Matondo mingi mpo na kotala Nature.com. Version ya navigateur oyo ozali kosalela ezali na lisungi ya CSS oyo ezali moke. Mpo na kozwa matomba malamu, tosɛngi osalela version ya sika ya navigateur na yo (to kokanga mode ya compatibilité na Internet Explorer). Na ntango yango, mpo na kosala ete lisungi ekoba, tozali kolakisa site kozanga styling to JavaScript.
Passivation ya défaut esalelamaki mingi mpo na kobongisa performance ya ba cellules solaires ya perovskite ya triiodure ya plomb, kasi effet ya ba défauts ndenge na ndenge na stabilité ya phase α etikali polele te; Awa, na kosalelaka théorie fonctionnelle ya densité, to identifier mpo na mbala ya liboso nzela ya dégradation ya perovskite ya triiodure ya plomb ya formamidine depuis α-phase à δ-phase mpe toyekoli effet ya ba défauts ndenge na ndenge na barrière énergétique ya transition ya phase. Ba résultats ya simulation e prédire que ba vacances ya iode ezali plus probablement kosala dégradation po ekitisaka makasi barrière énergétique pona transition ya phase α-δ pe ezali na énergie ya formation ya se na surface ya perovskite. Kokɔtisa couche dense ya oxalate ya plomb oyo ekoki kopɔla na mai te likoló ya likoló ya perovskite epekisaka mpenza kopɔla ya phase α, mpe yango epekisaka migration mpe volatilisation ya iode. En plus, stratégie oyo ekitisaka makasi recombination interfacial non radiative pe ematisaka efficacité ya ba cellules solaires na 25,39% (certifié 24,92%). Dispositif oyo elongolami na emballage ekoki kaka kobatela efficacité na yango ya 92% ya ebandeli sima ya kosala na puissance maximale pendant 550 heures sous irradiation simulé ya masse d’air 1,5 G.
Efficacité ya conversion ya puissance (PCE) ya ba cellules solaires ya perovskite (PSCs) ekomi na record ya likolo oyo e certificat ya 26%1. Uta 2015, ba PSC ya mikolo oyo elingi mingi perovskite ya triiodure ya formamidine (FAPbI3) lokola couche oyo ezo absorber lumière mpo na stabilité thermique na yango ya malamu mpe bande gap préféré pene na limite ya Shockley-Keisser ya 2,3,4. Malheureusement, ba films FAPbI3 thermodynamiquement ezo subir transition ya phase depuis phase α noire na phase δ jaune non perovskite na température ambiante5,6. Mpo na kopekisa formation ya phase delta, ba compositions complexes ya perovskite ndenge na ndenge esalemi. Stratégie oyo esalemaka mingi pona kolonga problème oyo ezali ya kosangisa FAPbI3 na combinaison ya ba ions méthyl ammonium (MA+), césium (Cs+) na bromure (Br-)7,8,9. Kasi, ba perovskites hybrides ezo souffrir na largeur ya bande gap pe séparation ya phase photoinduite, oyo ezo compromettre performance pe stabilité opérationnelle ya ba PSCs oyo ezuami10,11,12.
Ba études oyo euti kosalema kala mingi te elakisaki que FAPbI3 ya cristal unique pure sans dopage moko te ezali na stabilité excellent en raison ya cristallinité na yango excellent mpe ba défauts ya nse13,14. Na yango, kokitisa ba défauts na komatisaka cristallinité ya FAPbI3 en masse ezali stratégie ya motuya pona kozua ba PSCs efficaces pe stable2,15. Kasi, na tango ya fonctionnement ya FAPbI3 PSC, dégradation na phase hexagonale jaune non-perovskite δ oyo elingi te ekoki kaka kosalema16. Mbala mingi, mosala yango ebandaka na bisika mpe na ndelo ya mbuma oyo ekoki kozwa mai, molunge mpe pole mingi mpo na bozali ya bisika mingi oyo ezali na mbeba17. Na yango, passivation ya surface/grain ezali nécessaire pona ko stabiliser phase noire ya FAPbI318. Ba stratégies mingi ya passivation ya défaut, na kati na yango introduction ya ba perovskites ya basse dimensions, ba molécules ya Lewis à base acide, na ba sels ya halure d’ammonium, esali progrès monene na ba PSCs ya formamidine19,20,21,22. Kino lelo, pene na ba études nionso etali mingi rôle ya ba défauts ndenge na ndenge na koyeba ba propriétés optoélectroniques lokola recombination ya porteur, longueur ya diffusion na structure ya bande na ba cellules solaires22,23,24. Ndakisa, théorie fonctionnelle ya densité (DFT) esalelamaka pona ko prédire théoriquement ba énergies ya formation pe ba niveaux ya énergie ya piège ya ba défauts ndenge na ndenge, oyo esalelamaka mingi pona ko guider conception ya passivation pratique20,25,26. Wana motángo ya mbeba ezali kokita, mbala mingi stabilité ya aparɛyi yango ekómaka malamu. Kasi, na ba PSC ya formamidine, ba mécanismes ya influence ya ba défauts ndenge na ndenge na stabilité ya phase mpe na ba propriétés photoélectriques esengeli ezala totalement différente. Na boyebi na biso, compréhension fondamentale ya ndenge nini ba défauts e induire transition ya phase cube à hexagonale (α-δ) mpe rôle ya passivation ya surface na stabilité ya phase ya perovskite α-FAPbI3 ezali kaka ko comprendre malamu te.
Awa, tozali kobimisa nzela ya bobebisi ya perovskite ya FAPbI3 uta na α-phase ya moindo kino na δ-phase ya jaune mpe bopusi ya mbeba ndenge na ndenge na barre énergétique ya transition α-à-δ-phase na nzela ya DFT. I ba postes vide, oyo esalemaka facilement na tango ya fabrication ya film na fonctionnement ya appareil, e prévu que ekozala plus probablement ko initier transition ya phase α-δ. Na yango, to kotisaki couche dense ya oxalate ya plomb (PbC2O4) oyo ekoki ko souler na mayi te mpe stable na chimique likolo ya FAPbI3 na nzela ya réaction in situ. Surface ya oxalate ya plomb (LOS) epekisaka formation ya ba vacances I mpe epekisaka migration ya ba ions I tango e stimuler na ba champs ya chaleur, lumière na électrique. LOS oyo euti na yango ekitisaka mingi recombination interfacial non radiative mpe ebongisaka efficacité ya FAPbI3 PSC na 25,39% (certifié na 24,92%). Dispositif LOS oyo ekangamaki te e gardaki 92% ya efficacité na yango ya ebandeli sima ya kosala na point de puissance maximale (MPP) pendant plus de 550 heures na masse d’air simulé (AM) ya 1,5 G ya radiation.
Tosalaki liboso ba calculs ab initio pona koluka nzela ya décomposition ya perovskite FAPbI3 pona transition depuis phase α ti na phase δ. Na nzela ya procédé ya transformation ya phase détaillée, emonanaka que transformation wuta octaédron ya trois dimensions oyo ekabolaka coin [PbI6] na phase α cube ya FAPbI3 kino na octahedron ya partage ya bord une dimension [PbI6] na phase δ hexagonale ya FAPbI3 ekokisami. kobukana 9. Pb-I esalaka lien na étape ya liboso (Int-1), mpe barrière énergétique na yango ekomi na 0,62 eV/cell, ndenge elakisami na figure 1a. Tango octaédre ebalusami na direction [0\(\bar{1}\)1], monyololo mokuse ya hexagonale epanzani kobanda 1×1 kino 1×3, 1×4 mpe na suka ekoti na phase δ. Rapport ya orientation ya nzela mobimba ezali (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ. Na diagramme ya distribution ya énergie, ekoki komonana que sima ya nucléation ya phase δ ya FAPbI3 na ba étapes oyo elandi, barrière ya énergie ezali na se koleka oyo ya transition ya phase α, elingi koloba que transition ya phase ekozala accélérée. Polele, etape ya liboso ya ko contrôler transition ya phase ezali critique soki tolingi ko supprimer dégradation ya phase α.
a Processus ya transformation ya Phase kobanda gauche na droite – phase noire FAPbI3 (phase α), clevage ya liboso ya liaison Pb-I (Int-1) mpe clevage ya liaison Pb-I mosusu (Int-2, Int -3 mpe Int -4) mpe phase jaune FAPbI3 (phase delta). b Ba barrières énergétiques na transition ya phase α na δ ya FAPbI3 oyo esalemi na ba défauts ya point intrinsèques ndenge na ndenge. Line oyo ezali na ba points ezali kolakisa barrière énergétique ya cristal idéal (0,62 eV). c Énergie ya formation ya ba défauts ya point primaire na surface ya perovskite ya plomb. Axe abscisse ezali barrière énergétique ya transition ya phase α-δ, mpe axe ordinate ezali énergie ya formation ya défaut. Biteni oyo ezali na elili na langi ya gris, jaune mpe vert ezali lolenge I (FE ya nse ya EB-ya likolo), lolenge ya II (FE ya likolo) mpe lolenge ya III (EB ya nse-FE ya nse), respectivement. d Énergie ya formation ya ba défauts VI na LOS ya FAPbI3 na contrôle. e I barrière na migration ya ba ions na contrôle na LOS ya FAPbI3. f – représentation schématique ya migration ya ba ions I (sphères orange) na gLOS FAPbI3 (gris, plomb; violet (orange), iode (iode mobile)) na contrôle gf (gauche : vue ya likolo; droite : section transversale, marron); carbone; bleu ya pete – azote; motane – oxygène; rose ya pete – hydrogène). Ba données source epesami na ndenge ya ba fichiers ya ba données sources.
Na sima toyekolaki na ndenge ya système influence ya ba défauts intrinsèques ndenge na ndenge ya point (na kati na yango occupation antisite ya PbFA, IFA, PbI, na IPb; ba atome interstitiaux ya Pbi na Ii; mpe ba vacances VI, VFA, na VPb), oyo etalelami lokola ba facteurs clés. oyo esalaka dégradation ya phase atomique pe niveau énergétique elakisami na figure 1b pe Tableau supplémentaire 1. Likambo ya kosepelisa, ba défauts nionso te ekitisaka barrière énergétique ya transition ya phase α-δ (Figure 1b). Tondimi ete ba défauts oyo ezali na ba énergies ya formation ya se mpe ba barrières ya énergie ya transition ya phase α-δ ya se etalelami lokola ya mabe mpo na stabilité ya phase. Ndenge elobamaki liboso, ba surfaces oyo ezali na plomb mingi etalelami mingi mingi lokola efficace mpo na formamidine PSC27. Yango wana, tozali kotya likebi mingi na likoló oyo ezali na nsuka na PbI2 (100) na makambo oyo ezali na plomb mingi. Énergie ya formation ya défaut ya ba défauts ya point intrinsèque ya surface elakisami na figure 1c pe Tableau supplémentaire 1. Na kotalaka barrière énergétique (EB) pe énergie ya formation ya transition ya phase (FE), ba défauts wana e classifié na ba types misato. Lolenge I (FE ya EB-ya likolo ya nse): Atako IPb, VFA na VPb ekitisaka mingi barrière énergétique na transition ya phase, ezali na ba énergies ya formation ya likolo. Na yango, tondimi ete lolenge ya ba défauts oyo ezali na impact limité na ba transitions ya phase puisque esalemaka rarement. Type II (EB ya likolo): Na tina ya barrière énergétique ya transition ya phase α-δ oyo ebongwani, ba défauts anti-site PbI, IFA na PbFA ebebisaka stabilité ya phase ya perovskite α-FAPbI3 te. Type III (EB-basse FE): Ba défauts VI, Ii na Pbi oyo ezali na ba énergies ya formation relativement moke ekoki kosala dégradation ya phase noire. Mingimingi soki totali FE mpe EB VI ya nse, tondimi ete mayele ya malamu koleka ezali ya kokitisa bisika ya mpamba ya I.
Mpo na kokitisa VI, tosalaki couche dense ya PbC2O4 mpo na kobongisa likolo ya FAPbI3. Soki tokokanisi yango na ba passivateurs ya mungwa ya halogénure organique lokola iodure ya phénylethylammonium (PEAI) mpe iodure ya n-octylamonium (OAI), PbC2O4, oyo ezali na ba ions halogènes mobiles te, ezali stable chimiquement, insoluble na mayi, mpe e désactivé facilement na stimulation. Bonne stabilisation ya humidité ya surface na champ électrique ya perovskite. Solubilité ya PbC2O4 na mayi ezali kaka 0,00065 g/L, oyo ezali kutu na se koleka oyo ya PbSO428. Likambo ya motuya mingi, ba couches denses pe uniformes ya LOS ekoki kobongisama na malembe na ba films ya perovskite na kosalelaka ba réactions in situ (tala na se). Tosalaki ba simulation DFT ya liaison interfacial entre FAPbI3 na PbC2O4 ndenge elakisami na figure supplémentaire 1. Tableau supplémentaire 2 ezali ko présenter énergie ya formation ya défaut sima ya injection ya LOS. Tomoni ete LOS ematisaka kaka te énergie ya formation ya ba défauts VI na 0,69–1,53 eV (Figure 1d), kasi ematisaka pe énergie ya activation ya I na surface ya migration pe surface ya sortie (Figure 1e). Na eteni ya yambo, ba ions I ekendeke na likolo ya perovskite, kotikaka ba ions VI na position ya réticules na barrière énergétique ya 0,61 eV. Sima ya introduction ya LOS, en raison ya effet ya obstacle stérique, énergie ya activation pona migration ya ba ions I emati na. 1,28 eV. Na tango ya migration ya ba ions I oyo etiki surface ya perovskite, barrière énergétique na VOC ezali pe likolo koleka na échantillon témoin (Fig. 1e). Ba diagrammes schématiques ya ba voies ya migration ya ba ions I na contrôle na LOS FAPbI3 elakisami na figure 1 f na g, respectivement. Ba résultats ya simulation ezo lakisa que LOS ekoki kopekisa formation ya ba défauts VI pe volatilisation ya I, na yango kopekisa nucléation ya transition ya phase α na δ.
Bamekaki réaction entre acide oxalique na perovskite FAPbI3. Sima ya kosangisa ba solutions ya acide oxalique na FAPbI3, ebele ya précipité ya pembe esalemaki, ndenge elakisami na figure supplémentaire 2. Produit ya poudre ezuami lokola matériel PbC2O4 ya peto na nzela ya diffraction ya rayons X (XRD) (Figure supplémentaire 3) pe spectroscopie infrarouge transformation de Fourier (FTIR) (Figure supplémentaire 4). Tomoni ete acide oxalique ezali très soluble na alcool isopropyle (IPA) na température ambiante na solubilité ya soki 18 mg/mL, ndenge elakisami na figure supplémentaire 5. Yango ekomisaka traitement oyo elandi pete puisque IPA, lokola solvant ya passivation commune, ebebisaka couche ya perovskite te koleka tango mokuse29. Na yango, na kozindisa film ya perovskite na solution ya acide oxalique to ko revêter spin-coating solution ya acide oxalique na perovskite, PbC2O4 mince mpe dense ekoki kozuama noki na likolo ya film ya perovskite selon équation chimique oyo elandi : H2C2O4 + FAPbI3 = PbC2O4 + FAI +HI. FAI ekoki kopanzana na IPA mpe bongo kolongolama na tango ya kolamba. Épaisseur ya LOS ekoki kozala contrôlé na temps ya réaction na concentration ya précurseur.
Ba images ya microscopie électronique à scanner (SEM) ya ba films ya perovskite contrôle na LOS elakisami na ba figures 2a,b. Ba résultats ezo lakisa que morphologie ya surface ya perovskite ebatelami bien, pe nombre monene ya ba particules fines e déposé na surface ya grain, oyo esengeli e représenter couche ya PbC2O4 oyo esalemi na réaction in-situ. Film ya perovskite ya LOS ezali na surface ya mwa lisse (Figure supplémentaire 6) pe angle ya contact ya mayi ya munene soki tokokanisi yango na film ya contrôle (Figure supplémentaire 7). Microscopie électronique de transmission transversale à haute résolution (HR-TEM) esalelamaki mpo na kokesenisa couche ya likolo ya produit. Soki tokokanisi yango na film ya contrôle (Fig. 2c), couche mince uniforme mpe dense na épaisseur ya soki 10 nm ezali komonana polele likolo ya perovskite ya LOS (Fig. 2d). Na kosalelaka microscopie électronique scanner annulaire annulaire à haute angle (HAADF-STEM) mpo na kotala interface kati na PbC2O4 mpe FAPbI3, bozali ya ba régions cristallines ya FAPbI3 mpe ba régions amorphes ya PbC2O4 ekoki komonana polele (Figure supplémentaire 8). Composition ya surface ya perovskite sima ya traitement ya acide oxalique e caractérisé na ba mesures ya spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS), ndenge elakisami na ba figures 2e–g. Na figure 2e, ba sommets ya C 1s zinga zinga ya 284,8 eV na 288,5 eV ezali ya ba signaux spécifiques ya CC na FA, respectivement. Soki tokokanisi yango na membrane ya contrôle, membrane ya LOS elakisaki sommet ya kobakisa na 289,2 eV, oyo epesamaki na C2O42-. Spectre O 1s ya perovskite ya LOS elakisaka ba sommets O 1s misato oyo ekeseni na chimique na 531,7 eV, 532,5 eV, mpe 533,4 eV, oyo ekokani na COO déprotoné, C=O ya ba groupes intacts ya oxalate 30 mpe ba atome O ya composante OH (Fig. 2e ). )). Pona échantillon témoin, kaka sommet ya O 1s ya moke nde emonanaki, oyo ekoki kozala attribuable na oxygène chimisorbé na surface. Ba caractéristiques ya membrane contrôle ya Pb 4f7/2 na Pb 4f5/2 ezali na 138,4 eV na 143,3 eV, respectivement. Tomoni ete perovskite ya LOS elakisaka déplacement ya sommet ya Pb ya soki 0,15 eV vers énergie ya liaison ya likolo, elakisaka interaction makasi entre ba atome ya C2O42- na Pb (Fig. 2g).
a SEM images ya contrôle na b LOS ba films ya perovskite, vue ya likolo. c Microscopie électronique ya transmission transmission à haute résolution (HR-TEM) ya ba films ya contrôle na d LOS perovskite. XPS ya haute résolution ya e C 1s, f O 1s mpe g Pb 4f ba films ya perovskite. Ba données source epesami na ndenge ya ba fichiers ya ba données sources.
Selon ba résultats ya DFT, ezali théoriquement prévu que ba défauts VI na migration I esalaka facilement transition ya phase depuis α à δ. Ba rapports ya kala elakisaki que I2 ebimaka noki na ba films ya perovskite basé na PC na tango ya photoimmersion sima ya ko exposer ba films na pole pe na stress thermique31,32,33. Pona ko confirmer effet stabilisant ya oxalate ya plomb na phase α ya perovskite, to immergé ba films ya perovskite contrôle na LOS na ba bouteilles ya verre transparente oyo ezalaki na toluène, respectivement, et puis to irradier yango na 1 lumière ya moyi pendant 24 h. Tomekaki ndenge oyo pole ultraviolet mpe oyo emonanaka (UV-Vis) ekɔtaka na nzoto. ) solution ya toluène, ndenge emonisami na elilingi 3a. Soki tokokanisi yango na échantillon témoin, intensité ya absorption ya I2 ya se mingi emonanaki na cas ya LOS-perovskite, elakisaka que LOS compact ekoki kopekisa sortie ya I2 na film ya perovskite na tango ya immersion ya lumière. Ba photos ya ba films ya contrôle âgé pe ya perovskite ya LOS elakisami na ba insets ya ba figures 3b pe c. Perovskite ya LOS ezali kaka noir, alors que mingi ya film ya contrôle ekoma jaune. Ba spectres ya absorption UV–visible ya film immergé elakisami na ba Figs. 3b, c. Tomoni ete absorption oyo ekokani na α na film témoin ekitanaki polele. Bazalaki kosala ba mesures ya rayons X mpo na kokoma évolution ya structure ya cristal. Sima ya 24 heures ya éclairage, perovskite ya contrôle elakisaki signal ya phase δ ya jaune makasi (11,8°), alors que perovskite ya LOS e gardaki kaka phase noire ya malamu (Figure 3d).
Ba spectres ya absorption visible na UV ya ba solutions ya toluène oyo film ya contrôle na film ya LOS e immergé sous 1 lumière ya moyi pendant 24 heures. Inset ezali kolakisa fiole oyo na kati na yango bazindisaki filme mokomoko na volume moko ya toluène. b Spectres ya absorption UV-Vis ya film ya contrôle na c film ya LOS avant pe après 24 h ya immersion sous 1 lumière ya moyi. Inset ezali kolakisa fɔtɔ́ ya filme ya komeka. d Ba modèles ya diffraction ya rayons X ya ba films ya contrôle na LOS avant pe après 24 h ya exposition. Ba images SEM ya film ya contrôle e na film f LOS sima ya 24 heures ya exposition. Ba données source epesami na ndenge ya ba fichiers ya ba données sources.
Tosalaki ba mesures ya microscopie électronique à scanner (SEM) pona kotala ba changements microstructurales ya film ya perovskite sima ya 24 heures ya éclairage, ndenge elakisami na ba figures 3e,f. Na film ya contrôle, ba grains minene ebebisamaki mpe ebongwanaki na ba aiguilles ya mike, oyo ekokanaki na morphologie ya produit ya phase δ FAPbI3 (Fig. 3e). Pona ba films ya LOS, ba grains ya perovskite etikalaka na état ya malamu (Figure 3f). Ba résultats e confirmaki que perte ya I e induire significativement transition ya phase noire na phase jaune, alors que PbC2O4 e stabiliser phase noire, e pekisa perte ya I. Lokola densité ya vide na surface ezali mingi koleka na bulk ya grain,34 phase oyo ekoki kosalema mingi na surface ya grain. kobimisa iode na mbala moko mpe kosala VI. Ndenge esakolamaki na DFT, LOS ekoki kopekisa formation ya ba défauts VI mpe kopekisa migration ya ba ions I na surface ya perovskite.
En plus, effet ya couche PbC2O4 na résistance ya humidité ya ba films ya perovskite na mopepe ya atmosphérique (humidité relative 30-60%) e étudier. Ndenge emonisami na figure supplémentaire 9, perovskite ya LOS ezalaki kaka noir sima ya mikolo 12, alors que film ya contrôle ekoma jaune. Na ba mesures XRD, film ya contrôle elakisaka sommet makasi na 11,8° oyo ekokani na phase δ ya FAPbI3, alors que perovskite ya LOS e garder phase α noire bien (Figure supplémentaire 10).
Basalelaki photoluminescence à état stationnaire (PL) mpe photoluminescence résolution à temps (TRPL) mpo na koyekola effet passivation ya oxalate ya plomb na surface ya perovskite. Na Fig. Figure 4a ezali kolakisa que film ya LOS emati makasi ya PL. Na image ya cartographie PL, intensité ya film ya LOS na etando mobimba ya 10 × 10 μm2 ezali likolo koleka oyo ya film témoin (Figure supplémentaire 11), elakisaka que PbC2O4 e passiver uniformément film ya perovskite. Bomoi ya mokumbi ezuami na kopusana penepene na bopanzi ya TRPL na fonction exponentielle moko (Fig. 4b). Bomoi ya mokumbi ya film LOS ezali 5,2 μs, oyo ezali molai mingi koleka film ya témoin oyo ezali na bomoi ya mokumbi ya 0,9 μs, oyo ezali kolakisa bokiti ya recombination non radiative ya surface.
PL ya état stationnaire na b-spectres ya PL temporaire ya ba films ya perovskite na ba substrats ya verre. c Courbe SP ya dispositif (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au). d Spectre EQE na spectre Jsc EQE intégré à partir ya dispositif oyo ezali efficace mingi. d Dépendance ya intensité ya lumière ya dispositif perovskite na diagramme ya Voc. f Botangi ya MKRC ya momesano na kosalelaka esaleli ya mabulu ya peto ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au. VTFL ezali tension maximale ya kotondisa motambo. Na ba données wana to calculer densité ya piège (Nt). Ba données source epesami na ndenge ya ba fichiers ya ba données sources.
Mpo na koyekola effet ya couche ya oxalate ya plomb na performance ya dispositif, structure ya contact ya bonkoko FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au esalemaki. Tosalelaka chlorure de formamidine (FACl) lokola additif na précurseur ya perovskite na esika ya chlorhydrate ya méthylamine (MACl) mpo na kozua performance ya dispositif ya malamu, lokola FACl ekoki kopesa qualité ya cristal ya malamu mpe koboya écart ya bande ya FAPbI335 (tala ba figures supplémentaires 1 mpe 2 mpo na comparaison détaillée). ). 12-14). IPA eponami lokola antisolvant mpo epesaka qualité cristalline ya malamu mpe orientation préférée na ba films ya perovskite soki tokokanisi yango na éther diéthyl (DE) to chlorrobenzene (CB)36 (Figures supplémentaires 15 et 16). Épaisseur ya PbC2O4 e optimisé na bokebi mpo na ko équilibrer malamu passivation ya défaut na transport ya charge na ko ajuster concentration ya acide oxalique (Figure supplémentaire 17). Ba images SEM transversales ya ba dispositifs contrôle optimisé na LOS elakisami na figure supplémentaire 18. Ba courbes typiques ya densité ya courant (CD) pona ba dispositifs contrôle na LOS elakisami na figure 4c, pe ba paramètres extrait epesami na Tableau supplémentaire 3. Ba cellules ya contrôle ya efficacité maximale ya conversion ya puissance (PCE) 23,43% (22,94%), Jsc 25,75 mA cm-2 (25,74 mA cm-2), Voc 1,16 V (1,16 V) mpe scanner ya sima (ya liboso). Facteur ya kotondisa (FF) ezali 78,40% (76,69%). Maxim PCE LOS PSC ezali 25,39% (24,79%), Jsc ezali 25,77 mA cm-2, Voc ezali 1,18 V, FF ezali 83,50% (81,52%) kobanda na sima (Avant Scan to). Dispositif LOS ezuaki performance photovoltaïque certifiée ya 24,92% na laboratoire photovoltaïque ya troisième partie ya confiance (Figure supplémentaire 19). Efficacité quantique extérieure (EQE) epesaki Jsc intégré ya 24,90 mA cm-2 (contrôle) na 25,18 mA cm-2 (LOS PSC), respectivement, oyo ezalaki na boyokani malamu na Jsc oyo emesami na spectre AM 1,5 G standard (Fig. .4d). ) . Bopanzani ya statistique ya ba PCE oyo emesami pona ba PSC ya contrôle pe ya LOS elakisami na figure supplémentaire 20.
Ndenge elakisami na figure 4e, relation entre Voc na intensité ya lumière e calculer pona koyekola effet ya PbC2O4 na recombination ya surface assistée par trap. Pente ya ligne oyo etiamaki pona dispositif LOS ezali 1,16 kBT/sq, oyo ezali na se koleka pente ya ligne oyo etiamaki pona dispositif de contrôle (1,31 kBT/carré), endimisi ete LOS ezali na tina pona kopekisa recombination ya surface na ba decoys. Tosalelaka technologie ya limitation ya courant ya charge espace (SCLC) pona ko mesurer quantitativement densité ya défaut ya film ya perovskite na ko mesurer caractéristique IV ya molili ya dispositif ya mabulu (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) ndenge elakisami na figure. 4f Lakisa. Densité ya piège e calculer na formule Nt = 2ε0εVTFL/eL2, esika ε ezali constant diélectrique relative ya film ya perovskite, ε0 ezali constant diélectrique ya vide, VTFL ezali tension limitante pona kotondisa piège, e ezali charge, L ezali épaisseur ya film ya perovskite (650 nm). Densité ya défaut ya dispositif VOC e calculer kozala 1,450 × 1015 cm–3, oyo ezali na se koleka densité ya défaut ya dispositif de contrôle, oyo ezali 1,795 × 1015 cm–3.
Eloko oyo ekangamaki te emekamaki na point de puissance maximale (MPP) na se ya moyi mobimba na se ya azote pona kotala stabilité ya performance na yango ya tango molayi (Figure 5a). Sima ya 550 heures, appareil LOS e gardaki kaka 92% ya efficacité maximale na yango, alors que performance ya dispositif de contrôle ekita na 60% ya performance na yango ya ebandeli. Bopanzani ya ba éléments na dispositif ya kala emekamaki na spectrométrie de masse ionique secondaire temps de vol (ToF-SIMS) (Fig. 5b, c). Bosangisi monene ya iode ekoki komonana na esika ya likolo ya contrôle ya wolo. Ba conditions ya protection ya gaz inerte elongoli ba facteurs oyo ebebisaka zinga zinga lokola humidité na oxygène, elakisaka que ba mécanismes internes (c.a.d., migration ya ba ions) nde ezali responsable. En fonction ya ba résultats ya ToF-SIMS, ba ions I- na AuI2- e détecté na électrode Au, elakisaka diffusion ya I wuta perovskite na Au. Intensité ya signal ya ba ions I- na AuI2- na dispositif de contrôle ezali soki mbala 10 koleka oyo ya échantillon ya VOC. Ba rapports ya kala elakisaki que perméation ya ba ions ekoki kosala que conductivité ya mabulu ya spiro-OMeTAD ekita noki pe corrosion chimique ya couche ya électrode ya likolo, na yango kobeba contact interfacial na dispositif37,38. Balongolaki électrode ya Au mpe balongolaki couche ya spiro-OMeTAD na substrat na solution ya chlorbenzène. Na sima tosalaki bizaleli ya film na kosalelaka diffraction ya rayons X na incidence ya kolia (GIXRD) (Figure 5d). Ba résultats ezo lakisa que film ya contrôle eza na sommet ya diffraction évident na 11,8°, alors que sommet ya diffraction ya sika ezo monana te na échantillon ya LOS. Ba résultats ezo lakisa que ba pertes minene ya ba ions I na film ya contrôle ememaka na génération ya phase δ, alors que na film ya LOS processus oyo ezo inhiber clairement.
575 heures ya suivi continu ya MPP ya dispositif oyo ekangami te na atmosphère ya azote mpe 1 lumière ya moyi sans filtre UV. Bopanzani ya ToF-SIMS ya ba ions b I- mpe c AuI2- na dispositif ya contrôle LOS MPP mpe dispositif ya vieillissement. Ba nuances ya jaune, vert na orange ekokani na Au, Spiro-OMeTAD na perovskite. d GIXRD ya film ya perovskite sima ya test ya MPP. Ba données source epesami na ndenge ya ba fichiers ya ba données sources.
Ba mesurer conductivité dépendante ya température pona ko confirmer que PbC2O4 ekokaki kopekisa migration ya ba ions (Figure supplémentaire 21). Énergie ya activation (Ea) ya migration ya ba ions ezuami na ko mesurer changement ya conductivité (σ) ya film FAPbI3 na ba températures différentes (T) pe kosalela relation Nernst-Einstein : σT = σ0exp(−Ea/kBT), esika σ0 ezali constant, kB ezali constante ya Boltzmann. Tozuaka valeur ya Ea na pente ya ln(σT) contre 1/T, oyo ezali 0,283 eV pona contrôle pe 0,419 eV pona dispositif LOS.
Na bokuse, tozali kopesa cadre théorique mpo na koyeba nzela ya dégradation ya perovskite ya FAPbI3 mpe influence ya ba défauts ndenge na ndenge na barrière énergétique ya transition ya phase α-δ. Na kati ya ba défauts wana, ba défauts VI e prévu na théorique que ekosala facilement transition ya phase depuis α à δ. Couche dense insoluble na mayi mpe stable chimiquement stable ya PbC2O4 ekotisami mpo na ko stabiliser phase α ya FAPbI3 na kopekisa formation ya ba vacances I mpe migration ya ba ions I. Stratégie oyo ekitisaka mingi recombination interfacial non radiative, ematisaka efficacité ya ba cellules solaires na 25,39%, pe ebongisaka stabilité ya fonctionnement. Ba résultats na biso epesaka guidance pona kozua ba PSC ya formamidine efficace pe stable na ko inhiber transition ya phase α à δ induite par défaut.
Isopropoxyde ya titane(IV) (TTIP, 99,999%) esombamaki na Sigma-Aldrich. Acide chlorhydrique (HCl, 35,0–37,0%) mpe éthanol (anhydre) esombamaki na Industrie chimique ya Guangzhou. SnO2 (15 wt% ya dispersion colloïdale ya oxyde d’étain(IV)) esombamaki na Alfa Aesar. Iodure ya plomb(II) (PbI2, 99,99%) esombamaki na TCI Shanghai (Chine). Iodure ya formamidine (FAI, ≥99,5%), chlorure de formamidine (FACl, ≥99,5%), chlorhydrate de méthylamine (MACl, ≥99,5%), 2,2′,7,7′-tétrakis-(N , N-di-p) )-méthoxaniline)-9,9′-spirobifluorène (Spiro-OMETAD, ≥99,5%), lithium bis(trifluorométhane)sulfonylimide (Li-TFSI, 99,95%), 4-tert -butylpyridine (tBP, 96%) esombamaki na Xi'an Polymer Light Technology Company (Chine). N,N-diméthylformamide (DMF, 99,8%), diméthyl sulfoxyde (DMSO, 99,9%), alcool isopropyle (IPA, 99,8%), chlorobenzène (CB, 99,8%), acétonitrile (ACN). Esombamaki na Sigma-Aldrich. Acide oxalique (H2C2O4, 99,9%) esombamaki na Macklin. Bazalaki kosalela biloko nyonso ya chimique ndenge bazwaki yango kozanga ete bábongola yango.
Ba substrats ITO to FTO (1,5 × 1,5 cm2) e nettoyer ultrasoniquement na détergent, acétone, na éthanol pendant 10 min, respectivement, et puis ekauki na se ya courant ya azote. Couche dense ya barrière TiO2 e déposé na substrat FTO na nzela ya solution ya titane diisopropoxybis(acétylacétonate) na éthanol (1/25, v/v) déposé na 500 °C pendant 60 min. Dispersion colloïdale ya SnO2 e dilué na mayi désionisée na rapport ya volume ya 1:5. Na substrat ya peto oyo esalemi na ozone UV na boumeli ya miniti 20, batyaki filme mince ya ba nanoparticules ya SnO2 na 4000 rpm na boumeli ya segɔnde 30 mpe na nsima batyaki yango liboso na 150 °C na boumeli ya miniti 30. Mpo na solution ya précurseur ya perovskite, 275,2 mg ya FAI, 737,6 mg ya PbI2 mpe FACl (20 mol%) epanzani na solvant mélangé DMF/DMSO (15/1). Couche ya perovskite ebongisamaki na centrifugation ya 40 μL ya solution ya précurseur ya perovskite likolo ya couche SnO2 traitée na ozone UV na 5000 rpm na mopepe ya esika na boumeli ya 25 s. 5 secondes sima ya mbala ya suka, 50 μL ya solution ya MACl IPA (4 mg/mL) ebwakama noki na substrat lokola antisolvant. Na sima, ba films oyo ewutaki kobongisama e recuit na 150°C pendant 20 min et puis na 100°C pendant 10 min. Sima ya ko refroidir film ya perovskite na température ambiante, solution ya H2C2O4 (1, 2, 4 mg dissous na 1 mL ya IPA) e centrifugé na 4000 rpm pendant 30 s pona ko passive surface ya perovskite. Solution spiro-OMeTAD oyo ebongisamaki na kosangisaka 72,3 mg ya spiro-OMeTAD, 1 ml ya CB, 27 μl tBP mpe 17,5 μl ya Li-TFSI (520 mg na 1 ml ya acétonitrile) ekangamaki na spin-coated likolo ya film na 4000 rpm na kati ya 30 s. Na nsuka, couche Au ya épaisseur ya 100 nm e évaporé na vide na vitesse ya 0,05 nm/s (0~1 nm), 0,1 nm/s (2~15 nm) mpe 0,5 nm/s (16~100 nm) . ).
Bosali ya SC ya ba cellules solaires ya perovskite emekamaki na kosalelaka Keithley 2400 mètre na se ya éclairage ya simulateur solaire (SS-X50) na makasi ya pole ya 100 mW/cm2 pe e vérifié na nzela ya ba cellules solaires ya silicium standard calibré. Soki elobami te, ba courbes ya SP emekamaki na boîte de gants oyo etondi na azote na température ambiante (~25°C) na modes ya scanner ya liboso mpe ya sima (étape ya tension 20 mV, temps ya retard 10 ms). Masque ya elili esalelamaki mpo na koyeba etando ya malamu ya 0,067 cm2 mpo na PSC oyo emesami. Ba mesures ya EQE esalemaki na mopepe ya esika na kosalelaka système PVE300-IVT210 (Industrial Vision Technology(s) Pte Ltd) na lumière monochromatique oyo etalisami na dispositif. Mpo na stabilité ya dispositif, ba tests ya ba cellules solaires non encapsulées esalemaki na boîte de gants ya azote na pression ya 100 mW/cm2 sans filtre UV. ToF-SIMS emekamaka na kosalelaka PHI nanoTOFII SIMS ya tango ya vol. Profil ya bozindo ezuami na kosalelaka munduki ya ion Ar ya 4 kV na etando ya 400×400 μm.
Ba mesures ya spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) esalemaki na système Thermo-VG Scientific (ESCALAB 250) na nzela ya Al Kα monochromatisé (pour mode XPS) na pression ya 5,0 × 10–7 Pa. Microscopie électronique à scanner (SEM) esalemaki na système JEOL-JSM-6330F. Morphologie ya surface mpe rugosité ya ba films ya perovskite emekamaki na nzela ya microscopie ya force atomique (AFM) (Bruker Dimension FastScan). STEM mpe HAADF-STEM esalemaka na FEI Titan Themis STEM. Ba spectres ya absorption UV–Vis emekamaki na nzela ya UV-3600Plus (Shimadzu Corporation). Courant limitant ya charge espace (SCLC) ekomamaki na mètre Keithley 2400. Photoluminescence ya état stationnaire (PL) mpe photoluminescence résolvée na temps (TRPL) ya détérioration ya vie ya porteur e mezamaki na nzela ya spectromètre photoluminescence FLS 1000. Ba images ya cartographie PL e mezamaki na nzela ya système Horiba LabRam Raman HR Evolution. Spectroscopie infrarouge transformation de Fourier (FTIR) esalemaki na nzela ya système Thermo-Fisher Nicolet NXR 9650.
Na mosala oyo, tosalelaka méthode ya échantillonnage ya nzela ya SSW pona koyekola nzela ya transition ya phase depuis α-phase ti na δ-phase. Na méthode SSW, mouvement ya surface ya énergie potentielle ezuami na direction ya mode doux aléatoire (dérivé ya mibale), oyo epesaka nzela na étude détaillée pe objective ya surface ya énergie potentielle. Na mosala oyo, échantillonnage ya nzela esalemi na supercelle ya 72 atome, mpe koleka 100 paires d’état initial/final (IS/FS) esangisi na niveau ya DFT. Na kotalaka ensemble ya ba données IS/FS mibale mibale, nzela oyo ekangisaka structure ya ebandeli na structure ya suka ekoki koyebana na correspondance entre ba atome, pe sima mouvement ya deux voies na surface ya unité variable esalemi pona koyeba malamu méthode ya état ya transition. (VK-DESV) oyo ezali na likambo yango. Sima ya koluka état ya transition, nzela oyo ezali na barrière ya se ekoki koyebana na classement ya ba barrières énergétiques.
Ba calculs nionso ya DFT esalemaki na nzela ya VASP (version 5.3.5), esika ba interactions électron–ion ya ba atome C, N, H, Pb, na I elakisami na schéma ya mbonge amplifié projetée (PAW). Fonction ya corrélation ya échange e décrit na approximation ya gradient généralisé na parametrisation ya Perdue-Burke-Ernzerhoff. Limite ya énergie mpo na ba mbonge ya plan etiamaki na 400 eV. Grille ya point k ya Monkhorst–Pack ezali na bonene ya (2 × 2 × 1). Pona ba structures nionso, ba positions ya réticules na atomiques ezalaki entièrement optimisées tiii tango composante ya tension maximale ezalaki na se ya 0,1 GPa pe composante ya force maximale ezalaki na se ya 0,02 eV/Å. Na modèle ya surface, surface ya FAPbI3 ezali na 4 couches, couche ya se ezali na ba atome fixes oyo ezali ko simuler nzoto ya FAPbI3, mpe ba couches misato ya likolo ekoki ko tambola librement na tango ya processus ya optimisation. Couche ya PbC2O4 ezali na épaisseur ya 1 ML mpe ezali na surface I-terminale ya FAPbI3, esika Pb ekangami na 1 I mpe 4 O.
Mpo na koyeba makambo mingi na ntina ya mwango ya boyekoli, tala Abstrait ya Rapport ya Portefeuille Naturel oyo esangisi na lisolo oyo.
Ba données nionso oyo ezuami to oyo e analysé na tango ya études oyo ekotisami na article oyo ebimisami, pe na ba informations ya soutien pe ba fichiers ya ba données brutes. Ba données brutes oyo elakisami na boyekoli oyo ezali na https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440. Ba données sources epesami pona article oyo.
Green, M. mpe bato mosusu. Ba tableaux ya efficacité ya ba cellules solaire (57e ed.). programɛ ya kosala. photoélectrique oyo esalaka. lisungi ya mosolo. ndenge ya kosalela. 29, 3–15 (2021) Ezali na ba sango.
Parker J. mpe bato mosusu. Kokamba bokoli ya ba couches ya perovskite na kosalelaka ba chlorures d’ammonium alkyle volatiles. Bozalisi 616, 724–730 (2023).
Zhao Y. mpe bato mosusu. Inactive (PbI2)2RbCl e stabiliser ba films ya perovskite pona ba cellules solaires ya efficacité makasi. Siansi 377, 531-534 (2022).
Tan, K. mpe bato mosusu. Ba cellules solaires ya perovskite inversées na nzela ya dopant diméthylacridinyl. Bozalisi, 620, 545-551 (2023).
Han, K. mpe bato mosusu. Iodure de plomb ya formamidine unique cristalline (FAPbI3): ba insights na ba propriétés structurelles, optiques mpe électriques. adverbe. Mat. 28, 2253–2258 (2016) Ezali na ba sango.
Massey, S. mpe bato mosusu. Stabilisation ya phase ya perovskite noir na FAPbI3 na CsPbI3. AKS Bopanzi sango ya Énergie. 5, 1974–1985 (2020) Ezali na ba sango.
Yo, JJ, mpe basusu. Ba cellules solaires ya perovskite efficaces na nzela ya gestion ya ba porteurs améliorées. Bozalisi 590, 587-593 (2021).
Saliba M. mpe bato mosusu. Kokɔtisa ba cations ya rubidium na kati ya ba cellules solaires ya perovskite ebongisaka performance photovoltaïque. Siansi 354, 206–209 (2016).
Saliba M. mpe bato mosusu. Ba cellules solaires ya césium perovskite triple-cation : stabilité améliorée, reproductibilité mpe efficacité ya likolo. environnement ya énergie. makambo ya siansi. 9, 1989–1997 (2016) Ezali na ba sango.
Cui X. mpe bato mosusu. Ba progrès ya sika na stabilisation ya phase FAPbI3 na ba cellules solaires ya perovskite ya performance ya likolo Sol. RRL 6, 2200497 (2022) Ezali na ntina mingi.
Delagetta S. mpe bato mosusu. Bokabwani ya phase rationalisée na photoinduite ya ba perovskites organique-inorganiques mélangés halogénure. Nat. kosolola. 8, 200 (2017) Mokolo mwa 2017.
Slotcavage, D. J. mpe bato mosusu. Bokabwani ya ba phases induites na lumière na ba absorbeurs ya perovskite ya halogénure. AKS Bopanzi sango ya Énergie. 1, 1199–1205 (2016) Ezali na ntina mingi.
Chen, L. mpe bato mosusu. Stabilité ya phase intrinsèque mpe bande intrinsèque ya cristal unique perovskite triiodure de plomb ya formamidine. Anjiva, oyo. Makambo ya chimique. internationalité ya mokili mobimba. Ed. 61. e202212700 (2022) Ezali na ntina mingi.
Duinsti, EA etc. Ko comprendre décomposition ya méthylènediammonium na rôle na yango na stabilisation ya phase ya triiodure ya plomb formamidine. J. Chem., oyo azali na mayele mingi. Bitch ya mwasi. 18, 10275–10284 (2023) Ezali na ntina mingi.
Lu, HZ mpe bato mosusu. Dépôt ya vapeur efficace et stable ya ba cellules solaires ya perovskite noir FAPbI3. Siansi 370, 74 (2020).
Doherty, TAS etc. Ba perovskites ya halogénure octaédrique inclinée stable e supprimaka formation localisée ya ba phases na ba caractéristiques limitées. Siansi 374, 1598-1605 (2021).
Ho, K. mpe bato mosusu. Mecanismes ya transformation pe dégradation ya ba grains ya formamidine na ba perovskites ya césium na iodure ya plomb sous influence ya humidité na lumière. AKS Bopanzi sango ya Énergie. 6, 934–940 (2021) Ezali na ba sango.
Zheng J. mpe bato mosusu. Développement ya ba anions pseudohalides pona ba cellules solaires ya perovskite α-FAPbI3. Bozalisi 592, 381–385 (2021).