a ziskouez e c'hall LOS harzañ stummañ fazioù VI ha volatiladur I, o virout evel-se nukleadur an tremen eus ar fazenn α da δ.
Ar reaktadur etre an asid oksalek hag ar perovskit FAPbI3 a oa bet amprouet. Goude bezañ mesket an disoc'hoù asid oksalek ha FAPbI3 e voe savet ur bern skorn gwenn, evel m'eo diskouezet e skeudenn ouzhpenn 2. Anavezet e voe ar produ poultr evel danvez PbC2O4 glan dre implijout difraksion skinoù X (XRD) (Skeudenn ouzhpenn 3) ha spektroskopiezh treuzfurmet Fourier (Skeudenn ouzhpenn SFT) (Skeudenn ouzhpenn 4). Kavet hon eus eo dizoloet-tre an asid oksalek en alkool izopropil (IPA) e temperadur ar gambr gant un dizolousted a war-dro 18 mg/mL, evel m'eo diskouezet e skeudenn ouzhpenn 5. Gant-se e vez aesoc'h an treuzfurmiñ da-heul dre ma ne ra ket an IPA, evel dizoloer pasivadur boutin, da zroug d'ar gwiskad perovskite goude berr amzer. Dre-se, dre soubañ ar film perovskit e-barzh un dizoloadenn asid oksalek pe dre spin-coating an dizoloadenn asid oksalek war ar perovskit, e c'haller kaout buan PbC2O4 tanav ha stank war gorre ar film perovskit hervez an daveenn gimiek da-heul : H2C2O4 + FAPI3 = PbI3 + FABI FAI a c'hell bezañ dizoloet en IPA ha tennet evel-se e-pad ar poazhañ. Tevder al LOS a c'hell bezañ kontrollet dre amzer ar reaktadur ha dre ar c'hresk a-raok.
Skeudennoù mikroskopiezh elektronek (SEM) eus filmoù perovskit kontroll ha LOS a zo diskouezet e skeudennoù 2a,b. Diskouez a ra an disoc'hoù eo miret mat morfologiezh gorre ar perovskit, hag un niver bras a rannigoù fin a vez lakaet war gorre ar greun, ar pezh a zlefe bezañ ur gwiskad PbC2O4 savet gant an argerzh in-situ. Ur gorread un tamm eeunoc'h en deus ar film perovskit LOS (Skeudenn ouzhpenn 6) hag ur c'horn darempred dour brasoc'h eget ar film kontroll (Skeudenn ouzhpenn 7). Implijet e oa bet ar mikroskopiezh elektronek dre dreuzfurmadur uhel (HR-TEM) evit diforc'hañ gwiskad gorre ar produ. E keñver ar film kontroll (Skeudenn 2c), ur gwiskad tanav unvan ha stank gant un tevder a war-dro 10 nm a weler splann war-zu ar perovskit LOS (Skeudenn 2d). Dre implijout ar mikroskopiezh elektronek skaniñ teñval anv-korn uhel (HAADF-STEM) evit studiañ an etrefas etre PbC2O4 ha FAPbI3 e c'haller gwelet splann bezañs rannvroioù kristalin FAPbI3 ha rannvroioù amorfek PbC2O4 (Skeudenn ouzhpenn 8). Savadur gorre ar perovskit goude an tretañ gant asid oksalek a oa bet termenet dre vuzulioù spektroskopiezh fotoelektronek dre skinoù X (XPS), evel m'eo diskouezet e skeudennoù 2e–g. E skeudenn 2e, ar pikoù C 1s war-dro 284,8 eV ha 288,5 eV a ya d'ober ar sinaloù CC ha FA spesadel, hervez o urzh. Keñveriet gant ar grogenn kontroll, ar grogenn LOS a ziskouezas ur pik ouzhpenn da 289,2 eV, a zo bet roet da C2O42-. Spektrum O 1s ar perovskit LOS a ziskouez tri pik O 1s kimiek disheñvel da 531,7 eV, 532,5 eV ha 533,4 eV, ar pezh a glot gant COO diprotonet, C=O ar strolladoù oksalat intañv 30 hag atomoù O eus elfenn OH (Skeudenn 2). )). Evit ar skouerenn kontroll ne oa bet gwelet nemet ur pik O 1s bihan, ar pezh a c'haller lakaat da dalvezout evit an oksigen kimiek-sorbet war an diavaez. Perzhioù ar grogenn kontroll eus Pb 4f7/2 ha Pb 4f5/2 a zo lec'hiet e 138,4 eV ha 143,3 eV, hervez an urzh. Gwelet hon eus e tiskouez ar perovskit LOS ur c'hemm eus ar pik Pb a war-dro 0,15 eV war-du un energiezh liammañ uheloc'h, ar pezh a ziskouez un etregwered kreñvoc'h etre an atomoù C2O42- ha Pb (Skeudenn 2g).
a Skeudennoù SEM eus ar filmoù kontroll ha b filmoù perovskit LOS, gwel a-us. c Mikroskopiezh elektronek dre dreuzfollenn uhel (HR-TEM) eus filmoù perovskit kontroll ha d LOS. XPS uhel-disoc'h eus e C 1s, f O 1s ha g Pb 4f filmoù perovskit. Pourchaset e vez ar roadennoù orin e stumm restroù roadennoù orin.
Hervez disoc'hoù an DFT e vez rakwelet dre ar teorienn e c'hallfe an direizhderioù VI hag an dilec'hiañ I lakaat an tremen eus α da δ da c'hoarvezout aes. Diskouezet en deus danevelloù kent e vez skarzhet buan I2 diwar filmoù perovskit diazezet war PC e-pad ar fotoimmersion goude bezañ lakaet ar filmoù dindan ar gouloù hag ar stress termek31,32,33. Evit kadarnaat efed stabilaat an oksalat plom war fazenn α ar perovskit, hon eus soubet ar filmoù perovskit kontroll ha LOS e boutailhoù gwer treuzwelus enno toluen, hervez o urzh, ha goude-se hon eus skinaouet anezho gant 1 gouloù heol e-pad 24 eurvezh. Muzuliañ a reomp suniadur ar gouloù ultraviolet hag ar gouloù gwelus (UV-Vis). ) disoc'h toluen, evel m'eo diskouezet e skeudenn 3a. E-keñver ar skouerenn kontroll e oa bet gwelet kalz izeloc'h nerzh an I2 e-keñver LOS-perovskite, ar pezh a ziskouez e c'hall LOS kompakt harzañ an I2 da vezañ skarzhet eus ar film perovskite e-pad an immersion er gouloù. Diskouezet e vez luc'hskeudennoù filmoù kontroll kozh ha perovskit LOS e-barzh ar skeudennoù 3b ha c. Du eo c'hoazh ar perovskit LOS, tra ma'z eo deuet an darn vrasañ eus ar film kontroll da vezañ melen. Diskouezet eo spektroù suniadur UV-gwelus ar film beuzet e Fig. 3b, c. Gwelet hon eus e oa digresket splann an absorbadur a glot gant α er film kontroll. Muzulioù dre skinoù X a voe graet evit teuliañ emdroadur ar framm kristal. Goude 24 eurvezh sklêrijennañ e tiskouezas ar perovskit kontroll ur sinal δ-faz melen kreñv (11,8°), tra ma zalc'he ar perovskit LOS ur faz du mat c'hoazh (Skeudenn 3d).
Spektroù sugnañ gwelus dre UV an disoc'hoù toluen ma oa bet beuzet ar film kontroll hag ar film LOS dindan 1 gouloù an heol e-pad 24 eurvezh. An ensoc'h a ziskouez ur fiol ma oa bet beuzet pep film en ur volum kevatal a toluen. b Spektroù suniadur UV-Vis ar film kontroll ha c ar film LOS a-raok ha goude 24 eurvezh soubidigezh dindan 1 gouloù an heol. An ensoc'h a ziskouez ul luc'hskeudenn eus ar film amprouiñ. d Patromoù difraksion dre skinoù X ar filmoù kontroll ha LOS a-raok ha goude 24 eurvezh eskemm. Skeudennoù SEM eus ar film kontroll e hag eus ar film f LOS goude 24 eurvezh eskemm. Pourchaset e vez ar roadennoù orin e stumm restroù roadennoù orin.
Graet hon eus muzulioù dre mikroskopiezh elektronek (SEM) evit sellet ouzh kemmoù mikrostrukturel ar film perovskit goude 24 eurvezh sklêrijenn, evel m'eo diskouezet e skeudennoù 3e,f. Er film kontroll e voe distrujet ar greunennoù bras ha troet e nadozioù bihan, ar pezh a glot gant morfologiezh ar produ δ-faz FAPbI3 (Skeudenn 3e). Evit ar filmoù LOS e chom ar greunennoù perovskit en ur stad vat (Skeudenn 3f). Kadarnaet eo bet gant an disoc'hoù e vez kaset kalz an tremen eus ar prantad du d'ar prantad melen gant ar c'holl I, tra ma stabila PbC2O4 ar prantad du, o virout ouzh ar c'holl I. Dre ma'z eo kalz uheloc'h stankter ar goullo war an diavaez eget er c'hementad greun,34 eo muioc'h a c'hoant da c'hoarvezout ar prantad-se war gorre ar greun. o skarzhañ yod war un dro hag o sevel VI. Evel m'eo bet rakwelet gant an DFT e c'hall LOS harzañ stummañ fazioù VI ha mirout ouzh dilec'hiañ ionoù I war gorre ar perovskit.
Ouzhpenn-se e oa bet studiet efed ar gwiskad PbC2O4 war resistañs ouzh ar filmoù perovskit en aer aergelc'hiek (glebder keñverel 30-60%). Evel m'eo diskouezet e skeudenn ouzhpenn 9, e oa c'hoazh du ar perovskit LOS goude 12 devezh, tra ma oa deuet ar film kontroll da vezañ melen. E muzulioù XRD e tiskouez ar film kontroll ur pik kreñv da 11,8° a glot gant fazenn δ FAPbI3, tra ma vir ar perovskit LOS ar fazenn α du mat (Skeudenn ouzhpenn 10).
Implijet e oa bet ar fotoluminezenn stad stabil (PL) hag ar fotoluminezenn diskoulmet dre amzer (TRPL) evit studiañ efed pasivadur an oksalat plom war gorre ar perovskit. Er skeudenn. Ar skeudenn 4a a ziskouez ez eus bet kresket nerzh PL gant ar film LOS. Er skeudenn kartennaouiñ PL eo uheloc'h nerzh ar film LOS war an dachenn a-bezh a 10 × 10 μm2 eget hini ar film kontroll (Skeudenn ouzhpenn 11), ar pezh a ziskouez e pasiv PbC2O4 ar film perovskit en un doare unvan. Termenet e vez padelezh ar c'heflusker dre dostaat ouzh an diskar TRPL gant ur fonksion esponentiel hepken (Skeudenn 4b). 5,2 μs eo padelezh douger ar film LOS, ar pezh a zo kalz hiroc'h eget ar film kontroll gant ur padelezh douger a 0,9 μs, ar pezh a ziskouez ez eo digresket an adkempenn nann-skignañ war an diavaez.
PL stad stabil ha b-spektroù PL amzerel filmoù perovskit war isframmoù gwer. c Krommenn SP an dafariad (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au). d Spektrum EQE ha spektrum Jsc EQE enframmet diwar an urzhiataer efedusañ. d Dizalc'hiezh nerzh ar gouloù eus un dafariad perovskit ouzh an diagramm Voc. f Anavezadenn MKRC boas dre implijout un dafariad toull naetaat ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au. VTFL eo ar voltadur uhelañ evit leuniañ an trapoù. Diwar ar roadennoù-se hon eus jedet stankter an trapoù (Nt). Pourchaset e vez ar roadennoù orin e stumm restroù roadennoù orin.
Evit studiañ efed ar gwiskad oksalat plom war perzhded an dafariad e oa bet implijet ur framm darempred hengounel FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au. Implijout a reomp klorid formamidin (FACl) evel ouzhpennadur d'ar prekursor perovskit e-lec'h klorid metilamin (MACl) evit tizhout gwelloc'h perzhded an dafariad, dre ma c'hall FACl kinnig gwelloc'h kalite ar c'hristal ha diwall diouzh an diforc'h bannoù FAPbI335 (gwelet ar skeudennoù ouzhpenn 1 ha 2 evit keñveriañ dre ar munud). ). 12-14). Dibabet e oa bet IPA evel enep-dizoloer peogwir e kinnig ur c'halite kristal gwelloc'h hag un tu gwelloc'h e filmoù perovskit e-keñver an eter dietil (DE) pe ar c'hlorobenzen (CB)36 (Skeudennoù ouzhpenn 15 ha 16). Tevder PbC2O4 a oa bet gwellaet gant evezh evit kempouezañ mat ar pasivadur fazioù hag an treuzdougen kargoù dre reizhañ ar c'hementad asid oksalek (Skeudenn ouzhpenn 17). Skeudennoù SEM treuzfollenn eus an urzhiataerioù kontroll ha LOS gwellaet a zo diskouezet e skeudenn ouzhpenn 18. Ar c'hrommennoù stankter tredan (CD) stank evit an urzhiataerioù kontroll ha LOS a zo diskouezet e skeudenn 4c, hag ar baramezioù tennet a zo roet e taolenn ouzhpenn 3. Efedusted treuzfurmiñ galloud uhelañ (PCE) ar c'helligoù kontroll (34%, 24%, 24%, Jc.). 25,75 mA cm-2 (25,74 mA cm-2), Voc 1,16 V (1,16 V) ha skan en-dro (war-raok). Ar faktor leuniañ (FF) a zo 78,40% (76,69%). PCE LOS PSC uhelañ a zo 25,39% (24,79%), Jsc a zo 25,77 mA cm-2, Voc a zo 1,18 V, FF a zo 83,50% (81,52%) eus an tu-hont (Skan war-raok). An urzhiataer LOS en deus tizhet ur perzhded fotovoltaek testeniekaet a 24,92% en ur laboratoer fotovoltaek tredeog fiziet (Skeudenn ouzhpenn 19). An efedusted kuantek diavaez (EQE) a roas ur Jsc integret a 24,90 mA cm-2 (kontrol) ha 25,18 mA cm-2 (LOS PSC), hervez an urzh, ar pezh a oa en emglev mat gant ar Jsc muzuliet er spektrum AM 1,5 G skoueriek (Skeudenn .4d). ) . Diskouezet eo dasparzh stadegel ar PCEoù muzuliet evit ar PSCoù kontroll ha LOS e skeudenn ouzhpenn 20.
Evel m'eo diskouezet e skeudenn 4e, an darempred etre Voc ha nerzh ar gouloù a oa bet jedet evit studiañ efed PbC2O4 war adkempenn an diavaez skoazellet gant an trap. Penn al linenn staliet evit an dafariad LOS a zo 1,16 kBT/sq, ar pezh a zo izeloc'h eget stou al linenn staliet evit an urzhiataer kontroll (1,31 kBT/sq), ar pezh a gadarna eo talvoudus LOS evit harzañ an adkempenn gorre gant an touell. Implijout a reomp an teknologiezh space charge current limiting (SCLC) evit muzuliañ dre ment stankter fazioù ur film perovskite dre vuzuliañ perzh IV teñval un dafariad toull (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) evel m'eo diskouezet er skeudenn. 4f Diskouez. Ar stankter trap a vez jedet dre ar formulenn Nt = 2ε0εVTFL/eL2, ma'z eo ε ar c'honstant dielektrek keñverel eus ar film perovskit, ε0 eo ar c'honstant dielektrek eus ar goullonder, VTFL eo ar voltadur bevenn evit leuniañ an trap, e eo ar garg, L eo tevder ar film perovskit (650 nrom). Stankder fazioù an urzhiataer VOC a zo jedet da 1,450 × 1015 cm–3, ar pezh a zo izeloc'h eget stankter fazioù an urzhiataer kontroll, da lavaret eo 1,795 × 1015 cm–3.
An dafariad hep pakañ a oa bet amprouet er poent galloud uhelañ (MPP) dindan gouloù an deiz leun dindan nitrogen evit gwiriañ e stabilded perzhded hirder (Skeudenn 5a). Goude 550 eurvezh e oa bet miret 92% eus e efedusted uhelañ gant an urzhiataer LOS, tra ma oa digresket perzhded an urzhiataer kontroll da 60% eus e efedusted orin. Muzuliañ a reer dasparzh an elfennoù en urzhiataer kozh dre spektrometriezh tolz ionoù eilrenk amzer-nij (ToF-SIMS) (Skeudenn 5b, c). Ur bern iod a c'haller gwelet en takad kontroll aour uhelañ. Ar c'hondisionoù evit gwareziñ ar gazoù diweredekaet a zistaol faktoroù a zistruj an endro evel an dour hag an oksigen, ar pezh a laka da soñjal eo karget ar mekanikoù diabarzh (da lâret eo, divroañ an ionoù). Hervez disoc'hoù ToF-SIMS e oa bet detektet ionoù I- hag AuI2- en elektrod Au, ar pezh a ziskouez e oa bet skignet I eus ar perovskit en Au. War-dro 10 gwech uheloc'h eo kreñvder ar sinal eus an ionoù I- hag AuI2- en urzhiataer kontroll eget hini ar skouerenn VOC. Diskouezet en deus danevelloù kent e c'hall an treuzdougen ionoù kas da zigreskiñ buan treuzdougen toulloù ar spiro-OMeTAD ha da gleuziañ kimiek ar gwiskad elektrod uhelañ, o tigreskiñ dre-se an darempred etrefas en urzhiataer37,38. Tennet e voe an elektrod Au ha naetaet e voe ar gwiskad spiro-OMeTAD diouzh an isframm gant un disoc'h klorobenzen. Neuze hon eus termenet ar film dre implijout difraksion skinoù X dre zarempredoù peuriñ (GIXRD) (Skeudenn 5d). Diskouez a ra an disoc'hoù ez eus gant ar film kontroll ur pik difraksion anat da 11,8°, tra ma ne zeu war wel pik difraksion nevez ebet er skouerenn LOS. Diskouez a ra an disoc'hoù e vez krouet ar fazenn δ gant kolloù bras a ionoù I er film kontroll, tra ma vez harzet an argerzh-se splann er film LOS.
575 eurvezh heuliañ MPP didalvoud un dafariad digor en un aergelc'h azot ha 1 gouloù heol hep sil UV. Dasparzh ToF-SIMS an ionoù b I- ha c AuI2- en urzhiataer kontroll LOS MPP hag en urzhiataer kozhni. Ar livioù melen, glas hag orañjez a glot gant Au, Spiro-OMeTAD ha perovskit. d GIXRD ar film perovskit goude an test MPP. Pourchaset e vez ar roadennoù orin e stumm restroù roadennoù orin.
Muzuliañ a reer ar c'henderc'hadur diouzh an temperadur evit kadarnaat e c'hallfe PbC2O4 harzañ an dilec'hiañ ionoù (Skeudenn ouzhpenn 21). Energiezh gweredekaat (Ea) an treuzkas ionoù a vez termenet dre vuzuliañ kemm treuzdougen (σ) ar film FAPbI3 e temperadurioù disheñvel (T) ha dre implijout an darempred Nernst-Einstein : σT = σ0exp(−Ea/kBT), ma'z eo σ0 ur c'honstant, kB ar c'honstant Boltman. Kavout a reomp talvoud Ea diwar stou ln(σT) e-keñver 1/T, da lavaret eo 0,283 eV evit ar c'hontroll ha 0,419 eV evit an dafariad LOS.
Evit diverrañ, kinnig a reomp ur framm damkanel evit anavezout hent diskar ar perovskit FAPbI3 ha levezon direizhderioù liesseurt war harz energiezh an tremen α-δ. E-touez an difazioù-se e vez rakwelet e c'hallfe difazioù VI kaout aes un tremen eus α da δ. Ur gwiskad stank PbC2O4 dizoloet en dour ha stabil war an dachenn gimiek a vez lakaet e pleustr evit stabilaat fazenn α FAPbI3 dre stankañ stummadur I vakañsoù ha dilec'hiañ ionoù I. Gant ar strategiezh-mañ e vez digresket kalz an adkempenn etrefas nann-skignañ, kresket e vez efedusted ar c'helligoù heol betek 25,39%, ha gwellaet e vez ar stabilded oberiant. Gant hon disoc'hoù e vez kinniget titouroù evit tizhout PSCoù formamidin efedus ha stabil dre stankañ an tremen α da δ degaset gant an direizhder.
Prenet e oa bet izopropoksid titan(IV) (TTIP, 99,999%) digant Sigma-Aldrich. Prenet e oa bet asid klorhidrek (HCl, 35,0–37,0%) hag etanol (hep dour) digant greanterezh kimiek Guangzhou. Prenet e oa bet SnO2 (15% e pouez eus an oksid staen(IV) koloidel) digant Alfa Aesar. Prenet e oa bet iodid plom(II) (PbI2, 99,99%) digant TCI Shanghai (Sina). Iodur formamidin (FAI, ≥99,5%), klorid formamidin (FACl, ≥99,5%), klorid metilamin (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%) a oa bet prenet digant Xi'an Polymer Light Technology Company (Sina). N,N-dimetilformamid (DMF, 99,8%), dimetilsulfoksid (DMSO, 99,9%), alkool izopropil (IPA, 99,8%), klorobenzen (CB, 99,8%), asetonitril (ACN). Prenet gant Sigma-Aldrich. Prenet e oa bet asid oksalek (H2C2O4, 99,9%) digant Macklin. An holl produioù kimiek a oa bet implijet evel ma oant bet resevet hep kemmoù all ebet.
An isframmoù ITO pe FTO (1,5 × 1,5 cm2) a voe naetaet dre ultrason gant produ-gwalc'hiñ, aseton hag etanol e-pad 10 munutenn, hervez an urzh, ha goude-se e voe sec'het dindan ur stêr azot. Ur gwiskad harz TiO2 stank a oa bet lakaet war ur substrad FTO dre implijout un disoc'h titaniom diisoprooxybis(acetylacetonate) en etanol (1/25, v/v) lakaet da 500 °C e-pad 60 munutenn. Diluet e oa bet an disperzh koloidel SnO2 gant dour diionizet en ur feur volum a 1:5. War ur substrad glan tretet gant ozon UV e-pad 20 munutenn e voe lakaet ur film tanav a nanopartikelloù SnO2 da 4000 troatad dre vunutenn e-pad 30 eilenn ha goude-se raktommet da 150 °C e-pad 30 munutenn. Evit an disoc'h prekursor perovskit e voe teuzet 275,2 mg FAI, 737,6 mg PbI2 ha FACl (20 mol%) e dizoloer mesket DMF/DMSO (15/1). Prientet e oa bet ar gwiskad perovskit dre greizennañ 40 μL a zisoc'h a-raok ar perovskit war-zu ar gwiskad SnO2 tretet gant ozon UV da 5000 rpm en aer tro-dro e-pad 25 s. 5 eilenn goude ar wech diwezhañ e voe taolet buan 50 μL a zisoc'h MACl IPA (4 mg/mL) war ar substrad evel un enep-disoc'h. Neuze e voe tommet ar filmoù nevez prientet da 150°C e-pad 20 munutenn ha goude da 100°C e-pad 10 munutenn. Goude bezañ yenaet ar film perovskit betek temperadur ar gambr e voe greizennet an disoc'h H2C2O4 (1, 2, 4 mg teuzet e 1 mL IPA) da 4000 rpm e-pad 30 s evit pasivañ gorre ar perovskit. Un disoc'h spiro-OMeTAD prientet dre veskañ 72,3 mg spiro-OMeTAD, 1 ml CB, 27 μl tBP ha 17,5 μl Li-TFSI (520 mg e 1 ml asetonitril) a voe goloet war ar film da 4000 rpm e-barzh 300 s. Erfin, ur gwiskad Au 100 nm tevder a voe aezhennet e goullo gant ur feur a 0,05 nm/s (0~1 nm), 0,1 nm/s (2~15 nm) ha 0,5 nm/s (16~100 nm) . ).
Muzuliañ a reer perzhded SC ar c'helligoù heol perovskit dre implijout ur Keithley 2400 metr dindan sklêrijenn ur simulatour heol (SS-X50) gant ur gouloù kreñvder a 100 mW/cm2 ha gwiriekaet dre implijout kelligoù heol silisiom skoueriek kalibret. Ma ne vefe ket meneget un dra all, e oa bet muzuliet ar c'hrommennoù SP en ur voest gantoù leun a nitrogen da wrez ar gambr (~25°C) e modoù skaniñ war-raok hag en-dro (pazenn voltadur 20 mV, amzer dale 10 ms). Ur maskl skeud a oa bet implijet evit termeniñ un dachenn efedus a 0,067 cm2 evit ar PSC muzuliet. Muzulioù EQE a oa bet kaset da benn en aer tro-dro dre implijout ur reizhiad PVE300-IVT210 (Industrial Vision Technology(s) Pte Ltd) gant ur gouloù unliv lakaet war an urzhiataer. Evit stabilded an dafariad e oa bet graet an testenioù war ar c'helligoù heol nann-enkapsulet en ur voest-maneg azot da 100 mW/cm2 gwask hep sil UV. Muzuliet e vez ToF-SIMS dre implijout PHI nanoTOFII time-of-flight SIMS. Ar profilañ donder a oa bet tapet dre implijout ur fuzuilh ion Ar 4 kV gant ur gorread a 400×400 μm.
Muzulioù ar spektroskopiezh fotoelektronek dre skinoù X (XPS) a oa bet graet war ur reizhiad Thermo-VG Scientific (ESCALAB 250) en ur implijout Al Kα monokromatizet (evit ar mod XPS) gant ur gwask a 5,0 × 10–7 Pa. Graet e oa bet ar mikroskopiezh elektronek dre skaniñ (SEM) war ur reizhiad JESM-JOL3063F. Muzuliañ a reer morfologiezh gorre ha garvder ar filmoù perovskit dre ar mikroskopiezh nerzh atomek (AFM) (Bruker Dimension FastScan). STEM ha HAADF-STEM a vez dalc'het e FEI Titan Themis STEM. Muzuliañ a reer ar spektroù suniadur UV-Vis gant un UV-3600Plus (Shimadzu Corporation). Enrollet e oa bet ar red-tredan karg egor (SCLC) war ur metr Keithley 2400. Muzuliañ a reer ar fotoluminesañs stad stabil (PL) hag ar fotoluminesañs diskoulmet dre amzer (TRPL) eus diskar buhez ar c'heflusker dre implijout ur spektrometr fotoluminesañs FLS 1000. Muzuliañ a reer ar skeudennoù kartennaouiñ PL gant ur reizhiad Horiba LabRam Raman HR Evolution. Graet e oa bet ar spektroskopiezh dre dreuzfurmadur Fourier (FTIR) gant ur reizhiad Thermo-Fisher Nicolet NXR 9650.
Er labour-mañ e implijomp an doare skoueriekaat hent SSW evit studiañ an hent tremen eus ar fazenn α d'ar fazenn δ. Er meziant SSW e vez termenet lusk ar gorread energiezh potentiel gant tu ar mod dous dre zegouezh (eil deverad), ar pezh a aotre ur studiadenn resis ha gwirvoud eus gorread energiezh potentiel. Er labour-mañ e vez graet ar samplañ hentoù war ur superkellig 72 atom, ha dastumet e vez ouzhpenn 100 koublad stad kentañ/diwezhañ (IS/FS) war live an DFT. Diazezet war ar roadennoù daou-ha-daou IS/FS e c'haller termeniñ an hent a liamm ar framm kentañ hag ar framm diwezhañ gant ar c'heñveriañ etre an atomoù, ha goude-se e vez implijet al lusk div-hent a-hed gorread an unanenn kemmus evit termeniñ en un doare reizh an doare stad tremen. (VK-DESV). Goude bezañ klasket ar stad tremen e c'haller termeniñ an hent gant ar skoilh izelañ dre renkañ ar skoilhoù energiezh.
An holl jedadennoù DFT a oa bet graet gant VASP (stumm 5.3.5), ma vez diskouezet an etregweredoù elektron-ion etre atomoù C, N, H, Pb, hag I gant ur skeul gwagennoù kreñvaet rakwelet (PAW). Deskrivet eo ar fonksion keñveriañ eskemm gant an tostaat gradient hollek e parametradur Perdue-Burke-Ernzerhoff. Lakaet e oa bet ar vevenn energiezh evit ar gwagennoù plaen da 400 eV. Ur ment a (2 × 2 × 1) eo ar gael poent k Monkhorst–Pack. Evit an holl frammoù e oa bet gwellaet penn-da-benn ar savlec'hioù reizhiadel hag atomek betek ma oa ar perzh stress uhelañ dindan 0,1 GPa hag ar perzh nerzh uhelañ dindan 0,02 eV/Å. Er patrom gorre, gorre FAPbI3 en deus 4 gwiskad, er gwiskad izelañ ez eus atomoù stag o simulañ korf FAPbI3, hag an tri gwiskad uhelañ a c'hell fiñval frank e-pad an argerzh optimizañ. ML eo tevder ar gwiskad PbC2O4 ha lec'hiet eo war gorre I-termen FAPbI3, ma vez staget Pb ouzh 1 I ha 4 O.
Evit gouzout hiroc'h diwar-benn tres ar studiadenn, sellit ouzh an diverradenn eus ar portfolio naturel stag ouzh ar pennad-mañ.
An holl ditouroù bet tapet pe dielfennet e-kerzh ar studiadenn-mañ a zo e-barzh ar pennad embannet, hag ivez e-barzh an titouroù skoazell hag ar restroù roadennoù c'hrouet. Ar roadennoù kentañ kinniget er studiadenn-mañ a c'haller kaout war https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440. Roadennoù orin a zo kinniget evit ar pennad-mañ.
Green, M. hag all. Taolennoù efedusted ar c'helligoù heol (57vet embannadur). programm. fototredan. danvez. arload. 29, 3–15 (2021).
Parker J. hag all. Kontrolliñ kresk ar gwiskadoù perovskit dre implijout kloridoù alkil amoniom volatil. Nature 616, 724–730 (2023).
Zhao Y. et al. (PbI2)2RbCl diweredekaet a stabila ar filmoù perovskit evit ar c'helligoù heol efedus-kenañ. Science 377, 531–534 (2022).
Tan, K. hag all. Kelc'hioù heol perovskit troet gant dopant dimetilakridinil. Nature, 620, 545–551 (2023).
Han, K. hag all. Iodur plom formamidin unkristalinek (FAPbI3) : titouroù war ar perzhioù frammadurel, optikel hag tredanel. adverb. Matt. 28, 2253–2258 (2016).
Massey, S. hag all. Stabiladur ar fazenn perovskit du e FAPbI3 ha CsPbI3. AKS Energy Communications. 5, 1974–1985 (2020).
C'hwi, JJ, hag all. Kelc'hioù heol perovskit efedus dre ur merañ gwellaet eus ar c'hefluskerioù. Nature 590, 587–593 (2021).
Saliba M. hag all. Enkorfadur kationoù rubidiom e kelligoù heol perovskit a wella ar perzhded fotovoltaek. Science 354, 206–209 (2016).
Saliba M. hag all. Kelligoù heol seziom perovskit tri-kation : stabilded, adproduiñ ha efedusted uhel gwellaet. endro energiezh. ar skiant. 9, 1989–1997 (2016).
Cui X. hag all. Araokadennoù diwezhañ e stabiladur ar fazenn FAPbI3 e kelligoù heol perovskit uhel-perzhded Sol. RRL 6, 2200497 (2022).
Delagetta S. hag all. Dispartiañ ar fazennoù luc'hskeudennet reizhel eus perovskitoù organek-anorganek halogenid mesket. Nat. kehentiñ. 8, 200 (2017).
Slotcavage, DJ hag all. Dispartiañ ar fazennoù broudet gant ar gouloù en absorberien perovskit halogenid. AKS Energy Communications. 1, 1199–1205 (2016).
Chen, L. hag all. Stabilded ar fazenn diabarzh ha troc'h-bandenn diabarzh ar c'hristal unvan perovskit triiodid plom formamidin. Anjiva. Kimiek. etrebroadel. Ed. 61. e202212700 (2022).
Duinsti, EA hag all. Kompren disrannadur ar metilendiammoniom hag e roll e stabilaat fazenn ar formamidin triiodid plom. J. Chem. C'hoar. 18, 10275–10284 (2023).
Lu, HZ hag all. Lakaat aezhenn efedus ha stabil ar c'helligoù heol perovskit du FAPbI3. Science 370, 74 (2020).
Doherty, TAS hag all. Perovskitoù halogenur octaedrek stouet stabil a stank ar stummadur lec'hiet a fazennoù gant perzhioù bevennet. Science 374, 1598–1605 (2021).
Ho, K. hag all. Mekanikoù treuzfurmiñ ha diskar ar greunennoù formamidin hag ar perovskitoù iodid seziom ha plom dindan levezon an dour hag ar gouloù. AKS Energy Communications. 6, 934–940 (2021).
Zheng J. et al. Diorren anionoù pseudohalid evit kelligoù heol perovskit α-FAPbI3. Nature 592, 381–385 (2021).