Շնորհակալություն Nature.com կայք այցելելու համար: Ձեր օգտագործած դիտարկիչի տարբերակն ունի CSS-ի սահմանափակ աջակցություն: Լավագույն արդյունքի հասնելու համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել ձեր դիտարկիչի ավելի նոր տարբերակը (կամ անջատել համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում): Մինչ այդ, շարունակական աջակցությունն ապահովելու համար, մենք կայքը ցուցադրում ենք առանց ոճավորման կամ JavaScript-ի:
Արատների պասիվացումը լայնորեն կիրառվել է կապարի տրիյոդիդային պերովսկիտային արևային մարտկոցների աշխատանքը բարելավելու համար, սակայն տարբեր արատների ազդեցությունը α-փուլի կայունության վրա մնում է անհասկանալի։ Այստեղ, օգտագործելով խտության ֆունկցիոնալ տեսությունը, մենք առաջին անգամ նույնականացնում ենք ֆորմամիդինային կապարի տրիյոդիդային պերովսկիտի քայքայման ուղին α-փուլից δ-փուլ և ուսումնասիրում ենք տարբեր արատների ազդեցությունը փուլային անցման էներգետիկ արգելքի վրա։ Սիմուլյացիայի արդյունքները կանխատեսում են, որ յոդի թափոնները, ամենայն հավանականությամբ, քայքայման պատճառ են դառնում, քանի որ դրանք զգալիորեն իջեցնում են α-δ փուլային անցման էներգետիկ արգելքը և ունեն պերովսկիտի մակերեսին ամենացածր ձևավորման էներգիան։ Ջրում չլուծվող կապարի օքսալատի խիտ շերտի ներմուծումը պերովսկիտի մակերեսին զգալիորեն կանխում է α-փուլի քայքայումը՝ կանխելով յոդի միգրացիան և գոլորշիացումը։ Բացի այդ, այս ռազմավարությունը զգալիորեն նվազեցնում է միջերեսային ոչ ճառագայթային վերակոմբինացիան և բարձրացնում արևային մարտկոցի արդյունավետությունը մինչև 25.39% (հաստատված 24.92%)։ Չփաթեթավորված սարքը կարող է պահպանել իր սկզբնական 92% արդյունավետությունը՝ առավելագույն հզորությամբ 550 ժամ աշխատելով 1.5 Գ օդային զանգվածի սիմուլյացիոն ճառագայթման ներքո։
Պերովսկիտային արևային մարտկոցների (ՊՄԷ) հզորության փոխակերպման արդյունավետությունը (ՀՄԷ) հասել է վավերացված ռեկորդային 26%-ի1: 2015 թվականից ի վեր ժամանակակից ՊՄԷ-ները որպես լույս կլանող շերտ նախընտրել են ֆորմամիդինի տրիյոդիդային պերովսկիտը (FAPbI3)՝ դրա գերազանց ջերմային կայունության և Շոկլի-Կեյսերի սահմանին մոտ 2,3,4 նախընտրելի արգելակային գոտու շնորհիվ: Դժբախտաբար, FAPbI3 թաղանթները սենյակային ջերմաստիճանում թերմոդինամիկորեն անցնում են սև α փուլից դեղին ոչ պերովսկիտային δ փուլի5,6: Դելտա փուլի առաջացումը կանխելու համար մշակվել են պերովսկիտի տարբեր բարդ կազմություններ: Այս խնդիրը հաղթահարելու ամենատարածված ռազմավարությունը FAPbI3-ը մեթիլ ամոնիումի (MA+), ցեզիումի (Cs+) և բրոմիդի (Br-) իոնների համադրության հետ խառնելն է7,8,9: Սակայն հիբրիդային պերովսկիտները տառապում են արգելակային գոտիների լայնացումից և լուսածնված փուլային բաժանումից, ինչը վտանգում է արդյունքում ստացված PSC-ների աշխատանքը և գործառնական կայունությունը10,11,12։
Վերջերս կատարված ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ մաքուր միաբյուրեղ FAPbI3-ը առանց որևէ խառնուրդի ունի գերազանց կայունություն՝ շնորհիվ իր գերազանց բյուրեղացման և ցածր արատների13,14: Հետևաբար, արատների նվազեցումը՝ զանգվածային FAPbI3-ի բյուրեղացումը մեծացնելով, կարևոր ռազմավարություն է արդյունավետ և կայուն PSC-ներ ստանալու համար2,15: Այնուամենայնիվ, FAPbI3 PSC-ի շահագործման ընթացքում դեռևս կարող է տեղի ունենալ անցանկալի դեղին վեցանկյուն ոչ-պերովսկիտային δ փուլի քայքայում16: Գործընթացը սովորաբար սկսվում է մակերեսներից և հատիկների սահմաններից, որոնք ավելի զգայուն են ջրի, ջերմության և լույսի նկատմամբ՝ բազմաթիվ արատավոր տարածքների առկայության պատճառով17: Հետևաբար, մակերեսի/հատիկի պասիվացումը անհրաժեշտ է FAPbI318-ի սև փուլը կայունացնելու համար: Արատների պասիվացման բազմաթիվ ռազմավարություններ, ներառյալ ցածր չափի պերովսկիտների, թթվահիմնային Լյուիսի մոլեկուլների և ամոնիումի հալոգենիդային աղերի ներմուծումը, մեծ առաջընթաց են գրանցել ֆորմամիդինի PSC-ներում19,20,21,22: Մինչ օրս գրեթե բոլոր ուսումնասիրությունները կենտրոնացած են եղել տարբեր արատների դերի վրա՝ որոշելու համար օպտոէլեկտրոնային հատկություններ, ինչպիսիք են կրիչների վերակոմբինացիան, դիֆուզիոն երկարությունը և գոտիների կառուցվածքը արևային մարտկոցներում22,23,24: Օրինակ, խտության ֆունկցիոնալ տեսությունը (DFT) օգտագործվում է տարբեր արատների ձևավորման էներգիաները և որսման էներգիայի մակարդակները տեսականորեն կանխատեսելու համար, որը լայնորեն օգտագործվում է գործնական պասիվացման նախագծման ուղղորդման համար20,25,26: Արատների թվի նվազմանը զուգընթաց սարքի կայունությունը սովորաբար բարելավվում է: Այնուամենայնիվ, ֆորմամիդինային PSC-ներում տարբեր արատների փուլային կայունության և ֆոտոէլեկտրական հատկությունների վրա ազդեցության մեխանիզմները պետք է լիովին տարբեր լինեն: Մեր իմացության չափով, դեռևս վատ է հասկացվում, թե ինչպես են արատները առաջացնում խորանարդից վեցանկյուն (α-δ) փուլային անցում և մակերեսային պասիվացման դերը α-FAPbI3 պերովսկիտի փուլային կայունության վրա:
Այստեղ մենք բացահայտում ենք FAPbI3 պերովսկիտի քայքայման ուղին սև α-ֆազից դեղին δ-ֆազ և տարբեր արատների ազդեցությունը α-ից δ-ֆազ անցման էներգետիկ արգելքի վրա՝ DFT-ի միջոցով: I թափուր տեղերը, որոնք հեշտությամբ առաջանում են թաղանթի պատրաստման և սարքի շահագործման ընթացքում, կանխատեսվում է, որ ամենայն հավանականությամբ կսկսեն α-δ փուլային անցումը: Հետևաբար, մենք FAPbI3-ի վրա ներմուծել ենք ջրում չլուծվող և քիմիապես կայուն կապարի օքսալատի (PbC2O4) խիտ շերտ՝ տեղում ռեակցիայի միջոցով: Կապարի օքսալատի մակերեսը (ԿՕՄ) կանխում է I թափուր տեղերի առաջացումը և կանխում I իոնների միգրացիան՝ ջերմության, լույսի և էլեկտրական դաշտերի խթանման դեպքում: Արդյունքում ստացված ԿՕՄ-ը զգալիորեն նվազեցնում է միջերեսային ոչ ճառագայթային վերակոմբինացիան և բարելավում է FAPbI3 PSC-ի արդյունավետությունը մինչև 25.39% (հաստատված է 24.92%): Առանց փաթեթի LOS սարքը պահպանել է իր սկզբնական արդյունավետության 92%-ը՝ առավելագույն հզորության կետում (MPP) ավելի քան 550 ժամ աշխատելով 1.5 G ճառագայթման սիմուլյացված օդային զանգվածի (AM) պայմաններում։
Սկզբում մենք կատարեցինք ab initio հաշվարկներ՝ FAPbI3 պերովսկիտի α փուլից δ փուլ անցնելու քայքայման ուղին գտնելու համար։ Մանրամասն փուլային փոխակերպման գործընթացի միջոցով պարզվեց, որ FAPbI3-ի խորանարդային α-փուլում եռաչափ անկյունային [PbI6] օկտաէդրից FAPbI3-ի վեցանկյուն δ-փուլում միաչափ եզրային [PbI6] օկտաէդրի փոխակերպումը տեղի է ունենում։ 9. Pb-I-ն կապ է առաջացնում առաջին քայլում (Int-1), և դրա էներգետիկ պատնեշը հասնում է 0.62 էՎ/բջիջ, ինչպես ցույց է տրված նկար 1ա-ում։ Երբ օկտաէդրը տեղաշարժվում է [0\(\bar{1}\)1] ուղղությամբ, վեցանկյուն կարճ շղթան ընդարձակվում է 1×1-ից մինչև 1×3, 1×4 և վերջապես մտնում է δ փուլ։ Ամբողջ ուղու կողմնորոշման հարաբերակցությունը (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ է։ Էներգիայի բաշխման դիագրամից կարելի է տեսնել, որ FAPbI3-ի δ փուլի միջուկագոյացումից հետո հաջորդ փուլերում էներգետիկ պատնեշը ավելի ցածր է, քան α փուլային անցման պատնեշը, ինչը նշանակում է, որ փուլային անցումը կարագանա։ Ակնհայտ է, որ փուլային անցումը վերահսկելու առաջին քայլը կարևոր է, եթե մենք ցանկանում ենք ճնշել α-փուլի քայքայումը։
ա) Փուլային փոխակերպման գործընթացը ձախից աջ՝ սև FAPbI3 փուլ (α-փուլ), առաջին Pb-I կապի խզում (Int-1) և հետագա Pb-I կապի խզում (Int-2, Int-3 և Int-4) և դեղին փուլ FAPbI3 (դելտա փուլ): բ) FAPbI3-ի α-ից δ փուլային անցման էներգետիկ արգելքներ՝ հիմնված տարբեր ներքին կետային արատների վրա: Կետավոր գիծը ցույց է տալիս իդեալական բյուրեղի էներգետիկ արգելքը (0.62 eV): գ) կապարե պերովսկիտի մակերեսին առաջնային կետային արատների առաջացման էներգիա: Աբսցիսի առանցքը α-δ փուլային անցման էներգետիկ արգելքն է, իսկ օրդինատային առանցքը՝ արատի առաջացման էներգիան: Մոխրագույն, դեղին և կանաչ երանգավորված մասերը համապատասխանաբար I տիպի (ցածր EB-բարձր FE), II տիպի (բարձր FE) և III տիպի (ցածր EB-ցածր FE) են: դ) FAPbI3-ի VI և LOS արատների առաջացման էներգիան վերահսկիչում: ե) I իոնային միգրացիայի արգելք վերահսկիչում և FAPbI3-ի LOS: f – gf վերահսկիչում I իոնների (նարնջագույն գնդիկներ) և gLOS FAPbI3 (մոխրագույն, կապար; մանուշակագույն (նարնջագույն), յոդ (շարժուն յոդ)) միգրացիայի սխեմատիկ ներկայացումը (ձախից՝ վերևից տեսք; աջից՝ լայնական կտրվածք, շագանակագույն); ածխածին; բաց կապույտ՝ ազոտ; կարմիր՝ թթվածին; բաց վարդագույն՝ ջրածին): Աղբյուրի տվյալները տրամադրվում են աղբյուրի տվյալների ֆայլերի տեսքով:
Այնուհետև մենք համակարգված ուսումնասիրեցինք տարբեր ներքին կետային արատների ազդեցությունը (ներառյալ PbFA, IFA, PbI և IPb հակատեղային զբաղեցումը, Pbi և Ii միջբջջային ատոմները, ինչպես նաև VI, VFA և VPb թափուր տեղերը), որոնք համարվում են հիմնական գործոններ, որոնք առաջացնում են ատոմային և էներգետիկ մակարդակի փուլային դեգրադացիա, ներկայացված են նկար 1բ-ում և լրացուցիչ աղյուսակ 1-ում: Հետաքրքիր է, որ ոչ բոլոր արատներն են նվազեցնում α-δ փուլային անցման էներգետիկ արգելքը (Նկար 1բ): Մենք կարծում ենք, որ այն արատները, որոնք ունեն ինչպես ցածր ձևավորման էներգիաներ, այնպես էլ ցածր α-δ փուլային անցման էներգետիկ արգելքներ, համարվում են վնասակար փուլային կայունության համար: Ինչպես նախկինում նշվել է, կապարով հարուստ մակերեսները, ընդհանուր առմամբ, համարվում են արդյունավետ ֆորմամիդին PSC27-ի համար: Հետևաբար, մենք կենտրոնանում ենք PbI2-ով ավարտվող (100) մակերեսի վրա կապարով հարուստ պայմաններում: Մակերեսային ներքին կետային արատների արատի ձևավորման էներգիան ներկայացված է նկար 1գ-ում և լրացուցիչ աղյուսակ 1-ում: Էներգետիկ արգելքի (EB) և փուլային անցման ձևավորման էներգիայի (FE) հիման վրա, այս արատները դասակարգվում են երեք տեսակի: I տիպ (ցածր EB-բարձր FE): Չնայած IPb-ն, VFA-ն և VPb-ն զգալիորեն նվազեցնում են փուլային անցման էներգետիկ արգելքը, դրանք ունեն բարձր ձևավորման էներգիաներ: Հետևաբար, մենք կարծում ենք, որ այս տեսակի արատները սահմանափակ ազդեցություն ունեն փուլային անցումների վրա, քանի որ դրանք հազվադեպ են ձևավորվում: II տիպ (բարձր EB): Բարելավված α-δ փուլային անցման էներգետիկ արգելքի շնորհիվ, հակատեղակայքային արատները՝ PbI, IFA և PbFA, չեն վնասում α-FAPbI3 պերովսկիտի փուլային կայունությունը: III տիպ (ցածր EB-ցածր FE): VI, Ii և Pbi արատները՝ համեմատաբար ցածր ձևավորման էներգիաներով, կարող են առաջացնել սև փուլի քայքայում: Հատկապես ամենացածր FE-ն և EB VI-ն հաշվի առնելով, մենք կարծում ենք, որ ամենաարդյունավետ ռազմավարությունը I թափուր տեղերի կրճատումն է:
VI-ը նվազեցնելու համար մենք մշակել ենք PbC2O4-ի խիտ շերտ՝ FAPbI3-ի մակերեսը բարելավելու համար: Ֆենիլէթիլամոնիումի յոդիդ (PEAI) և n-օկտիլամոնիումի յոդիդ (OAI) նման օրգանական հալոգենային աղերի պասիվատորների համեմատ, PbC2O4-ը, որը չի պարունակում շարժական հալոգենային իոններ, քիմիապես կայուն է, անլուծելի է ջրում և հեշտությամբ դեակտիվացվում է խթանման ժամանակ: Պերովսկիտի մակերեսային խոնավության և էլեկտրական դաշտի լավ կայունացում: PbC2O4-ի լուծելիությունը ջրում կազմում է ընդամենը 0.00065 գ/լ, որը նույնիսկ ավելի ցածր է, քան PbSO428-ինը: Ավելի կարևոր է, որ LOS-ի խիտ և միատարր շերտերը կարող են մեղմորեն պատրաստվել պերովսկիտային թաղանթների վրա՝ օգտագործելով in situ ռեակցիաներ (տե՛ս ստորև): Մենք իրականացրել ենք FAPbI3-ի և PbC2O4-ի միջև միջերեսային կապի DFT մոդելավորում, ինչպես ցույց է տրված լրացուցիչ նկար 1-ում: Լրացուցիչ աղյուսակ 2-ը ներկայացնում է LOS ներարկումից հետո արատի առաջացման էներգիան: Մենք պարզեցինք, որ LOS-ը ոչ միայն մեծացնում է VI արատների առաջացման էներգիան 0.69–1.53 էՎ-ով (Նկար 1դ), այլև մեծացնում է I-ի ակտիվացման էներգիան միգրացիայի մակերեսին և ելքի մակերեսին (Նկար 1ե): Առաջին փուլում I իոնները միգրացվում են պերովսկիտի մակերեսի երկայնքով՝ թողնելով VI իոնները ցանցային դիրքում՝ 0.61 էՎ էներգետիկ արգելքով: LOS-ի ներմուծումից հետո, ստերիկ խոչընդոտման ազդեցության պատճառով, I իոնների միգրացիայի ակտիվացման էներգիան մեծանում է մինչև 1.28 էՎ: Պերովսկիտի մակերեսից դուրս եկող I իոնների միգրացիայի ընթացքում VOC-ի էներգետիկ արգելքը նույնպես ավելի բարձր է, քան վերահսկիչ նմուշում (Նկար 1ե): Վերահսկիչ և LOS FAPbI3-ում I իոնների միգրացիայի ուղիների սխեմատիկ դիագրամները ներկայացված են համապատասխանաբար Նկար 1-ում f և g: Սիմուլյացիայի արդյունքները ցույց են տալիս, որ LOS-ը կարող է արգելակել VI արատների առաջացումը և I-ի գոլորշիացումը, այդպիսով կանխելով α-ից δ փուլային անցման միջուկագոյացումը:
Թրթնջուկային թթվի և FAPbI3 պերովսկիտի միջև ռեակցիան փորձարկվել է։ Թրթնջուկային թթվի և FAPbI3 լուծույթները խառնելուց հետո առաջացել է մեծ քանակությամբ սպիտակ նստվածք, ինչպես ցույց է տրված լրացուցիչ նկար 2-ում։ Փոշենման արդյունքը նույնականացվել է որպես մաքուր PbC2O4 նյութ՝ օգտագործելով ռենտգենյան դիֆրակցիա (XRD) (Լրացուցիչ նկար 3) և Ֆուրիեի ձևափոխության ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիա (FTIR) (Լրացուցիչ նկար 4)։ Մենք պարզել ենք, որ թրթնջուկային թթուն լավ լուծելի է իզոպրոպիլ սպիրտում (IPA) սենյակային ջերմաստիճանում՝ մոտավորապես 18 մգ/մլ լուծելիությամբ, ինչպես ցույց է տրված լրացուցիչ նկար 5-ում։ Սա հետագա մշակումը հեշտացնում է, քանի որ IPA-ն, որպես պասիվացման տարածված լուծիչ, չի վնասում պերովսկիտային շերտը կարճ ժամանակից ավելի29։ Հետևաբար, պերովսկիտային թաղանթը թրթնջկաթթվի լուծույթի մեջ ընկղմելով կամ թրթնջկաթթվի լուծույթը պերովսկիտի վրա պտտվող ծածկույթով պատելով, պերովսկիտային թաղանթի մակերեսին կարելի է արագորեն ստանալ բարակ և խիտ PbC2O4՝ համաձայն հետևյալ քիմիական հավասարման՝ H2C2O4 + FAPbI3 = PbC2O4 + FAI +HI: FAI-ն կարող է լուծվել IPA-ում և այդպիսով հեռացվել եփելու ընթացքում: LOS-ի հաստությունը կարող է կարգավորվել ռեակցիայի ժամանակով և նախորդի կոնցենտրացիայով:
Վերահսկիչ և LOS պերովսկիտային թաղանթների սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (SEM) պատկերները ներկայացված են նկարներ 2a, b-ում: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ պերովսկիտի մակերեսի ձևաբանությունը լավ պահպանված է, և հատիկի մակերեսին նստեցված են մեծ քանակությամբ մանր մասնիկներ, որոնք պետք է ներկայացնեն PbC2O4 շերտ, որը ձևավորվել է տեղում ռեակցիայի միջոցով: LOS պերովսկիտային թաղանթն ունի մի փոքր ավելի հարթ մակերես (Լրացուցիչ նկար 6) և ջրի հետ շփման ավելի մեծ անկյուն՝ համեմատած վերահսկիչ թաղանթի հետ (Լրացուցիչ նկար 7): Բարձր թույլտվությամբ լայնակի փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակը (HR-TEM) օգտագործվել է արտադրանքի մակերեսային շերտը տարբերակելու համար: Վերահսկիչ թաղանթի համեմատ (Նկար 2c), LOS պերովսկիտի վերևում հստակ երևում է մոտ 10 նմ հաստությամբ միատարր և խիտ բարակ շերտ (Նկար 2d): PbC2O4-ի և FAPbI3-ի միջև միջերեսը ուսումնասիրելու համար բարձր անկյան օղակաձև մուգ դաշտի սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (HAADF-STEM) միջոցով կարելի է հստակորեն դիտարկել FAPbI3-ի բյուրեղային շրջանների և PbC2O4-ի ամորֆ շրջանների առկայությունը (Լրացուցիչ նկար 8): Թրթնջուկային թթվով մշակումից հետո պերովսկիտի մակերևութային կազմը բնութագրվել է ռենտգենյան ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիայի (XPS) չափումներով, ինչպես ցույց է տրված նկարներ 2e-g-ում: Նկար 2e-ում, 284.8 eV և 288.5 eV շուրջ C 1s գագաթները համապատասխանաբար պատկանում են CC և FA հատուկ ազդանշաններին: Համեմատած վերահսկիչ թաղանթի հետ, LOS թաղանթը ցուցաբերել է լրացուցիչ գագաթ 289.2 eV-ում, որը վերագրվում է C2O42-ին: LOS պերովսկիտի O 1s սպեկտրը ցուցադրում է երեք քիմիապես տարբեր O 1s գագաթներ՝ 531.7 eV, 532.5 eV և 533.4 eV արժեքներով, որոնք համապատասխանում են անձեռնմխելի օքսալատային խմբերի 30 դեպրոտոնացված COO, C=O և OH բաղադրիչի O ատոմներին (Նկար 2e): )): Վերահսկիչ նմուշի համար դիտվել է միայն փոքր O 1s գագաթ, որը կարելի է վերագրել մակերեսին քիմիականորեն կլանված թթվածնին: Pb 4f7/2-ի և Pb 4f5/2-ի վերահսկիչ թաղանթային բնութագրերը տեղակայված են համապատասխանաբար 138.4 eV և 143.3 eV արժեքներում: Մենք նկատեցինք, որ LOS պերովսկիտը ցուցադրում է Pb գագաթի մոտ 0.15 eV տեղաշարժ դեպի ավելի բարձր կապման էներգիա, ինչը վկայում է C2O42-ի և Pb ատոմների միջև ավելի ուժեղ փոխազդեցության մասին (Նկար 2g):
a Վերահսկիչ և b LOS պերովսկիտային թաղանթների SEM պատկերներ, վերևից տեսք։ c Վերահսկիչ և d LOS պերովսկիտային թաղանթների բարձր թույլտվությամբ լայնական հատույթի փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ (HR-TEM)։ e C 1s, f O 1s և g Pb 4f պերովսկիտային թաղանթների բարձր թույլտվությամբ XPS։ Աղբյուրի տվյալները տրամադրվում են աղբյուրի տվյալների ֆայլերի տեսքով։
DFT արդյունքների համաձայն, տեսականորեն կանխատեսվում է, որ VI արատները և I միգրացիան հեշտությամբ առաջացնում են փուլային անցում α-ից δ: Նախորդ հաղորդագրությունները ցույց են տվել, որ I2-ը արագորեն արտազատվում է PC-ի վրա հիմնված պերովսկիտային թաղանթներից ֆոտոիմերսիայի ընթացքում՝ թաղանթները լույսի և ջերմային լարվածության ենթարկելուց հետո31,32,33: Կապարի օքսալատի կայունացնող ազդեցությունը պերովսկիտի α-փուլի վրա հաստատելու համար մենք վերահսկիչ և LOS պերովսկիտային թաղանթները ընկղմեցինք համապատասխանաբար տոլուոլ պարունակող թափանցիկ ապակե շշերի մեջ, ապա դրանք ճառագայթեցինք 1 արևի լույսով 24 ժամ: Մենք չափեցինք ուլտրամանուշակագույն և տեսանելի լույսի (UV-Vis) տոլուոլի լուծույթի կլանումը, ինչպես ցույց է տրված նկար 3ա-ում: Վերահսկիչ նմուշի համեմատ, LOS-պերովսկիտի դեպքում դիտվել է I2 կլանման շատ ավելի ցածր ինտենսիվություն, ինչը ցույց է տալիս, որ կոմպակտ LOS-ը կարող է արգելակել I2-ի արտազատումը պերովսկիտային թաղանթից լույսի մեջ իմերսիայի ընթացքում: Հնացած վերահսկիչ և LOS պերովսկիտային թաղանթների լուսանկարները ներկայացված են նկար 3բ և գ ներդիրներում: LOS պերովսկիտը դեռևս սև է, մինչդեռ վերահսկիչ թաղանթի մեծ մասը դեղնել է: Ընկղմված թաղանթի ուլտրամանուշակագույն-տեսանելի կլանման սպեկտրները ներկայացված են Նկար 3բ, գ-ում: Մենք նկատեցինք, որ վերահսկիչ թաղանթում α-ին համապատասխանող կլանումը հստակ նվազել է: Ռենտգենյան չափումներ են կատարվել բյուրեղային կառուցվածքի էվոլյուցիան փաստաթղթավորելու համար: 24 ժամ լուսավորությունից հետո վերահսկիչ պերովսկիտը ցույց է տվել ուժեղ դեղին δ-փազային ազդանշան (11.8°), մինչդեռ LOS պերովսկիտը դեռևս պահպանել է լավ սև փուլ (Նկար 3դ):
Տոլուոլի լուծույթների ուլտրամանուշակագույն-տեսանելի կլանման սպեկտրներ, որոնցում վերահսկիչ թաղանթը և LOS թաղանթը ընկղմվել են 1 արևի լույսի տակ 24 ժամ։ Ներդիրում պատկերված է մի սրվակ, որի մեջ յուրաքանչյուր թաղանթ ընկղմվել է տոլուոլի հավասար ծավալի մեջ։ բ Վերահսկիչ թաղանթի և գ LOS թաղանթի ուլտրամանուշակագույն-տեսանելի կլանման սպեկտրները 24 ժամ արևի լույսի տակ ընկղմվելուց առաջ և հետո։ Ներդիրում պատկերված է փորձարկվող թաղանթի լուսանկարը։ դ Վերահսկիչ և LOS թաղանթների ռենտգենյան դիֆրակցիոն պատկերները 24 ժամ ազդեցությունից առաջ և հետո։ Վերահսկիչ թաղանթի e և թաղանթի f LOS SEM պատկերներ ազդեցությունից 24 ժամ հետո։ Աղբյուրի տվյալները տրամադրվում են աղբյուրի տվյալների ֆայլերի տեսքով։
Մենք կատարեցինք սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (SEM) չափումներ՝ 24 ժամ լուսավորությունից հետո պերովսկիտային թաղանթի միկրոկառուցվածքային փոփոխությունները դիտարկելու համար, ինչպես ցույց է տրված նկարներ 3e,f-ում: Վերահսկիչ թաղանթում խոշոր հատիկները ոչնչացվեցին և վերածվեցին փոքր ասեղների, որոնք համապատասխանում էին δ-փազային FAPbI3 արգասիքի ձևաբանությանը (Նկար 3e): LOS թաղանթների դեպքում պերովսկիտային հատիկները մնում են լավ վիճակում (Նկար 3f): Արդյունքները հաստատեցին, որ I-ի կորուստը զգալիորեն առաջացնում է սև փուլից դեղին փուլ անցումը, մինչդեռ PbC2O4-ը կայունացնում է սև փուլը՝ կանխելով I-ի կորուստը: Քանի որ մակերեսին դատարկության խտությունը շատ ավելի բարձր է, քան հատիկի զանգվածում,34 այս փուլն ավելի հավանական է, որ տեղի ունենա հատիկի մակերեսին՝ միաժամանակ ազատելով յոդ և ձևավորելով VI: Ինչպես կանխատեսվում էր DFT-ով, LOS-ը կարող է կանխել VI արատների առաջացումը և կանխել I իոնների միգրացիան պերովսկիտի մակերես:
Բացի այդ, ուսումնասիրվել է PbC2O4 շերտի ազդեցությունը մթնոլորտային օդում պերովսկիտային թաղանթների խոնավության դիմադրության վրա (հարաբերական խոնավությունը՝ 30-60%): Ինչպես ցույց է տրված լրացուցիչ նկար 9-ում, LOS պերովսկիտը 12 օր անց դեռևս սև էր, մինչդեռ վերահսկիչ թաղանթը դեղնել է: XRD չափումներում վերահսկիչ թաղանթը ցույց է տալիս ուժեղ գագաթնակետ 11.8°-ում, որը համապատասխանում է FAPbI3-ի δ փուլին, մինչդեռ LOS պերովսկիտը լավ է պահպանում սև α փուլը (Լրացուցիչ նկար 10):
Պերովսկիտի մակերեսին կապարի օքսալատի պասիվացման ազդեցությունը ուսումնասիրելու համար օգտագործվել են կայուն վիճակում լուսարձակման (PL) և ժամանակի լուծմամբ լուսարձակման (TRPL) մեթոդներ: Նկար 4ա-ում երևում է, որ LOS թաղանթն ունի PL ինտենսիվության աճ: PL քարտեզագրման պատկերում LOS թաղանթի ինտենսիվությունը ամբողջ 10 × 10 μm2 մակերեսի վրա ավելի բարձր է, քան վերահսկիչ թաղանթինը (Լրացուցիչ նկար 11), ինչը ցույց է տալիս, որ PbC2O4-ը միատարր կերպով պասիվացնում է պերովսկիտի թաղանթը: Կրողի կյանքի տևողությունը որոշվում է TRPL քայքայումը մոտավորապես մեկ էքսպոնենցիալ ֆունկցիայով (Նկար 4բ): LOS թաղանթի կրողի կյանքի տևողությունը 5.2 μs է, որը շատ ավելի երկար է, քան վերահսկիչ թաղանթը՝ 0.9 μs կրողի կյանքի տևողությամբ, ինչը ցույց է տալիս մակերեսային ոչ ճառագայթային ռեկոմբինացիայի նվազում:
Պերովսկիտային թաղանթների ժամանակավոր PL-ի կայուն վիճակի PL և b-սպեկտրները ապակե հիմքերի վրա։ գ Սարքի SP կորը (FTO/TiO2/SnO2/պերովսկիտ/սպիրո-OMeTAD/Au)։ դ Առավել արդյունավետ սարքից ինտեգրված EQE սպեկտրը և Jsc EQE սպեկտրը։ դ Պերովսկիտային սարքի լույսի ինտենսիվության կախվածությունը Voc դիագրամից։ զ ITO/PEDOT:PSS/պերովսկիտ/PCBM/Au մաքուր անցքի սարքի օգտագործմամբ MKRC տիպիկ վերլուծություն։ VTFL-ը ծուղակի լցման առավելագույն լարումն է։ Այս տվյալներից մենք հաշվարկել ենք ծուղակի խտությունը (Nt)։ Աղբյուրի տվյալները տրամադրվում են աղբյուրի տվյալների ֆայլերի տեսքով։
Կապարի օքսալատային շերտի սարքի աշխատանքի վրա ազդեցությունը ուսումնասիրելու համար օգտագործվել է ավանդական FTO/TiO2/SnO2/պերովսկիտ/սպիրո-OMeTAD/Au կոնտակտային կառուցվածքը: Մենք պերովսկիտի նախորդի հավելանյութ ենք օգտագործում ֆորմամիդինի քլորիդը (FACl)՝ մեթիլամինի հիդրոքլորիդի (MACl) փոխարեն՝ սարքի ավելի լավ աշխատանքի հասնելու համար, քանի որ FACl-ը կարող է ապահովել ավելի լավ բյուրեղային որակ և խուսափել FAPbI335-ի արգելված գոտուց (տե՛ս լրացուցիչ նկարներ 1 և 2-ը՝ մանրամասն համեմատության համար): ). 12-14): IPA-ն ընտրվել է որպես հակալուծիչ, քանի որ այն ապահովում է ավելի լավ բյուրեղային որակ և պերովսկիտային թաղանթներում նախընտրելի կողմնորոշում՝ համեմատած դիէթիլ եթերի (DE) կամ քլորբենզոլի (CB)36-ի հետ (Լրացուցիչ նկարներ 15 և 16): PbC2O4-ի հաստությունը ուշադիր օպտիմալացվել է՝ արատի պասիվացումը և լիցքի տեղափոխումը լավ հավասարակշռելու համար՝ կարգավորելով թրթնջկաթթվի կոնցենտրացիան (Լրացուցիչ նկար 17): Օպտիմիզացված կառավարման և LOS սարքերի լայնական հատույթային SEM պատկերները ներկայացված են լրացուցիչ նկար 18-ում: Կառավարման և LOS սարքերի համար հոսանքի խտության (CD) բնորոշ կորերը ներկայացված են նկար 4c-ում, իսկ արդյունահանված պարամետրերը տրված են լրացուցիչ աղյուսակ 3-ում: Հզորության փոխակերպման առավելագույն արդյունավետությունը (PCE) կառավարման բջիջներում՝ 23.43% (22.94%), Jsc՝ 25.75 մԱ սմ-2 (25.74 մԱ սմ-2), Voc՝ 1.16 Վ (1.16 Վ) և հակադարձ (ուղիղ) սկանավորում: Լրացման գործակիցը (FF) կազմում է 78.40% (76.69%): PCE LOS PSC-ի առավելագույն արժեքը կազմում է 25.39% (24.79%), Jsc՝ 25.77 մԱ սմ-2, Voc՝ 1.18 Վ, FF՝ 83.50% (81.52%)՝ հակադարձից (ուղիղ սկանավորումից): LOS սարքը հավաստագրված ֆոտովոլտային կատարողականի 24.92% է հասել վստահելի երրորդ կողմի ֆոտովոլտային լաբորատորիայում (Լրացուցիչ նկար 19): Արտաքին քվանտային արդյունավետությունը (EQE) համապատասխանաբար տվել է 24.90 մԱ սմ-2 (վերահսկողություն) և 25.18 մԱ սմ-2 (LOS PSC) ինտեգրված Jsc, որը լավ համապատասխանում էր ստանդարտ AM 1.5 G սպեկտրում չափված Jsc-ին (Նկ. 4դ): Վերահսկողության և LOS PSC-ների համար չափված PCE-ների վիճակագրական բաշխումը ներկայացված է լրացուցիչ նկար 20-ում:
Ինչպես ցույց է տրված նկար 4e-ում, Voc-ի և լույսի ինտենսիվության միջև կապը հաշվարկվել է՝ PbC2O4-ի ազդեցությունը թակարդային օժանդակությամբ մակերևութային վերակոմբինացիայի վրա ուսումնասիրելու համար: LOS սարքի համար նախատեսված գծի թեքությունը 1.16 կԲՏ/քառ. է, որը ցածր է կառավարման սարքի համար նախատեսված գծի թեքությունից (1.31 կԲՏ/քառ.), հաստատելով, որ LOS-ը օգտակար է խայծերի միջոցով մակերևութային վերակոմբինացիան կանխելու համար: Մենք օգտագործում ենք տարածական լիցքի հոսանքի սահմանափակման (SCLC) տեխնոլոգիան՝ պերովսկիտային թաղանթի արատի խտությունը քանակապես չափելու համար՝ չափելով անցքային սարքի մութ IV բնութագիրը (ITO/PEDOT:PSS/պերովսկիտ/սպիրո-OMeTAD/Au), ինչպես ցույց է տրված նկարում: 4f Ցույց է տրված: Թակարդի խտությունը հաշվարկվում է Nt = 2ε0εVTFL/eL2 բանաձևով, որտեղ ε-ն պերովսկիտային թաղանթի հարաբերական դիէլեկտրիկ հաստատունն է, ε0-ն՝ վակուումի դիէլեկտրիկ հաստատունը, VTFL-ն՝ թակարդը լցնելու սահմանային լարումը, e-ն՝ լիցքը, L-ը՝ պերովսկիտային թաղանթի հաստությունը (650 նմ): VOC սարքի արատի խտությունը հաշվարկվում է 1.450 × 1015 սմ–3, որը ցածր է կառավարման սարքի արատի խտությունից, որը կազմում է 1.795 × 1015 սմ–3:
Չփաթեթավորված սարքը փորձարկվել է առավելագույն հզորության կետում (MPP) լրիվ ցերեկային լույսի ներքո՝ ազոտի ազդեցության տակ՝ դրա երկարաժամկետ աշխատանքային կայունությունը ստուգելու համար (Նկար 5ա): 550 ժամ անց LOS սարքը դեռևս պահպանել է իր առավելագույն արդյունավետության 92%-ը, մինչդեռ կառավարման սարքի աշխատանքը նվազել է մինչև իր սկզբնական աշխատանքի 60%-ը: Հին սարքում տարրերի բաշխումը չափվել է թռիչքի ժամանակի երկրորդային իոնային զանգվածային սպեկտրոմետրիայի (ToF-SIMS) միջոցով (Նկար 5բ, գ): Յոդի մեծ կուտակում կարելի է տեսնել ոսկու վերին կառավարման տարածքում: Իներտ գազի պաշտպանության պայմանները բացառում են շրջակա միջավայրի քայքայման գործոնները, ինչպիսիք են խոնավությունը և թթվածինը, ինչը ենթադրում է, որ ներքին մեխանիզմները (այսինքն՝ իոնային միգրացիան) պատասխանատու են: ToF-SIMS արդյունքների համաձայն, Au էլեկտրոդում հայտնաբերվել են I- և AuI2- իոններ, ինչը վկայում է I-ի դիֆուզիայի մասին պերովսկիտից Au-ի մեջ: I- և AuI2- իոնների ազդանշանի ինտենսիվությունը կառավարման սարքում մոտավորապես 10 անգամ ավելի բարձր է, քան VOC նմուշում: Նախորդ հաղորդագրությունները ցույց են տվել, որ իոնային թափանցելիությունը կարող է հանգեցնել սպիրո-OMeTAD-ի անցքային հաղորդունակության արագ նվազմանը և վերին էլեկտրոդային շերտի քիմիական կոռոզիայի, դրանով իսկ վատթարացնելով սարքի միջերեսային շփումը37,38: Au էլեկտրոդը հեռացվել է, և սպիրո-OMeTAD շերտը մաքրվել է հիմքից քլորբենզոլի լուծույթով: Այնուհետև մենք բնութագրել ենք թաղանթը` օգտագործելով ռենտգենյան դիֆրակցիայի անկման մեթոդ (GIXRD) (Նկար 5դ): Արդյունքները ցույց են տալիս, որ վերահսկիչ թաղանթն ունի ակնհայտ դիֆրակցիայի գագաթնակետ 11.8°-ում, մինչդեռ LOS նմուշում նոր դիֆրակցիայի գագաթնակետ չի հայտնվում: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ վերահսկիչ թաղանթում I իոնների մեծ կորուստները հանգեցնում են δ փուլի առաջացմանը, մինչդեռ LOS թաղանթում այս գործընթացը հստակորեն կասեցված է:
Անջատված սարքի 575 ժամ անընդմեջ MPP հետևում ազոտի մթնոլորտում և 1 արևի լույսում՝ առանց ուլտրամանուշակագույն ֆիլտրի: b I- և c AuI2- իոնների ToF-SIMS բաշխումը LOS MPP կառավարման սարքում և հնեցման սարքում: Դեղինի, կանաչի և նարնջագույնի երանգները համապատասխանում են Au-ին, Spiro-OMeTAD-ին և պերովսկիտին: Պերովսկիտային թաղանթի d GIXRD-ն MPP թեստից հետո: Աղբյուրի տվյալները տրամադրվում են աղբյուրի տվյալների ֆայլերի տեսքով:
Ջերմաստիճանից կախված հաղորդականությունը չափվել է՝ հաստատելու համար, որ PbC2O4-ը կարող է արգելակել իոնների միգրացիան (Լրացուցիչ նկար 21): Իոնների միգրացիայի ակտիվացման էներգիան (Ea) որոշվում է՝ չափելով FAPbI3 թաղանթի հաղորդականության փոփոխությունը (σ) տարբեր ջերմաստիճաններում (T) և օգտագործելով Ներնստ-Այնշտայնի հարաբերակցությունը՝ σT = σ0exp(−Ea/kBT), որտեղ σ0-ը հաստատուն է, kB-ն՝ Բոլցմանի հաստատունը: Ea-ի արժեքը ստանում ենք ln(σT)-ի թեքությունից՝ 1/T-ի նկատմամբ, որը կազմում է 0.283 էՎ՝ կառավարման համար և 0.419 էՎ՝ LOS սարքի համար:
Ամփոփելով՝ մենք ներկայացնում ենք տեսական շրջանակ՝ FAPbI3 պերովսկիտի քայքայման ուղին և տարբեր արատների ազդեցությունը α-δ փուլային անցման էներգետիկ պատնեշի վրա բացահայտելու համար: Այս արատների շարքում, տեսականորեն կանխատեսվում է, որ VI արատները հեշտությամբ կարող են առաջացնել α-ից δ փուլային անցում: Ջրում անլուծելի և քիմիապես կայուն PbC2O4 խիտ շերտ է ներմուծվում՝ FAPbI3-ի α-փուլը կայունացնելու համար՝ I թափուր տեղերի առաջացումը և I իոնների միգրացիան կանխելու միջոցով: Այս ռազմավարությունը զգալիորեն նվազեցնում է միջերեսային ոչ ճառագայթային ռեկոմբինացիան, բարձրացնում է արևային մարտկոցի արդյունավետությունը մինչև 25.39% և բարելավում է աշխատանքային կայունությունը: Մեր արդյունքները ուղեցույց են հանդիսանում արդյունավետ և կայուն ֆորմամիդինային PSC-ներ ստանալու համար՝ արատով պայմանավորված α-ից δ փուլային անցումը կանխելու միջոցով:
Տիտանի(IV) իզոպրոպօքսիդը (TTIP, 99.999%) գնվել է Sigma-Aldrich-ից: Աղաթթուն (HCl, 35.0–37.0%) և էթանոլը (անջուր) գնվել են Guangzhou Chemical Industry-ից: SnO2-ը (15 զանգվածային% անագի(IV) օքսիդի կոլոիդային դիսպերսիա) գնվել է Alfa Aesar-ից: Կապարի(II) յոդիդը (PbI2, 99.99%) գնվել է TCI Shanghai (Չինաստան)-ից: Ֆորմամիդինի յոդիդը (FAI, ≥99.5%), ֆորմամիդինի քլորիդը (FACl, ≥99.5%), մեթիլամինի հիդրոքլորիդը (MACl, ≥99.5%), 2,2′,7,7′-տետրակիս-(N2, N-դի-p))-մետօքսիանիլինի)-9,9′-սպիրոբիֆլուորենը (Spiro-OMeTAD, ≥99.5%), լիթիումի բիս(տրիֆտորմեթան)սուլֆոնիլիմիդը (Li-TFSI, 99.95%), 4-տերտ-բուտիլպիրիդինը (tBP, 96%) գնվել է Xi'an Polymer Light Technology Company-ից (Չինաստան): N,N-դիմեթիլֆորմամիդը (DMF, 99.8%), դիմեթիլսուլֆօքսիդը (DMSO, 99.9%), իզոպրոպիլային սպիրտ (IPA, 99.8%), քլորբենզոլը (CB, 99.8%), ացետոնիտրիլը (ACN): Գնվել է Sigma-Aldrich-ից: Թրթնջուկային թթուն (H2C2O4, 99.9%) գնվել է Մաքլինից։ Բոլոր քիմիական նյութերը օգտագործվել են այնպես, ինչպես ստացվել են՝ առանց որևէ այլ փոփոխության։
ITO կամ FTO ենթաշերտերը (1.5 × 1.5 սմ2) ուլտրաձայնային եղանակով մաքրվել են համապատասխանաբար լվացող միջոցով, ացետոնով և էթանոլով 10 րոպե, ապա չորացվել են ազոտի հոսքի տակ: FTO ենթաշերտի վրա նստեցվել է խիտ TiO2 պատնեշային շերտ՝ օգտագործելով տիտանի դիիզոպրոպօքսիբիս(ացետիլացետոնատ) լուծույթ էթանոլում (1/25, v/v), որը նստեցվել է 500°C ջերմաստիճանում 60 րոպե: SnO2 կոլոիդային դիսպերսիան նոսրացվել է ապաիոնացված ջրով 1:5 ծավալային հարաբերակցությամբ: 20 րոպե ուլտրամանուշակագույն օզոնով մշակված մաքուր ենթաշերտի վրա SnO2 նանոմասնիկների բարակ թաղանթ նստեցվել է 4000 պտ/րոպե արագությամբ 30 վայրկյան, ապա նախապես տաքացվել է 150°C ջերմաստիճանում 30 րոպե: Պերովսկիտի նախորդ լուծույթի համար 275.2 մգ FAI, 737.6 մգ PbI2 և FACl (20 մոլ%) լուծվել են DMF/DMSO (15/1) խառը լուծիչում: Պերովսկիտի շերտը պատրաստվել է 40 մկլ պերովսկիտի նախորդի լուծույթը ցենտրիֆուգացնելով ուլտրամանուշակագույն օզոնով մշակված SnO2 շերտի վրա՝ 5000 պտ/րոպե արագությամբ, շրջակա օդում 25 վայրկյան տևողությամբ։ Վերջին օգտագործումից 5 վայրկյան անց, 50 մկլ MACl IPA լուծույթ (4 մգ/մլ) արագորեն կաթեցվել է հիմքի վրա՝ որպես հակալուծիչ։ Այնուհետև, թարմ պատրաստված թաղանթները թրծվել են 150°C ջերմաստիճանում 20 րոպե, ապա՝ 10 րոպե՝ 100°C ջերմաստիճանում։ Պերովսկիտի թաղանթը սենյակային ջերմաստիճանում սառեցնելուց հետո, H2C2O4 լուծույթը (1,2,4 մգ լուծված 1 մլ IPA-ում) ցենտրիֆուգացվել է 4000 պտ/րոպե արագությամբ 30 վայրկյան տևողությամբ՝ պերովսկիտի մակերեսը պասիվացնելու համար։ 72.3 մգ սպիրո-OMeTAD-ի, 1 մլ CB-ի, 27 մկլ tBP-ի և 17.5 մկլ Li-TFSI-ի (520 մգ 1 մլ ացետոնիտրիլում) խառնուրդով պատրաստված սպիրո-OMeTAD լուծույթը 30 վայրկյանի ընթացքում 4000 պտ/րոպե արագությամբ պատվել է թաղանթի վրա։ Վերջապես, 100 նմ հաստությամբ Au շերտը գոլորշիացել է վակուումում՝ 0.05 նմ/վրկ (0~1 նմ), 0.1 նմ/վրկ (2~15 նմ) և 0.5 նմ/վրկ (16~100 նմ) ​​արագությամբ։
Պերովսկիտային արևային մարտկոցների SC կատարողականությունը չափվել է Keithley 2400 մետրի միջոցով՝ արևային սիմուլյատորի լուսավորության ներքո (SS-X50) 100 մՎտ/սմ2 լույսի ինտենսիվությամբ և ստուգվել է տրամաչափված ստանդարտ սիլիցիումային արևային մարտկոցների միջոցով: Եթե այլ բան նշված չէ, SP կորերը չափվել են ազոտով լցված ձեռնոցների տուփի մեջ սենյակային ջերմաստիճանում (~25°C)՝ ուղիղ և հակադարձ սկանավորման ռեժիմներով (լարման քայլ՝ 20 մՎ, ուշացման ժամանակ՝ 10 մվ): Ստվերային դիմակ է օգտագործվել չափված PSC-ի համար 0.067 սմ2 արդյունավետ մակերեսը որոշելու համար: EQE չափումները կատարվել են շրջակա օդում՝ օգտագործելով PVE300-IVT210 համակարգ (Industrial Vision Technology(s) Pte Ltd)՝ սարքի վրա կենտրոնացած մոնոքրոմատիկ լույսով: Սարքի կայունության համար ոչ պարկուճավորված արևային մարտկոցների փորձարկումն իրականացվել է ազոտով ձեռնոցների տուփի մեջ՝ 100 մՎտ/սմ2 ճնշման տակ՝ առանց ուլտրամանուշակագույն ֆիլտրի: ToF-SIMS-ը չափվում է PHI nanoTOFII թռիչքի ժամանակի SIMS-ի միջոցով: Խորության պրոֆիլավորումը ստացվել է 4 կՎ Ar իոնային թնդանոթի միջոցով՝ 400×400 մկմ մակերեսով։
Ռենտգենյան ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիայի (XPS) չափումները կատարվել են Thermo-VG Scientific համակարգում (ESCALAB 250)՝ օգտագործելով մոնոքրոմատացված Al Kα (XPS ռեժիմի համար) 5.0 × 10–7 Pa ճնշման տակ: Սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակը (SEM) կատարվել է JEOL-JSM-6330F համակարգում: Պերովսկիտային թաղանթների մակերևույթի ձևաբանությունը և կոպտությունը չափվել են ատոմային ուժային մանրադիտակի (AFM) (Bruker Dimension FastScan) միջոցով: STEM-ը և HAADF-STEM-ը պահվում են FEI Titan Themis STEM-ում: UV-Vis կլանման սպեկտրները չափվել են UV-3600Plus (Shimadzu Corporation) սարքի միջոցով: Տարածական լիցքի սահմանափակման հոսանքը (SCLC) գրանցվել է Keithley 2400 մետրի վրա: Կրողի կյանքի տևողության քայքայման կայուն վիճակի ֆոտոլյումինեսցենցիան (PL) և ժամանակի լուծմամբ ֆոտոլյումինեսցենցիան (TRPL) չափվել են FLS 1000 ֆոտոլյումինեսցենցիայի սպեկտրոմետրի միջոցով: PL քարտեզագրման պատկերները չափվել են Horiba LabRam Raman համակարգի HR Evolution միջոցով: Ֆուրիեի ձևափոխության ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիան (FTIR) իրականացվել է Thermo-Fisher Nicolet NXR 9650 համակարգի միջոցով:
Այս աշխատանքում մենք օգտագործում ենք SSW ուղու նմուշառման մեթոդը՝ α-փուլից δ-փուլ փուլ անցման ուղին ուսումնասիրելու համար: SSW մեթոդում պոտենցիալ էներգիայի մակերևույթի շարժումը որոշվում է պատահական փափուկ ռեժիմի (երկրորդ ածանցյալ) ուղղությամբ, որը թույլ է տալիս մանրամասն և օբյեկտիվ ուսումնասիրել պոտենցիալ էներգիայի մակերևույթը: Այս աշխատանքում ուղու նմուշառումը կատարվում է 72 ատոմանոց գերբջիջի վրա, և DFT մակարդակում հավաքվում են ավելի քան 100 սկզբնական/վերջնական վիճակի (IS/FS) զույգեր: IS/FS զույգային տվյալների հիման վրա սկզբնական կառուցվածքը և վերջնական կառուցվածքը միացնող ուղին կարող է որոշվել ատոմների միջև համապատասխանությամբ, ապա փոփոխական միավոր մակերևույթի երկայնքով երկկողմանի շարժումն օգտագործվում է անցումային վիճակի մեթոդը սահուն որոշելու համար (VK-DESV): Անցումային վիճակը որոնելուց հետո ամենացածր արգելք ունեցող ուղին կարող է որոշվել էներգետիկ արգելքները դասակարգելով:
Բոլոր DFT հաշվարկները կատարվել են VASP-ի միջոցով (տարբերակ 5.3.5), որտեղ C, N, H, Pb և I ատոմների էլեկտրոն-իոնային փոխազդեցությունները ներկայացված են պրոյեկտված ուժեղացված ալիքի (PAW) սխեմայով: Փոխանակման կոռելյացիոն ֆունկցիան նկարագրվում է Պերդյու-Բուրկ-Էրնզերհոֆի պարամետրացման ընդհանրացված գրադիենտային մոտարկմամբ: Հարթ ալիքների էներգիայի սահմանը սահմանվել է 400 էՎ: Մոնկհորստ-Պակի k-կետային ցանցն ունի (2 × 2 × 1 չափս): Բոլոր կառուցվածքների համար ցանցային և ատոմային դիրքերը լիովին օպտիմալացվել են մինչև առավելագույն լարվածության բաղադրիչը 0.1 ԳՊա-ից ցածր լինի, իսկ առավելագույն ուժի բաղադրիչը՝ 0.02 էՎ/Å-ից ցածր լինի: Մակերեսային մոդելում FAPbI3-ի մակերեսն ունի 4 շերտ, ստորին շերտն ունի ֆիքսված ատոմներ, որոնք մոդելավորում են FAPbI3-ի մարմինը, իսկ վերին երեք շերտերը կարող են ազատորեն շարժվել օպտիմալացման գործընթացի ընթացքում: PbC2O4 շերտը 1 մլ հաստություն ունի և գտնվում է FAPbI3-ի I-ծայրային մակերեսին, որտեղ Pb-ն կապված է 1 I-ի և 4 O-ի հետ։
Ուսումնասիրության դիզայնի վերաբերյալ լրացուցիչ տեղեկությունների համար տե՛ս այս հոդվածին կից «Բնական պորտֆոլիոյի հաշվետվության ամփոփագիրը»։
Այս ուսումնասիրության ընթացքում ստացված կամ վերլուծված բոլոր տվյալները ներառված են հրապարակված հոդվածում, ինչպես նաև օժանդակ տեղեկատվության և հում տվյալների ֆայլերում: Այս ուսումնասիրության մեջ ներկայացված հում տվյալները հասանելի են https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440 հասցեով: Այս հոդվածի համար տրամադրված են սկզբնաղբյուր տվյալները:
Գրին, Մ. և այլք։ Արևային մարտկոցների արդյունավետության աղյուսակներ (57-րդ հրատարակություն)։ ծրագիր։ ֆոտոէլեկտրական։ ռեսուրս։ կիրառություն։ 29, 3–15 (2021)։
Պարկեր Ջ. և այլք։ Պերովսկիտային շերտերի աճի վերահսկում ցնդող ալկիլ ամոնիումի քլորիդների միջոցով։ Nature 616, 724–730 (2023)։
Չժաո Յ. և այլք։ Անգործուն (PbI2)2RbCl-ը կայունացնում է պերովսկիտային թաղանթները բարձր արդյունավետության արևային մարտկոցների համար։ Science 377, 531–534 (2022)։
Տան, Կ. և այլք։ Ինվերտացված պերովսկիտային արևային մարտկոցներ՝ օգտագործելով դիմեթիլակրիդինիլային դոպանտ։ Nature, 620, 545–551 (2023)։
Հան, Կ. և այլք։ Միաբյուրեղային ֆորմամիդինային կապարի յոդիդ (FAPbI3). կառուցվածքային, օպտիկական և էլեկտրական հատկությունների վերլուծություն։ մակբայ։ Մատթեոս 28, 2253–2258 (2016)։
Մասսի, Ս. և այլք։ Սև պերովսկիտային փուլի կայունացումը FAPbI3-ում և CsPbI3-ում։ AKS Energy Communications. 5, 1974–1985 (2020)։
Դուք, Ջ.Ջ. և այլք։ Արդյունավետ պերովսկիտային արևային մարտկոցներ՝ կրողների կառավարման բարելավման միջոցով։ Nature 590, 587–593 (2021)։
Սալիբա Մ. և այլք։ Ռուբիդիումի կատիոնների ներառումը պերովսկիտային արևային մարտկոցներում բարելավում է ֆոտովոլտային էներգիայի աշխատանքը։ Science 354, 206–209 (2016)։
Սալիբա Մ. և այլք։ Եռակի կատիոնային պերովսկիտային ցեզիումային արևային մարտկոցներ. բարելավված կայունություն, վերարտադրելիություն և բարձր արդյունավետություն։ էներգետիկ միջավայր։ գիտություն։ 9, 1989–1997 (2016)։
Քուի Շ. և այլք։ Բարձր արդյունավետությամբ պերովսկիտային արևային մարտկոցներում FAPbI3 փուլային կայունացման վերջին առաջընթացները։ Sol. RRL 6, 2200497 (2022)։
Դելագետտա Ս. և այլք։ Խառը հալոգենային օրգանական-անօրգանական պերովսկիտների ռացիոնալացված ֆոտոինդուկցված փուլային բաժանում։ Nat. communication. 8, 200 (2017)։
Սլոթքավեջ, Դ.Ջ. և այլք։ Լույսով ինդուկցված փուլային բաժանում հալոգենային պերովսկիտային կլանիչներում։ AKS Energy Communications. 1, 1199–1205 (2016)։
Չեն, Լ. և այլք։ Ֆորամամիդինի կապարային տրիյոդիդային պերովսկիտային միաբյուրեղի ներքին փուլային կայունությունը և ներքին գոտիական բացը։ Anjiva։ Քիմիական։ միջազգայինություն։ Հրատարակություն 61։ e202212700 (2022)։
Դուինստի, Է.Ա. և այլն։ Հասկացեք մեթիլենդիամոնիումի քայքայումը և դրա դերը կապարի տրիյոդիդ ֆորմամիդինի փուլային կայունացման մեջ։ J. Chem. Bitch. 18, 10275–10284 (2023)։
Լու, Հ.Զ. և այլք։ Սև պերովսկիտային արևային մարտկոցների FAPbI3 արդյունավետ և կայուն գոլորշու նստեցում։ Science 370, 74 (2020)։
Դոհերթի, ԹԱՍ և այլն։ Կայուն թեքված օկտաէդրային հալոգենային պերովսկիտները ճնշում են սահմանափակ բնութագրերով փուլերի տեղայնացված առաջացումը։ Science 374, 1598–1605 (2021)։
Հո, Կ. և այլք։ Ֆորամամիդինային հատիկների և ցեզիումի ու կապարի յոդիդային պերովսկիտների փոխակերպման և քայքայման մեխանիզմները խոնավության և լույսի ազդեցության տակ։ AKS Energy Communications. 6, 934–940 (2021)։
Չժեն Ջ. և այլք։ Պսևդոհալոգենիդային անիոնների մշակում α-FAPbI3 պերովսկիտային արևային մարտկոցների համար։ Nature 592, 381–385 (2021)։