Tarimakasih domma roh nasiam hu Nature.com. Versi browser na ipakei nassiam terbatas do dukungan CSS. Ase dapot hasil na dear, isaranhon hanami mamakei versi na baru humbani browser nassiam (atap mamateihon mode kompatibilitas i Internet Explorer). Bani panorang on, laho memastikan dukungan na berkelanjutan, hanami pataridahkon situs on tanpa gaya atap JavaScript.
Pasivasi cacat domma bahat ipakei laho pajengeskon kinerja sel surya perovskit triiodida timah, tapi efek ni bagei cacat bani stabilitas fase α lape jelas; Ijon, mamakei teori fungsional kepadatan, hanami mangidentifikasi parlobei sahali jalur degradasi formamidin timah triiodida perovskit humbani α-fase hu δ-fase pakon mamparlajari efek humbani bagei cacat bani penghalang energi transisi fase. Hasil simulasi meramalhon bahwa kekosongan yodium paling mungkin mambahen degradasi halani secara signifikan sidea patoruhkon penghalang energi untuk transisi fase α-δ pakon memiliki energi pembentukan na terendah bani permukaan perovskite. Pamasukkon lapisan padat oksalat timah na lang larut bani bah hu permukaan perovskite secara signifikan menghambat dekomposisi fase α, na manlanglangi migrasi pakon volatilisasi yodium. Tambahanni, strategi on secara signifikan mangurangi rekombinasi nonradiatif antarmuka pakon meningkatkon efisiensi sel surya das hubani 25,39% (isertifikasi 24,92%). Perangkat na lape i bungkus ai boi ope mampartahankon efisiensi aslini 92% dobkonsi beroperasi bani daya maksimal sadokah 550 jam i toruh ni iradiasi massa udara 1,5 G na isimulasihon.
Efisiensi konversi daya (PCE) sel surya perovskite (PSC) domma das hubani rekor na dob isertifikasi 26%1. Humbani tahun 2015, PSC modern domma mamilih formamidine triiodide perovskite (FAPbI3) sebagai lapisan penyerap cahaya halani stabilitas termal na sangat baik pakon bandgap preferensial na dohor hubani batas Shockley-Keisser 2,3,4. Sayangni, film FAPbI3 secara termodinamis mengalami transisi fase humbani fase α hitam hubani fase δ non-perovskite kuning bani suhu kamar5,6. Ase ulang terbentuk fase delta, marmasam komposisi perovskite na kompleks domma ikembangkon. Strategi na paling umum laho mangatasi masalah on aima mancampur FAPbI3 pakon kombinasi ion metil amonium (MA+), sesium (Cs+) pakon bromida (Br-)7,8,9. Tapi, perovskit hibrida menderita humbani pembesaran bandgap pakon pemisahan fase na ihasilhon foto, na mambahen kompromi kinerja pakon stabilitas operasional PSC na ihasilhon10,11,12.
Penelitian baru-baru on domma patuduhkon bahwa FAPbI3 kristal tunggal murni tanpa doping memiliki stabilitas na sangat baik halani kristalinitasni na sangat baik pakon cacat na rendah13,14. Halani ai, mangurangi cacat marhitei na pabanggalhon kristalinitas FAPbI3 massal aima sada strategi na ponting laho mandapotkon PSCs2,15 na efisien pakon stabil. Tapi, sanggah operasi FAPbI3 PSC, degradasi hubani fase non-perovskite δ heksagonal kuning na lang iharosuhkon boi ope terjadi16. Proses ai somalni imulaini bani permukaan pakon batas-batas butir na lebih rentan hubani bah, panas pakon panondang halani bahatni daerah na cacat17. Halani ai, pasivasi permukaan/butir porlu laho menstabilhon fase hitam FAPbI318. Buei strategi pasivasi cacat, termasuk pengenalan perovskit dimensi rendah, molekul Lewis asam-basa, pakon garam amonium halida, domma mambahen kemajuan na banggal bani formamidine PSCs19,20,21,22. das hubani sonari, hampir haganup penelitian domma fokus hubani peran ni bagei cacat bani na manontuhon sifat optoelektronik songon rekombinasi pembawa, ganjang difusi pakon struktur pita bani sel surya22,23,24. Umpamani, teori fungsional kepadatan (DFT) ipakei laho manramalhon secara teoritis energi pembentukan pakon tingkat energi penjebakan humbani bagei cacat, na bahat ipakei laho manogu desain pasivasi praktis20,25,26. Dob moru bilangan ni cacat, stabilitas ni alat ai somalni lambin dear. Tapi, bani PSC formamidin, mekanisme pengaruh ni bagei cacat bani stabilitas fase pakon sifat fotolistrik maningon berbeda tumang. Sadokah na ibotoh hanami, pangarusion mendasar pasal sonaha cacat manginduksi transisi fase kubik hubani heksagonal (α-δ) pakon peran pasivasi permukaan bani stabilitas fase α-FAPbI3 perovskite lape torang iarusi.
Ijon, hanami mangungkapkon jalur degradasi FAPbI3 perovskite humbani α-fase hitam hubani δ-fase kuning pakon pengaruh ni bagei cacat bani penghalang energi transisi α-hubani-δ-fase marhitei DFT. I lowongan, na urah ihasilhon sanggah pembuatan film pakon pengoperasian perangkat, iprediksi paling mungkin mamungkah transisi fase α-δ. Halani ai, hanami patandahon lapisan padat timah oksalat (PbC2O4) na lang larut bani bah pakon stabil secara kimia i atas FAPbI3 marhiteihon reaksi in situ. Permukaan oksalat timah (LOS) menghambat pembentukan ruang kosong I pakon mencegah migrasi ion I anggo irangsang panas, cahaya, pakon medan listrik. LOS na ihasilhon secara signifikan mangurangi rekombinasi nonradiatif antarmuka pakon meningkathon efisiensi FAPbI3 PSC das hubani 25,39% (isertifikasi das hubani 24,92%). Perangkat LOS na lang i bungkus ai totap do 92% humbani efisiensi aslini dobkonsi beroperasi bani titik daya maksimal (MPP) lobih humbani 550 jam bani massa udara simulasi (AM) 1,5 G radiasi.
Parlobei ibahen hanami perhitungan ab initio laho mangindahi jalur dekomposisi FAPbI3 perovskite laho transisi humbani fase α hubani fase δ. Marhitei proses transformasi fase na rinci, jumpah ma bahwa transformasi humbani oktahedron berbagi sudut tiga dimensi [PbI6] bani fase α kubik FAPbI3 gabe oktahedron berbagi tepi satu dimensi [PbI6] bani fase δ heksagonal FAPbI3 domma dapot. putus 9. Pb-I mambahen ikatan bani langkah na parlobei (Int-1), anjaha penghalang energini das hubani 0,62 eV/sel, songon na taridah bani Gambar 1a. Sanggah oktahedron ipindahi hu arah [0\(\bar{1}\)1], rantai pondok heksagonal ai meluas humbani 1×1 gabe 1×3, 1×4 janah ujungni masuk hu fase δ. Rasio orientasi ni ganup dalan aima (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ. Humbani diagram distribusi energi, boi do ididah hita dobkonsi nukleasi fase δ FAPbI3 bani tahap-tahap na mangihut, penghalang energi lobih rendah marimbang transisi fase α, artini transisi fase ai lambin ipercepat. Jelas, langkah parlobei mengendalihon transisi fase sangat penting anggo sihol hita menekan degradasi fase α.
a Proses transformasi fase hun sambilou hu siamun – fase FAPbI3 hitam (α-fase), pembelahan ikatan Pb-I na parlobei (Int-1) pakon pembelahan ikatan Pb-I selanjutni (Int-2, Int -3 pakon Int -4) pakon fase kuning FAPbI3 (fase delta). b Hambatan energi hubani transisi fase α hubani δ FAPbI3 berdasarhon bagei cacat titik intrinsik. Garis titik-titik pataridahkon penghalang energi kristal na ideal (0.62 eV). c Energi pembentukan cacat titik primer bani permukaan perovskit timah. Sumbu absis aima penghalang energi transisi fase α-δ, pakon sumbu ordinat aima energi pembentukan cacat. Bagian na marwarna abu-abu, kuning pakon hijau aima tipe I (EB rendah-FE tinggi), tipe II (FE tinggi) pakon tipe III (EB rendah-FE rendah), masing-masing. d Energi pembentukan cacat VI pakon LOS FAPbI3 bani kontrol. e I penghalang migrasi ion bani kontrol pakon LOS FAPbI3. f – gambaran skematik migrasi ion I (bola oranye) pakon gLOS FAPbI3 (abu-abu, timah; ungu (oranye), yodium (yodium bergerak)) bani kontrol gf (kiri: tampilan atas; kanan: penampang, coklat); karbon; birong na lihar – nitrogen; merah – oksigen; merah jambu muda – hidrogen). Data sumber ibere ibagas bentuk file data sumber.
Dob ai, hanami secara sistematis mamparlajari pengaruh ni bagei cacat titik intrinsik (termasuk PbFA, IFA, PbI, pakon penghunian antisit IPb; atom interstisial Pbi pakon Ii; pakon kekosongan VI, VFA, pakon VPb), na ianggap sebagai faktor kunci. na mambahen degradasi fase tingkat atom pakon energi ipatuduh bani Gambar 1b pakon Tabel Tambahan 1. Na menarik, lang haganup cacat mangurangi penghalang energi transisi fase α-δ (Gambar 1b). Porsaya do hanami anggo cacat na mar-energi pembentukan na rendah pakon hambatan energi transisi fase α-δ na rendah ianggap merugihon stabilitas fase. Songon na dob ilaporhon hinan, permukaan na bayak timah umumni ianggap efektif bani formamidine PSC27. Halani ai, hanami fokus hubani permukaan na marujung PbI2 (100) ibagas kondisi na bayak timah. Energi pembentukan cacat cacat titik intrinsik permukaan ipatuduh bani Gambar 1c pakon Tabel Tambahan 1. Mardasarhon penghalang energi (EB) pakon energi pembentukan transisi fase (FE), cacat on ibagi gabe tolu jenis. Tipe I (EB rendah-FE tinggi): Hassi pe IPb, VFA pakon VPb secara signifikan mangurangi penghalang energi hubani transisi fase, tapi sidea memiliki energi pembentukan na gijang. Halani ai, porsaya do hanami anggo jenis cacat on terbatas do dampakni bani transisi fase halani jarang do ai terbentuk. Tipe II (EB na gijang): Halani penghalang energi transisi fase α-δ na lambin dear, cacat anti-situs PbI, IFA pakon PbFA lang mambahen maseda stabilitas fase perovskite α-FAPbI3. Tipe III (EB rendah-FE rendah): cacat VI, Ii pakon Pbi na mar-energi pembentukan na relatif rendah boi mambahen degradasi fase hitam. Tarlobih halani FE pakon EB VI na i toruh, porsaya do hanami anggo strategi na paling efektif aima mangurangi lowongan I.
Laho mangurangi VI, hanami mambahen lapisan PbC2O4 na padat laho pajengeskon permukaan FAPbI3. Ibandingkon hubani pasivator garam halida organik songon feniletilamonium yodida (PEAI) pakon n-oktilammonium yodida (OAI), PbC2O4, na lang marisi ion halogen na bergerak, stabil secara kimiawi, lang larut bani bah, pakon urah nonaktifkon anggo irangsang. Stabilisasi na dear humbani kelembaban permukaan pakon medan listrik perovskite. Kelarutan PbC2O4 ibagas bah pitah 0,00065 g/L, na lobih toruh marimbang PbSO428. Na lobih porlu, lapisan LOS na padat pakon seragam boi ipasirsir secara lembut bani film perovskite mamakei reaksi in situ (idah i toruh). Ibahen hanami do simulasi DFT ikatan antarmuka antara FAPbI3 pakon PbC2O4 songon na taridah bani Gambar Tambahan 1. Tabel Tambahan 2 pataridahkon energi pembentukan cacat dobkonsi suntikan LOS. Ijumpahi hanami bahwa LOS lang pitah manambah energi pembentukan cacat VI 0,69-1,53 eV (Gambar 1d), tapi dihut do homa manambah energi aktivasi I bani permukaan migrasi pakon permukaan kaluar (Gambar 1e). Bani tahap na parlobei, ion I marpindah-pindah i sepanjang permukaan perovskite, manadingkon ion VI bani posisi kisi-kisi pakon penghalang energi 0,61 eV. Dobkonsi LOS iperkenalhon, halani efek hambatan sterik, energi aktivasi untuk migrasi ion I meningkat gabe. 1.28 eV. Bani panorang migrasi ion I na manadingkon permukaan perovskite, penghalang energi bani VOC pe lobih gijang do marimbang sampel kontrol (Gbr. 1e). Diagram skematik jalur migrasi ion I bani kontrol pakon LOS FAPbI3 ipatuduh bani Gambar 1 f pakon g, masing-masing. Hasil simulasi pataridahkon bahwa LOS boi menghambat pembentukan cacat VI pakon volatilisasi I, sehingga mencegah nukleasi transisi fase α hubani δ.
Reaksi antara asam oksalat pakon perovskit FAPbI3 domma iuji. Dob icampur larutan asam oksalat pakon FAPbI3, buei ma endapan putih na terbentuk, songon na taridah bani Gambar Tambahan 2. Produk bubuk ai itanda sebagai bahan PbC2O4 murni mamakei difraksi sinar-X (XRD) (Gambar Tambahan 3) pakon spektroskopi inframerah transformasi Fourier (SIR) (Gambar Tambahan 4). Ijumpahi hanami bahwa asam oksalat sangat larut bani alkohol isopropil (IPA) bani suhu kamar pakon kelarutan hira-hira 18 mg/mL, songon na taridah bani Gambar Tambahan 5. On mambahen proses selanjutni lambin urah halani IPA, sebagai pelarut pasivasi umum, lang mambahen maseda lapisan perovskite lobih humbani panorang na pondok 2999. Halani ai, marhitei na manroboh film perovskite hubagas larutan asam oksalat atap spin-coating larutan asam oksalat ai hubani perovskite, PbC2O4 na tipis pakon padat boi do podas dapot i permukaan film perovskite mangihutkon persamaan kimia na i toruh on: H2C2O4 + FAPI3 = PbI3 + FABI FAI boi ilarutkon bani IPA anjaha boi ipadaoh sanggah mamasak. Ketebalan LOS boi ikontrol marhiteihon panorang reaksi pakon konsentrasi prekursor.
Gambar mikroskop elektron pindai (SEM) humbani film perovskite kontrol pakon LOS ipatuduh bani Gambar 2a,b. Hasilni pataridahkon bahwa morfologi permukaan perovskite dear do ijaga, pakon buei partikel-partikel halus na terdeposit bani permukaan butir, na seharusni mewakili lapisan PbC2O4 na ibentuk reaksi in-situ. Film perovskite LOS memiliki permukaan na agak halus (Gambar Tambahan 6) pakon sudut kontak bah na lobih banggal marimbang film kontrol (Gambar Tambahan 7). Mikroskop elektron transversal transversal resolusi tinggi (HR-TEM) ipakei laho mambedahon lapisan permukaan produk. Ibandingkon hubani film kontrol (Gbr. 2c), lapisan tipis na seragam pakon padat pakon ketebalan hira-hira 10 nm tangkas taridah i atas perovskite LOS (Gbr. 2d). Manggunahon mikroskop elektron pindai medan gelap annular sudut tinggi (HAADF-STEM) laho mamareksa antarmuka antara PbC2O4 pakon FAPbI3, kehadiran daerah kristal FAPbI3 pakon daerah amorf PbC2O4 boi tangkas ididah (Gambar Tambahan 8). Komposisi permukaan perovskit dobkonsi perlakuan asam oksalat itanda marhitei pangukuran spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS), songon na taridah bani Gambar 2e-g. Bani Gambar 2e, puncak C 1s sekitar 284,8 eV pakon 288,5 eV masuk hubani sinyal CC pakon FA na khusus, masing-masing. Ibandingkon hubani membran kontrol, membran LOS pataridahkon puncak tambahan bani 289,2 eV, na ihubungkon hubani C2O42-. Spektrum O 1s LOS perovskite pataridahkon tolu puncak O 1s na berbeda secara kimiawi bani 531,7 eV, 532,5 eV, pakon 533,4 eV, na sadalan hubani COO na dob i-deprotonasi, C=O humbani kelompok oksalat na utuh 30 pakon atom O komponen OH (Gbr. 2). )). Bani sampel kontrol, pitah sada puncak O 1s na etek do na ididah, na boi ihubungkon hubani oksigen na terserap i permukaan. Karakteristik membran kontrol Pb 4f7/2 pakon Pb 4f5/2 marianan bani 138,4 eV pakon 143,3 eV, masing-masing. Ipardiateihon hanami do anggo LOS perovskite pataridahkon pergeseran puncak Pb hira-hira 0,15 eV dompak energi pengikatan na lobih gijang, na pataridahkon interaksi na lobih gogoh antara atom C2O42- pakon Pb (Gbr. 2g).
a gambar SEM kontrol pakon b film perovskite LOS, tampilan atas. c Mikroskop elektron transmisi penampang resolusi tinggi (HR-TEM) kontrol pakon d film perovskite LOS. XPS resolusi tinggi humbani e C 1s, f O 1s pakon g Pb 4f film perovskite. Data sumber ibere ibagas bentuk file data sumber.
Domu hubani hasil DFT, secara teoritis iprediksi bahwa cacat VI pakon migrasi I urah do mambahen transisi fase humbani α hubani δ. Laporan sebelumni domma patuduhkon bahwa I2 domma dokah ipaluah humbani film perovskite berbasis PC sanggah fotoimmersi dobkonsi film ai terpapar hubani cahaya pakon tekanan termal31,32,33. Laho memastikan efek penstabil timah oksalat bani α-fase perovskite, hanami manloburhon film perovskite kontrol pakon LOS hubagas botol kaca transparan na marisi toluena, dob ai iradiasi ma ai marhitei 1 sinar mata ni ari sadokah 24 jam. Iukur hanami do penyerapan cahaya ultraviolet pakon cahaya na taridah (UV-Vis). ) larutan toluena, songon na taridah bani Gambar 3a. Ibandingkon pakon sampel kontrol, intensitas penyerapan I2 na jauh lebih rendah ididah bani kasus LOS-perovskite, na pataridahkon bahwa LOS na kompak boi menghambat pelepasan I2 humbani film perovskite sanggah imersi cahaya. Poto-poto kontrol na dob matua pakon film perovskite LOS ipatuduh bani inset Gambar 3b pakon c. LOS perovskite totap do hitam, sementara sebagian besar film kontrol domma berubah gabe kuning. Spektrum penyerapan UV-na taridah humbani film na i tenggelamkon ipatuduh bani Gambar. 3b, c. Iidah hanami bahwa penyerapan na sadalan hubani α bani film kontrol jelas do moru. Pangukuran sinar-X ibahen laho mandokumentasihon evolusi struktur kristal. Dob 24 jam penerangan, perovskite kontrol pataridahkon sinyal fase δ-kuning na kuat (11,8°), sementara perovskite LOS totap do mampartahankon fase hitam na dear (Gambar 3d).
Spektrum penyerapan UV na taridah humbani larutan toluena na ija film kontrol pakon film LOS irendam i toruh ni 1 sinar mata ni ari sadokah 24 jam. Inset ai pataridahkon sada botol na ija ganup film ibahen ibagas volume toluene na dos. b Spektrum penyerapan UV-Vis film kontrol pakon c film LOS paima pakon dob 24 h irendam i toruh ni 1 sinar mata ni ari. Inset ai pataridahkon sada poto film tes. d Pola difraksi sinar-X kontrol pakon film LOS paima pakon dob 24 h paparan. Gambar SEM film kontrol e pakon film f LOS dob 24 jam terpapar. Data sumber ibere ibagas bentuk file data sumber.
Ibahen hanami do pangukuran mikroskop elektron pindai (SEM) laho mangidah parubahan mikrostruktur film perovskite dob 24 jam penerangan, songon na taridah bani Gambar 3e,f. Bani film kontrol, butir-butir na banggal maseda janah iubah gabe jarum na etek, na sadalan hubani morfologi produk fase δ FAPbI3 (Gbr. 3e). Bani film LOS, butir-butir perovskite totap ibagas kondisi na dear (Gambar 3f). Hasilni ipatotap bahwa magou ni I secara signifikan manginduksi transisi humbani fase hitam hubani fase kuning, sementara PbC2O4 menstabilhon fase hitam, na mancegah magou ni I. Halani kepadatan kekosongan i permukaan jauh lebih tinggi marimbang i massal biji-bijian,34 fase on lebih mungkin terjadi i permukaan biji-bijian. sekaligus paluahkon yodium pakon mambahen VI. Songon na dob iprediksi DFT, LOS boi menghambat pembentukan cacat VI pakon mencegah migrasi ion I hu permukaan perovskite.
Tambahanni, pengaruh ni lapisan PbC2O4 bani ketahanan kelembaban film perovskite i udara atmosfer (kelembaban relatif 30-60%) domma ipelajari. Songon na taridah bani Gambar Tambahan 9, LOS perovskite totap do hitam dob 12 ari, sementara film kontrol berubah gabe kuning. Bani pangukuran XRD, film kontrol pataridahkon puncak na kuat bani 11,8° na sadalan hubani fase δ FAPbI3, sementara LOS perovskite mampartahankon fase α hitam dear (Gambar Tambahan 10).
Fotoluminescens keadaan mantap (PL) pakon fotoluminescens time-resolved (TRPL) ipakei laho mamparlajari efek pasivasi timah oksalat bani permukaan perovskit. Bani Gambar. Gambar 4a pataridahkon anggo film LOS domma meningkatkon intensitas PL. Bani gambar pemetaan PL, intensitas film LOS bani ganup luas 10 × 10 μm2 lobih gijang marimbang film kontrol (Gambar Tambahan 11), na pataridahkon PbC2O4 secara seragam pasifasi film perovskite. Masa hidup pembawa itontuhon marhitei na manghitung peluruhan TRPL marhiteihon sada fungsi eksponensial (Gbr. 4b). Umur pembawa film LOS aima 5,2 μs, na lobih dokah marimbang film kontrol na mar umur pembawa 0,9 μs, na pataridahkon rekombinasi nonradiatif permukaan na berkurang.
PL keadaan mantap pakon b-spektrum PL sementara film perovskite bani substrat kaca. c Kurva SP ni alat ai (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au). d Spektrum EQE pakon spektrum Jsc EQE na ipadomu humbani alat na paling efisien. d Ketergantungan intensitas cahaya alat perovskite bani diagram Voc. f Analisis MKRC na somal mamakei alat lubang borsih ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au. VTFL aima tegangan pengisian perangkap maksimal. Humbani data on iparetongkon hanami ma kepadatan perangkap (Nt). Data sumber ibere ibagas bentuk file data sumber.
Laho mamparlajari pengaruh ni lapisan oksalat timah bani kinerja alat, ipakei ma struktur kontak FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au tradisional. Igunahon hanami formamidin klorida (FACl) sebagai aditif hubani prekursor perovskit sedo metilamin hidroklorida (MACl) laho mandapotkon kinerja perangkat na lobih dear, halani FACl boi mambere kualitas kristal na lobih dear pakon menghindari celah pita FAPbI335 (idah Gambar Tambahan 1 pakon 2 untuk perbandingan na rinci). ). 12-14). IPA ipilih sebagai antisolvent halani mambere kualitas kristal na lobih dear pakon orientasi na iharosuhkon bani film perovskit marimbangkon dietil eter (DE) atap klorobenzena (CB)36 (Gambar Tambahan 15 pakon 16). Ketebalan PbC2O4 ioptimalhon dear ase dear seimbang pasivasi cacat pakon transportasi muatan marhitei na menyesuaihon konsentrasi asam oksalat (Gambar Tambahan 17). Gambar SEM penampang humbani alat kontrol pakon LOS na dob ioptimalhon ipatuduh bani Gambar Tambahan 18. Kurva kepadatan arus (CD) khas untuk alat kontrol pakon LOS ipatuduh bani Gambar 4c, pakon parameter na iekstraksi ibere bani Tabel Tambahan 3. Efisiensi konversi daya maksimal (PCE) sel kontrol (243%, 24%, Jc.). 25,75 mA cm-2 (25,74 mA cm-2), Voc 1,16 V (1,16 V) pakon reverse (forward) scan. Faktor pengisian (FF) aima 78,40% (76,69%). PCE LOS PSC maksimal aima 25,39% (24,79%), Jsc aima 25,77 mA cm-2, Voc aima 1,18 V, FF aima 83,50% (81,52%) humbani mundur (maju Scan hu). Perangkat LOS mencapai kinerja fotovoltaik na isertifikasi 24,92% i laboratorium fotovoltaik pihak ketiga na boi ihaporsayai (Gambar Tambahan 19). Efisiensi kuantum eksternal (EQE) mambere Jsc terpadu 24,90 mA cm-2 (kontrol) pakon 25,18 mA cm-2 (LOS PSC), na dear domu hubani Jsc na iukur bani spektrum AM 1,5 G standar (Gbr. .4d). ) . Distribusi statistik PCE na isukat untuk PSC kontrol pakon LOS ipatuduh bani Gambar Tambahan 20.
Songon na taridah bani Gambar 4e, hubungan antara Voc pakon intensitas cahaya iparetongkon laho mamparlajari efek PbC2O4 bani rekombinasi permukaan na ibantu perangkap. Kemiringan garis na ipasang bani alat LOS aima 1,16 kBT/sq, na itoruh ni kemiringan ni garis na ipasang bani alat kontrol (1,31 kBT/sq), na memastikan bahwa LOS berguna laho menghambat rekombinasi permukaan oleh umpan. Igunahon hanami do teknologi space charge current limiting (SCLC) laho mangukur secara kuantitatif kepadatan cacat film perovskite marhitei na mangukur karakteristik IV na golap humbani alat lubang (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) songon na taridah bani gambar. 4f Patuduhkon. Kepadatan perangkap iparetongkon marhitei rumus Nt = 2ε0εVTFL/eL2, ija ε aima konstanta dielektrik relatif ni film perovskit, ε0 aima konstanta dielektrik vakum, VTFL aima tegangan pembatas laho manggoki perangkap, e aima muatan, L aima ketebalan film perovskit (650 nm). Kepadatan cacat alat VOC iparetongkon 1.450 × 1015 cm–3, na lobih rendah marimbang kepadatan cacat alat kontrol, aima 1.795 × 1015 cm–3.
Perangkat na lang i bungkus iuji bani titik daya maksimal (MPP) i toruh ni panorang siang i toruh ni nitrogen laho mamareksa stabilitas kinerja jangka panjangni (Gambar 5a). Dob 550 jam, alat LOS totap do mampartahankon 92% humbani efisiensi maksimalni, sementara kinerja alat kontrol domma turun gabe 60% humbani kinerja aslini. Parbagian ni unsur-unsur bani alat na lama iukur marhitei spektrometri massa ion sekunder waktu-terbang (ToF-SIMS) (Gbr. 5b, c). Sada akumulasi yodium na banggal boi ididah i daerah kontrol omas na i atas. Kondisi perlindungan gas inert lang termasuk faktor-faktor na mambahen maseda lingkungan songon kelembaban pakon oksigen, na patuduhkon bahwa mekanisme internal (ai ma, migrasi ion) do na bertanggung jawab. Domu hubani hasil ToF-SIMS, ion I- pakon AuI2- tardeteksi bani elektroda Au, na pataridahkon difusi I humbani perovskit hu Au. Intensitas sinyal ion I- pakon AuI2- bani alat kontrol hira-hira 10 hali lobih gijang marimbang sampel VOC. Laporan sebelumni domma patuduhkon bahwa permeasi ion boi mambahen penurunan na doras bani konduktivitas lubang spiro-OMeTAD pakon korosi kimia lapisan elektroda atas, na mambahen moru kontak antarmuka bani alat ai37,38. Elektroda Au ipadaoh janah lapisan spiro-OMeTAD ibersihkon humbani substrat marhitei larutan klorobenzena. Dob ai ikarakterisasi hanami ma film ai mamakei difraksi sinar-X insiden marmahan (GIXRD) (Gambar 5d). Hasilni pataridahkon bahwa film kontrol memiliki puncak difraksi na jelas bani 11,8°, sementara lang dong puncak difraksi na baru na taridah bani sampel LOS. Hasilni pataridahkon bahwa harugian ion I na banggal bani film kontrol mangarah hubani generasi fase δ, sementara bani film LOS proses on jelas terhambat.
575 jam pelacakan MPP na torus-menerus humbani alat na lang tersegel bani atmosfer nitrogen pakon 1 sinar mata ni ari tanpa filter UV. ToF-SIMS distribusi b I- pakon c AuI2- ion bani alat kontrol LOS MPP pakon alat penuaan. Warna kuning, hijau pakon oranye sadalan hubani Au, Spiro-OMeTAD pakon perovskite. d GIXRD film perovskite dobkonsi tes MPP. Data sumber ibere ibagas bentuk file data sumber.
Konduktivitas na bergantung hubani suhu iukur laho memastikan bahwa PbC2O4 boi menghambat migrasi ion (Gambar Tambahan 21). Energi aktivasi (Ea) migrasi ion itontuhon marhitei na mangukur parubahan konduktivitas (σ) film FAPbI3 bani suhu na berbeda (T) pakon mamakei hubungan Nernst-Einstein: σT = σ0exp(−Ea/kBT), ija σ0 aima konstanta, kB aima konstanta Boltnzman. Idapot hanami do nilai Ea humbani kemiringan ln(σT) versus 1/T, aima 0,283 eV bani kontrol pakon 0,419 eV bani alat LOS.
Singkatni, hanami mambere kerangka teoritis laho mangindahi jalur degradasi FAPbI3 perovskite pakon pengaruh ni bagei cacat bani penghalang energi transisi fase α-δ. I tongah-tongah ni cacat on, cacat VI secara teoritis iprediksi urah mambahen transisi fase humbani α hu δ. Lapisan padat PbC2O4 na lang larut bani bah pakon stabil secara kimia iperkenalhon laho menstabilhon fase α FAPbI3 marhitei na menghambat pembentukan kekosongan I pakon migrasi ion I. Strategi on secara signifikan mangurangi rekombinasi non-radiatif antarmuka, meningkathon efisiensi sel surya das hubani 25,39%, pakon meningkathon stabilitas operasi. Hasil nami mambere panduan laho mandapotkon PSC formamidine na efisien pakon stabil marhitei na menghambat transisi fase α hubani δ na ibahen cacat.
Titanium(IV) isopropoxide (TTIP, 99.999%) iboli humbani Sigma-Aldrich. Asam klorida (HCl, 35,0-37,0%) pakon etanol (anhidrat) iboli humbani Industri Kimia Guangzhou. SnO2 (15 wt% timah(IV) oksida koloid dispersi) iboli humbani Alfa Aesar. Lead(II) iodide (PbI2, 99.99%) iboli humbani TCI Shanghai (Cina). Formamidine iodide (FAI, ≥99.5%), formamidine chloride (FACl, ≥99.5%), methylamine hydrochloride (MACl, ≥99.5%), 2,2′,7,7′-tetrakis-(N , N-di-p) )-methoxyaniline)-9′-spirofluore (Spiro-OMeTAD, ≥99.5%), lithium bis(trifluoromethane)sulfonylimide (Li-TFSI, 99.95%), 4-tert -butylpyridine (tBP, 96%) iboli humbani Xi'an Polymer Light Technology Company (Cina). N,N-dimethylformamide (DMF, 99.8%), dimethyl sulfoxide (DMSO, 99.9%), isopropyl alcohol (IPA, 99.8%), chlorobenzene (CB, 99.8%), acetonitrile (ACN). Iboli humbani Sigma-Aldrich. Asam oksalat (H2C2O4, 99,9%) iboli humbani Macklin. Haganup bahan kimia ipakei songon na dob ijalo tanpa modifikasi na legan.
Substrat ITO atap FTO (1,5 × 1,5 cm2) ibersihkon secara ultrasonik mamakei deterjen, aseton, pakon etanol sadokah 10 min, dob ai ikerangkon i toruh ni aliran nitrogen. Sada lapisan penghalang TiO2 na padat ibahen bani substrat FTO mamakei larutan titanium diisopropoxybis(acetylacetonate) ibagas etanol (1/25, v/v) na ibahen bani 500 °C sadokah 60 min. Dispersi koloid SnO2 iencerkan pakon bah deionisasi ibagas rasio volume 1:5. Bani substrat na borsih na iperlakuhon pakon ozon UV sadokah 20 menit, sada film tipis nanopartikel SnO2 ibahen bani 4000 rpm sadokah 30 detik dob ai ipamanas bani 150 °C sadokah 30 menit. Bani larutan prekursor perovskite, 275,2 mg FAI, 737,6 mg PbI2 pakon FACl (20 mol%) ilarutkon bani pelarut campuran DMF/DMSO (15/1). Lapisan perovskite ipasirsir marhitei na mansentrifugasi 40 μL larutan prekursor perovskite i atas lapisan SnO2 na irawat UV-ozon bani 5000 rpm i udara sekitar sadokah 25 s. 5 detik dobkonsi parpudi, 50 μL larutan MACl IPA (4 mg/mL) mintor ipadabuh hu substrat sebagai antipelarut. Dob ai, film na baru ipasirsir i anneal bani 150°C sadokah 20 min dob ai bani 100°C sadokah 10 min. Dobkonsi idinginkon film perovskite das hubani suhu kamar, larutan H2C2O4 (1, 2, 4 mg na ilarutkon bani 1 mL IPA) isentrifugasi bani 4000 rpm sadokah 30 s laho pasifasihon permukaan perovskite. Sada larutan spiro-OMeTAD na ipasirsir marhitei na mancampur 72,3 mg spiro-OMeTAD, 1 ml CB, 27 μl tBP pakon 17,5 μl Li-TFSI (520 mg ibagas 1 ml asetonitril) ilapisi spin-coat hubani film ai bani 4000 rpm ibagas 300 s. Ujungni, lapisan Au na tebalni 100 nm iuapkon ibagas vakum bani kecepatan 0,05 nm/s (0~1 nm), 0,1 nm/s (2~15 nm) pakon 0,5 nm/s (16~100 nm). ).
Kinerja SC sel surya perovskite iukur mamakei Keithley 2400 meter i toruh ni penerangan simulator surya (SS-X50) bani intensitas cahaya 100 mW/cm2 pakon iverifikasi mamakei sel surya silikon standar na dob ikalibrasi. Anggo lang ipatugah na legan, kurva SP iukur ibagas kotak sarung tangan na igoki nitrogen bani suhu kamar (~25°C) ibagas mode pindai maju pakon mundur (langkah tegangan 20 mV, panorang penundaan 10 ms). Sada topeng bayangan ipakei laho manontuhon luas efektif 0,067 cm2 bani PSC na isukat. Pangukuran EQE ibahen i udara sekitar mamakei sistem PVE300-IVT210 (Industrial Vision Technology(s) Pte Ltd) pakon cahaya monokromatik na fokus hubani alat ai. Ase stabil alat, pengujian sel surya na lang terkapsul ibahen ibagas kotak sarung tangan nitrogen bani tekanan 100 mW/cm2 tanpa filter UV. ToF-SIMS iukur mamakei PHI nanoTOFII time-of-flight SIMS. Profil bagas idapot mamakei pistol ion Ar 4 kV na bolagni 400×400 μm.
Pangukuran spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) ibahen bani sistem Thermo-VG Scientific (ESCALAB 250) mamakei Al Kα monokromatisasi (untuk mode XPS) bani tekanan 5,0 × 10–7 Pa. Mikroskop elektron pindai (SEM) ibahen bani sistem JESM-JOL-630. Morfologi permukaan pakon kekasaran ni film perovskite iukur mamakei mikroskop gaya atom (AFM) (Bruker Dimension FastScan). STEM pakon HAADF-STEM ibahen i FEI Titan Themis STEM. Spektrum penyerapan UV-Vis iukur mamakei UV-3600Plus (Shimadzu Corporation). Arus pembatas muatan ruang (SCLC) isuratkon bani meter Keithley 2400. Fotoluminescens keadaan mantap (PL) pakon fotoluminescens time-resolved (TRPL) peluruhan masa hidup pembawa iukur mamakei spektrometer fotoluminescens FLS 1000. Gambar pemetaan PL iukur mamakei sistem Horiba LabRam Raman HR Evolution. Spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR) ibahen mamakei sistem Thermo-Fisher Nicolet NXR 9650.
Bani horja on, ipakei hanami do metode sampling jalur SSW laho mamparlajari jalur transisi fase humbani α-fase hubani δ-fase. Bani metode SSW, gerak permukaan energi potensial itontuhon marhitei arah mode lembut acak (turunan paduahon), na mambahen boi mambahen studi na rinci pakon objektif pasal permukaan energi potensial. Bani horja on, pengambilan sampel jalur ibahen bani supersel 72 atom, pakon lobih humbani 100 pasangan keadaan awal/akhir (IS/FS) ipatumpu bani tingkat DFT. Mardasarhon data pasangan IS/FS, dalan na manghubungkon struktur awal pakon struktur akhir boi itontuhon marhiteihon korespondensi antara atom, dob ai gerakan dua arah i sepanjang permukaan unit variabel ipakei laho manontuhon metode keadaan transisi secara lancar. (VK-DESV). Dob ipindahi keadaan transisi, dalan na marhalangan na i toruh boi itontuhon marhitei na mambahen peringkat bani halangan energi.
Haganup paretongan DFT ibahen mamakei VASP (versi 5.3.5), ija interaksi elektron-ion atom C, N, H, Pb, pakon I igambarkan marhitei skema gelombang na iperkuat na iproyeksihon (PAW). Fungsi korelasi pertukaran igambarkan marhiteihon pendekatan gradien umum bani parametrisasi Perdue-Burke-Ernzerhoff. Batas energi bani gelombang bidang ibahen gabe 400 eV. Kisi-kisi k-point Monkhorst-Pack marukuran (2 × 2 × 1). Bani haganup struktur, posisi kisi pakon atom domma lengkap ioptimalhon ronsi komponen tegangan maksimal itoruh ni 0,1 GPa pakon komponen gaya maksimal itoruh ni 0,02 eV/Å. Bani model permukaan, permukaan FAPbI3 dong 4 lapisan, lapisan toruh dong atom na totap na mensimulasihon badan FAPbI3, pakon tolu lapisan atas boi bergerak bebas sanggah proses optimasi. Lapisan PbC2O4 tebalni 1 ML anjaha marianan i permukaan I-terminal FAPbI3, ija Pb terikat hubani 1 I pakon 4 O.
Anggo sihol nassiam mambotoh hatorangan na legan pasal rancangan penelitian, torih ma Abstrak Laporan Portofolio Alam na mardomu hubani artikel on.
Haganup data na dapot atap na ipareksa sanggah penelitian on imasukhon bani artikel na dob iterbitkon, sonai homa bani informasi pendukung pakon file data mentah. Data mentah na ibere bani penelitian on boi idapot i https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440. Data sumber domma ibere bani artikel on.
Green, M. et al. Tabel Efisiensi Sel Surya (edisi ke-57). program. fotolistrik. sumber daya. aplikasi. 29, 3–15 (2021).
Parker J. et al. Mangontrol pertumbuhan lapisan perovskit mamakei alkil amonium klorida na uap. Nature 616, 724–730 (2023).
Zhao Y. et al. Inaktif (PbI2)2RbCl menstabilhon film perovskite untuk sel surya na mar-efisiensi tinggi. Sains 377, 531–534 (2022).
Tan, K. et al. Sel surya perovskite na ibalikkon mamakei dopan dimetilakridinil. Alam, 620, 545–551 (2023).
Han, K. et al. Formidin timah yodida kristal tunggal (FAPbI3): wawasan pasal sifat struktural, optik pakon listrik. kata keterangan. Mat. 28, 2253–2258 (2016).
Massey, S. et al. Stabilisasi fase perovskite hitam i FAPbI3 pakon CsPbI3. AKS Komunikasi Energi. 5, 1974–1985 (2020).
Ham, JJ, pakon hasoman. Sel surya perovskite na efisien marhiteihon pengelolaan pembawa na lambin dear. Nature 590, 587–593 (2021).
Saliba M. et al. Penggabungan kation rubidium hubagas sel surya perovskite meningkathon kinerja fotovoltaik. Science 354, 206–209 (2016).
Saliba M. et al. Sel surya sesium perovskit kation tiga: stabilitas na meningkat, reproduksi pakon efisiensi na gijang. lingkungan tenaga. ilmu pengetahuan. 9, 1989–1997 (2016).
Cui X. et al. Kemajuan baru-baru on bani stabilisasi fase FAPbI3 bani sel surya perovskite berkinerja tinggi Sol. RRL 6, 2200497 (2022).
Delagetta S. et al. Pemisahan fase fotoinduksi na irasionalisasi humbani halida campuran perovskit organik-anorganik. Nat. parsahapan. 8, 200 (2017).
Slotcavage, DJ et al. Pemisahan fase na ibahen cahaya bani penyerap perovskit halida. AKS Komunikasi Energi. 1, 1199–1205 (2016).
Chen, L. et al. Stabilitas fase intrinsik pakon bandgap intrinsik formamidine timah triiodida perovskite tunggal. Anjiva. Kimia. internasionalitas. Ed. 61. e202212700 (2022).
Duinsti, EA pnl. Mangarusi dekomposisi methylenediammonium pakon peran ni bani stabilisasi fase timah triiodida formamidin. J. Chem. Jalang. 18, 10275–10284 (2023).
Lu, HZ pakon hasomanni. Pengendapan uap na efisien pakon stabil humbani sel surya perovskite hitam FAPbI3. Sains 370, 74 (2020).
Doherty, TAS pnl. Perovskit halida oktahedral na miring na stabil menekan pembentukan fase na lokal pakon karakteristik na terbatas. Science 374, 1598–1605 (2021).
Ho, K. et al. Mekanisme transformasi pakon degradasi butir formamidin pakon sesium pakon timah iodida perovskit i toruh ni pengaruh uap pakon panondang. AKS Komunikasi Energi. 6, 934–940 (2021).
Zheng J. et al. Perkembangan anion pseudohalida untuk sel surya perovskite α-FAPbI3. Nature 592, 381–385 (2021).