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Pasivamentu di defekto a wòrdu usá ampliamente pa mehorá e rendimentu di celnan solar di perovskite di triyodido di plomo, pero e efekto di vários defekto riba stabilidat di fase α ta keda inklaro; Aki, usando teoria funshonal di densidat, nos ta identifiká pa promé biaha e trayekto di degradashon di formamidina plomo triyodido perovskite for di α-fase pa δ-fase i ta studia e efekto di vários defekto riba e barera di energia di transishon di fase. Resultadonan di simulashon ta pronostiká ku vakansianan di yodo tin mas chèns di kousa degradashon pasobra nan ta baha e barera di energia pa e transishon di fase α-δ signifikantemente i tin e energia di formashon mas abou na e superfisie di perovskite. E introdukshon di un kapa denso di oksalato di plomo insolubel den awa riba e superfisie di perovskite ta inhibi e deskomposishon di e fase α signifikantemente, preveniendo e migrashon i volatilisashon di yodo. Adishonalmente, e strategia aki ta redusí signifikantemente e rekombinashon no-radiativo interfasial i ta oumentá efisiensia di sèl solar na 25.39% (sertifiká 24.92%). E aparato sin empaketamentu por mantené su efisiensia original di 92% despues di a operá na un koriente máksimo pa 550 ora bou di irradiashon di masa di aire simulá di 1.5 G.
E efisiensia di kombershon di energia (PCE) di sèlnan solar di perovskite (PSCs) a alkansá un rèkòrt sertifiká di 26%1. Desde 2015, PSCnan moderno a preferá formamidine triiodide perovskite (FAPbI3) komo un kapa ku ta apsorbé lus debí na su stabilidat termal ekselente i bandgap preferensial serka di e límite di Shockley-Keisser di 2,3,4. Desafortunadamente, e pelíkulanan di FAPbI3 ta pasa termodinámikamente den un transishon di fase di un fase α pretu pa un fase δ no-perovskite geel na temperatura di kamber5,6. Pa prevení e formashon di e fase di delta, vários komposishon di perovskite kompleho a wòrdu desaroyá. E strategia mas komun pa superá e problema aki ta pa meskla FAPbI3 ku un kombinashon di ionnan di methyl amonium (MA+), cesium (Cs+) i bromide (Br-)7,8,9. Sinembargo, perovskitenan híbrido ta sufri di ampliashon di banda i separashon di fase fotoindusí, ku ta komprometé e rendimentu i stabilidat operashonal di e PSCnan resultante10,11,12.
Estudionan resien a mustra ku FAPbI3 di un solo kristal puru sin ningun dopahe tin stabilidat ekselente debí na su kristalinidat ekselente i defektonan abou13,14. P’esei, redukshon di defektonan dor di oumentá e kristalinidat di FAPbI3 na granel ta un strategia importante pa logra PSCs2,15 efisiente i stabil. Sinembargo, durante operashon di e FAPbI3 PSC, degradashon na e fase δ no-perovskite heksagonal geel indeseabel por sosodé ainda16. E proseso por lo general ta kuminsá na superfisie i fronteranan di grano ku ta mas suseptibel na awa, kalor i lus debí na e presensia di numeroso áreanan defekto17. P’esei, pasivashon di superfisie/grano ta nesesario pa stabilisá e fase pretu di FAPbI318. Hopi strategia di pasivashon di defekto, inkluyendo e introdukshon di perovskites di dimenshon abou, molèkülnan di Lewis di ácido-base, i salu di halide di amonium, a hasi progreso grandi den formamidine PSCs19,20,21,22. Te ku awor, kasi tur estudio a enfoká riba e ròl di vários defekto den determiná propiedatnan optoelektroniko manera rekombinashon di portadó, largura di difushon i struktura di banda den celnan solar22,23,24. Por ehèmpel, teoria funshonal di densidat (DFT) ta wòrdu usá pa pronostiká teórikamente e energianan di formashon i nivelnan di energia di trapa di vários defekto, ku ta wòrdu usá ampliamente pa guia diseño di pasivashon práktiko20,25,26. Segun ku e kantidat di defekto ta baha, e stabilidat di e aparato por lo general ta mehorá. Sinembargo, den PSCnan di formamidina, e mekanismonan di e influensia di vários defekto riba stabilidat di fase i propiedatnan fotoeléktriko mester ta kompletamente diferente. Te kaminda nos sa, e komprondementu fundamental di kon defektonan ta indusí e transishon di fase kúbiko pa heksagonal (α-δ) i e ròl di pasivamentu di superfisie riba e stabilidat di fase di perovskite α-FAPbI3 ainda ta mal komprondé.
Aki, nos ta revelá e trayekto di degradashon di FAPbI3 perovskite for di α-fase pretu pa δ-fase hel i e influensia di vários defekto riba e barera di energia di transishon di α-pa-δ-fase via DFT. I vakaturanan, ku ta wòrdu generá fásilmente durante fabrikashon di pelíkula i operashon di aparato, ta pronostiká pa ta mas probablemente pa inisiá e transishon di fase α-δ. P’esei, nos a introdusí un kapa denso di oxalato di plomo (PbC2O4) insolubel den awa i kímikamente stabil riba FAPbI3 a traves di un reakshon in situ. Superfisie di oxalato di plomo (LOS) ta inhibi e formashon di vakansianan di I i ta prevení e migrashon di ionnan di I ora e ta wòrdu stimulá pa kalor, lus i veldnan eléktriko. E LOS resultante ta redusí signifikantemente e rekombinashon no-radiativo interfasial i ta mehorá e efisiensia di FAPbI3 PSC na 25.39% (sertifiká na 24.92%). E aparato LOS sin paketá a retené 92% di su efisiensia original despues di a operá na e punto di koriente máksimo (MPP) pa mas ku 550 ora na un masa di aire simulá (AM) di 1.5 G di radiashon.
Promé nos a hasi kalkulashonnan ab initio pa haña e trayekto di deskomposishon di e perovskite FAPbI3 pa transishon di e fase α pa e fase δ. Pa medio di un proseso di transformashon di fase detayá, ta haña ku e transformashon di un oktaedro di parti di skina [PbI6] di tres dimenshon den e fase α kúbiko di FAPbI3 pa un oktaedro di un dimenshon di kompartí rand [PbI6] den e fase δ heksagonal di FAPbI3 ta wòrdu alkansá. kibrando 9. Pb-I ta forma un vínkulo den e promé paso (Int-1), i su barera di energia ta alkansá 0.62 eV/sel, manera ta mustra den Figura 1a. Ora e oktaedro ta wòrdu move den e direkshon [0\(\bar{1}\)1], e kadena kòrtiku heksagonal ta ekspandé di 1×1 pa 1×3, 1×4 i finalmente ta drenta e fase δ. E relashon di orientashon di henter e trayekto ta (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ. For di e diagram di distribushon di energia, por haña ku despues di e nukleashon di e fase δ di FAPbI3 den e siguiente fasenan, e barera di energia ta mas abou ku esun di e transishon di fase α, loke ta nifiká ku e transishon di fase lo wòrdu aselerá. Klaramente, e promé paso di kontrolá e transishon di fase ta krusial si nos ke suprimí degradashon di fase α.
un proseso di transformashon di fase di robes pa drechi – fase pretu FAPbI3 (α-fase), promé scheur di enlase Pb-I (Int-1) i mas aleu scheur di enlase Pb-I (Int-2, Int -3 i Int -4) i fase geel FAPbI3 (fase delta). b Bareranan di energia pa e transishon di fase α pa δ di FAPbI3 basá riba vários defekto di punto intrínseko. E liña punteá ta mustra e barera di energia di un kristal ideal (0.62 eV). c Energia di formashon di defektonan di punto primario riba e superfisie di perovskite di plomo. E as di absis ta e barera di energia di e transishon di fase α-δ, i e as di ordinata ta e energia di formashon di defekto. E partinan ku ta sombra den gris, hel i bèrdè ta tipo I (EB abou-FE haltu), tipo II (FE haltu) i tipo III (EB abou-FE abou), respektivamente. d Energia di formashon di defektonan VI i LOS di FAPbI3 den e kòntròl. e I barera pa migrashon di ion den kòntròl i LOS di FAPbI3. f – representashon skemátiko di e migrashon di ionnan I (sferanan oraño) i gLOS FAPbI3 (gris, plomo; violeta (oraño), yodo (yodo mobil)) den e kòntròl gf (robes: bista ariba; drechi: sekshon transversal, maron); karbon; blou kla – nitrógeno; kòrá – oksígeno; ros kla – hidrógeno). Dato di fuente ta wòrdu suministrá den forma di archivonan di dato di fuente.
Despues nos a studia sistematikamente e influensia di vários defekto di punto intrínseko (inkluso PbFA, IFA, PbI, i okupashon di antisitio IPb; atòmnan interstisial di Pbi i Ii; i vakansianan di VI, VFA i VPb), ku ta wòrdu konsiderá komo faktornan klave. ku ta kousa degradashon di fase na nivel atómiko i di energia ta wòrdu mustra den Figura 1b i Tabel Suplementario 1. Interesantemente, no ta tur defekto ta redusí e barera di energia di e transishon di fase α-δ (Figura 1b). Nos ta kere ku defektonan ku tin tantu energianan di formashon abou komo bareranan di energia di transishon di fase α-δ mas abou ta wòrdu konsiderá perhudisial pa stabilidat di fase. Manera a wòrdu informá anteriormente, superfisienan riku na plomo ta wòrdu konsiderá generalmente efektivo pa formamidina PSC27. P’esei, nos ta enfoká riba e superfisie terminá ku PbI2 (100) bou di kondishonnan riku na plomo. E energia di formashon di defekto di defektonan di punto intrínseko di superfisie ta wòrdu mustra den Figura 1c i Tabel Suplementario 1. A base di e barera di energia (EB) i energia di formashon di transishon di fase (FE), e defektonan aki ta wòrdu klasifiká den tres tipo. Tipo I (EB abou-FE haltu): Aunke IPb, VFA i VPb ta redusí e barera di energia pa transishon di fase signifikantemente, nan tin energianan di formashon haltu. P’esei, nos ta kere ku e tipo di defektonan aki tin un impakto limitá riba transishonnan di fase ya ku nan ta wòrdu formá masha poko. Tipo II (EB haltu): Debí na e barera di energia di transishon di fase α-δ mehorá, e defektonan anti-sitio PbI, IFA i PbFA no ta daña e stabilidat di fase di perovskite α-FAPbI3. Tipo III (EB abou-FE abou): defektonan VI, Ii i Pbi ku energianan di formashon relativamente abou por kousa degradashon di fase pretu. Spesialmente mirando e FE i EB VI mas abou, nos ta kere ku e strategia mas efektivo ta pa redusí I vakaturanan.
Pa redusí VI, nos a desaroyá un kapa denso di PbC2O4 pa mehorá e superfisie di FAPbI3. Kompará ku pasivadónan di salu di halide orgániko manera yoduro di feniletilammonio (PEAI) i yoduro di n-oktilammonio (OAI), PbC2O4, ku no ta kontené ionnan di halogeno mobil, ta kímikamente stabil, insolubel den awa, i ta desaktivá fásilmente ora di stimulashon. Bon stabilisashon di humedat di superfisie i kampo eléktriko di perovskite. E solubilidat di PbC2O4 den awa ta solamente 0.00065 g/L, ku ta asta mas abou ku esun di PbSO428. Mas importante ainda, kapanan denso i uniforme di LOS por wòrdu prepará suavemente riba pelíkulanan di perovskite usando reakshonnan in situ (wak mas abou). Nos a realisá simulashonnan di DFT di e union interfasial entre FAPbI3 i PbC2O4 manera ta mustra den Figura Suplementario 1. Tabel Suplementario 2 ta presentá e energia di formashon di defekto despues di inyekshon di LOS. Nos a haña ku LOS no solamente ta oumentá e energia di formashon di defektonan VI ku 0.69–1.53 eV (Figura 1d), pero tambe ta oumentá e energia di aktivashon di I na e superfisie di migrashon i e superfisie di salida (Figura 1e). Den e promé etapa, ionnan I ta migra a lo largu di e superfisie di perovskite, lagando ionnan VI den un posishon di retikulo ku un barera di energia di 0.61 eV. Despues di e introdukshon di LOS, debí na e efekto di opstákulo stériko, e energia di aktivashon pa e migrashon di ionnan I ta oumentá na. 1.28 eV. Durante e migrashon di ionnan I saliendo for di e superfisie di perovskite, e barera di energia den e VOC tambe ta mas haltu ku den e muestra di kòntròl (Fig. 1e). Diagramnan skemátiko di trayektonan di migrashon di ion I den kòntròl i LOS FAPbI3 ta wòrdu mustra den Figura 1 f i g, respektivamente. E resultadonan di simulashon ta mustra ku LOS por inhibi e formashon di defektonan di VI i e volatilisashon di I, preveniendo asina e nukleashon di e transishon di fase α pa δ.
E reakshon entre asido oxáliko i perovskite FAPbI3 a wòrdu tèst. Despues di meskla e solushonnan di asido oxáliko i FAPbI3, un kantidat grandi di presipitashon blanku a wòrdu formá, manera ta mustra den Figura Suplementario 2. E produkto di polvo a wòrdu identifiká komo material puru di PbC2O4 usando difrakshon di rayo X (XRD) (Figura Suplementario 3) i spektroskopia di transformá di Fourier (FT) (Figura Suplementario 4). Nos a haña ku asido oxáliko ta altamente solubel den alkohòl isopropil (IPA) na temperatura di kamber ku un solubilidat di aproksimadamente 18 mg/mL, manera ta mustra den Figura Suplementario 5. Esaki ta hasi e prosesamentu siguiente mas fásil ya ku IPA, komo un solvente di pasivashon komun, no ta daña e kapa di perovskite despues di tempu kòrtiku. P’esei, dor di sumergi e pelíkula di perovskite den solushon di asido oxáliko òf spin-coating e solushon di asido oxáliko riba e perovskite, por optené PbC2O4 fini i denso lihé riba e superfisie di e pelíkula di perovskite segun e siguiente ekuashon kímiko: H2C2O4 + FAPI3 = PbI3 + FAI FAI por wòrdu disolvé den IPA i asina kita durante kushinamentu. E diki di LOS por wòrdu kontrolá dor di tempu di reakshon i konsentrashon di prekursor.
Imágennan di mikroskopia di elektrón di skan (SEM) di pelíkulanan di perovskite di kòntròl i LOS ta wòrdu mustra den Figuranan 2a,b. E resultadonan ta mustra ku e morfologia di e superfisie di perovskite ta bon konserbá, i un kantidat grandi di partikulonan fini ta wòrdu depositá riba e superfisie di grano, ku mester representá un kapa di PbC2O4 formá dor di e reakshon in-situ. E pelíkula di perovskite LOS tin un superfisie un poko mas suave (Figura Suplementario 6) i un ángulo di kontakto ku awa mas grandi kompará ku e pelíkula di kòntròl (Figura Suplementario 7). Mikroskopia di elektrón di transmishon transversal di haltu resolushon (HR-TEM) a wòrdu usá pa distinguí e kapa di superfisie di e produkto. Kompará ku e pelíkula di kòntròl (Fig. 2c), un kapa fini uniforme i denso ku un diki di mas o ménos 10 nm ta visibel klaramente riba e perovskite di LOS (Fig. 2d). Usando mikroskopia di elektrón di skan di kampo skur anular di ángulo haltu (HAADF-STEM) pa analisá e interfase entre PbC2O4 i FAPbI3, e presensia di regionnan kristalino di FAPbI3 i regionnan amorfo di PbC2O4 por wòrdu opservá klaramente (Figura Suplementario 8). E komposishon di superfisie di e perovskite despues di tratamentu ku asido oksáliko a wòrdu karakterisá pa midimentunan di spektroskopia di fotoelektron di rayo X (XPS), manera ta mustra den Figuranan 2e–g. Den Figura 2e, e piknan di C 1s alrededor di 284.8 eV i 288.5 eV ta pertenesé na e señalnan spesífiko di CC i FA, respektivamente. Kompará ku e membrana di kòntròl, e membrana di LOS a eksponé un piku adishonal na 289.2 eV, atribuí na C2O42-. E spektrum di O 1s di LOS perovskite ta eksponé tres pik di O 1s kímikamente distinto na 531.7 eV, 532.5 eV, i 533.4 eV, korespondiente na COO deprotoná, C=O di gruponan di oksalato intakto 30 i atòmnan O di e komponente OH (Fig. 2). )). Pa e muestra di kòntròl, solamente un piku chikitu di O 1s a wòrdu opservá, ku por wòrdu atribuí na oksígeno kimisorbé riba e superfisie. E karakterístikanan di membrana di kòntròl di Pb 4f7/2 i Pb 4f5/2 ta situá na 138.4 eV i 143.3 eV, respektivamente. Nos a opservá ku e perovskite di LOS ta eksponé un kambio di e piku di Pb di mas o ménos 0.15 eV pa un energia di union mas haltu, indikando un interakshon mas fuerte entre e atòmnan C2O42- i Pb (Fig. 2g).
a imágennan SEM di kòntròl i b pelíkulanan di perovskite LOS, bista di ariba. c Mikroskopia di elektrón di transmishon di sekshon transversal di haltu resolushon (HR-TEM) di kòntròl i d pelíkulanan di perovskite di LOS. XPS di haltu resolushon di e C 1s, f O 1s i g Pb 4f pelíkulanan di perovskite. Dato di fuente ta wòrdu suministrá den forma di archivonan di dato di fuente.
Di akuerdo ku e resultadonan di DFT, teórikamente ta pronostiká ku defektonan di VI i migrashon di I ta kousa fásilmente e transishon di fase di α pa δ. Informenan anterior a mustra ku I2 ta wòrdu liberá rápidamente for di pelíkulanan di perovskite basá riba PC durante fotoinmershon despues di eksponé e pelíkulanan na lus i strès termal31,32,33. Pa konfirmá e efekto stabilisante di oxalat di plomo riba e fase α di perovskite, nos a sumergí e pelíkulanan di perovskite di kòntròl i LOS den bòternan di glas transparente ku ta kontené tolueno, respektivamente, i despues a irradiá nan ku 1 lus di solo pa 24 ora. Nos a midi e absorshon di lus ultravioleta i visibel (UV-Vis). ) solushon di tolueno, manera ta mustra den Figura 3a. Kompará ku e muestra di kòntròl, un intensidat di absorshon di I2 muchu mas abou a wòrdu opservá den kaso di LOS-perovskite, indikando ku LOS kompakto por inhibi e liberashon di I2 for di e pelíkula di perovskite durante inmershon den lus. Potrètnan di kòntròl di edat i pelíkulanan di perovskite di LOS ta wòrdu mustra den e insertonan di Figuranan 3b i c. E perovskite di LOS ta pretu ainda, miéntras ku mayoria di e pelíkula di kòntròl a bira hel. E spektronan di absorshon UV-visibel di e pelíkula inmerso ta wòrdu mustra den Fig. 3b, c. Nos a opservá ku e absorshon korespondiente na α den e pelíkula di kòntròl tabata klaramente menguá. Midimentunan di rayo X a wòrdu realisá pa dokumentá e evolushon di e struktura di kristal. Despues di 24 ora di iluminashon, e perovskite di kòntròl a mustra un señal di fase δ geel fuerte (11.8°), miéntras ku e perovskite LOS ainda a mantené un bon fase pretu (Figura 3d).
Spektronan di absorshon visibel pa UV di solushonnan di tolueno den kua e pelíkula di kòntròl i e pelíkula di LOS a wòrdu sumerhí bou di 1 lus di solo pa 24 ora. E inset ta mustra un vial den kua kada pelíkula tabata sumergí den un volúmen igual di tolueno. b Spektronan di absorshon UV-Vis di pelíkula di kòntròl i c pelíkula LOS promé i despues di 24 ora di inmershon bou di 1 lus di solo. E inset ta mustra un potrèt di e pelíkula di prueba. d Patronchi di difrakshon di rayo X di pelíkulanan di kòntròl i LOS promé i despues di 24 ora di eksposishon. Imágennan SEM di pelíkula di kòntròl e i pelíkula f LOS despues di 24 ora di eksposishon. Dato di fuente ta wòrdu suministrá den forma di archivonan di dato di fuente.
Nos a hasi midimentunan di mikroskopia di elektrón di skan (SEM) pa opservá e kambionan mikrostruktural di e pelíkula di perovskite despues di 24 ora di iluminashon, manera ta mustra den Figuranan 3e,f. Den e pelíkula di kòntròl, granonan grandi a wòrdu destruí i kombertí den aguja chikitu, ku tabata korespondé na e morfologia di e produkto di fase δ FAPbI3 (Fig. 3e). Pa pelíkulanan di LOS, e granonan di perovskite ta keda den bon kondishon (Figura 3f). E resultadonan a konfirmá ku e pèrdida di I ta indusí signifikantemente e transishon di e fase pretu pa e fase hel, miéntras ku PbC2O4 ta stabilisá e fase pretu, preveniendo e pèrdida di I. Komo ku e densidat di vakansia na e superfisie ta muchu mas haltu ku den e kantidat di grano,34 e fase aki tin mas chèns di sosodé na e superfisie di e grano. simultáneamente liberando yodo i formando VI. Manera pronostiká pa DFT, LOS por inhibi e formashon di defektonan di VI i prevení e migrashon di ionnan I pa e superfisie di perovskite.
Adishonalmente, e efekto di e kapa di PbC2O4 riba e resistensia na humedat di pelíkulanan di perovskite den aire atmosfériko (humedad relativo 30-60%) a wòrdu studia. Manera ta mustra den Figura Suplementario 9, e perovskite di LOS tabata pretu ainda despues di 12 dia, miéntras ku e pelíkula di kòntròl a bira hel. Den midimentunan di XRD, e pelíkula di kòntròl ta mustra un piku fuerte na 11.8° korespondiente na e fase δ di FAPbI3, miéntras ku e perovskite di LOS ta retené e fase α pretu bon (Figura Suplementario 10).
Fotoluminisensia di estado konstante (PL) i fotoluminisensia resolvé den tempu (TRPL) a wòrdu usá pa studia e efekto di pasivashon di oksalato di plomo riba e superfisie di perovskite. Den Fig. Figura 4a ta mustra ku e pelíkula di LOS a oumentá intensidat di PL. Den e imágen di mapamentu di PL, e intensidat di e pelíkula di LOS riba henter e área di fi10 × 10 μm2 ta mas haltu ku esun di e pelíkula di kòntròl (Figura Suplementario 11), indikando ku PbC2O4 ta pasivá e pelíkula di perovskite uniformemente. E durashon di bida di e portadó ta wòrdu determiná dor di aproksimá e dekadensia di TRPL ku un solo funshon eksponensial (Fig. 4b). E durashon di bida di e pelíkula LOS ta 5.2 μs, ku ta muchu mas largu ku e pelíkula di kòntròl ku un bida di portadó di 0.9 μs, indikando un rekombinashon no-radiativo di superfisie redusí.
PL di estado konstante i b-spektronan di PL temporal di pelíkulanan di perovskite riba substratonan di glas. c Kurva di SP di e aparato (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au). d Spektrum di EQE i spektrum di Jsc EQE integrá for di e aparato mas efisiente. d Dependensia di intensidat di lus di un aparato di perovskite riba e diagram di Voc. f Análisis típiko di MKRC usando un aparato di buraku limpi ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au. VTFL ta e voltahe máksimo di yenamentu di trampa. For di e datonan aki nos a kalkulá e densidat di trampa (Nt). Dato di fuente ta wòrdu suministrá den forma di archivonan di dato di fuente.
Pa studia e efekto di e kapa di oxalato di plomo riba e rendimentu di e aparato, a usa un struktura di kontakto tradishonal FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au. Nos ta usa klorido di formamidina (FACl) komo un aditivo na e prekursor di perovskite en bes di klorido di metilamina (MACl) pa logra mihó rendimentu di e aparato, ya ku FACl por proveé ​​mihó kalidat di kristal i evitá e gap di banda di FAPbI335 (wak Figuranan Suplementario 1 i 2 pa komparashon detayá). ). 12-14). IPA a wòrdu skohé komo e antisolvente pasobra e ta proveé ​​mihó kalidat di kristal i orientashon preferí den pelíkulanan di perovskite kompará ku diethyl ether (DE) òf chlorobenzene (CB)36 (Figuranan Suplementario 15 i 16). E diki di PbC2O4 a wòrdu optimalisá kuidadosamente pa balansá bon pasivashon di defekto i transporte di karga dor di ahusta e konsentrashon di asido oxáliko (Figura Suplementario 17). Imágennan di SEM di sekshon transversal di e aparatonan di kòntròl i LOS optimalisá ta wòrdu mustra den Figura Suplementario 18. Kurvanan di densidat di koriente (CD) típiko pa aparatonan di kòntròl i LOS ta wòrdu mustra den Figura 4c, i e parameternan ekstraí ta wòrdu duná den Tabel Suplementario 3. Kontrolnan di efisiensia di kombershon di energia máksimo (PCE) (34%, 24%, 24% di sèl). 25.75 mA cm-2 (25.74 mA cm-2), Voc 1.16 V (1.16 V) i skan atras (dilanti). E faktor di yena (FF) ta 78.40% (76.69%). PCE LOS máksimo PSC ta 25.39% (24.79%), Jsc ta 25.77 mA cm-2, Voc ta 1.18 V, FF ta 83.50% (81.52%) for di reverse (forward Scan to). E aparato LOS a logra un rendimentu fotovoltaiko sertifiká di 24.92% den un laboratorio fotovoltaiko di terser parti di konfiansa (Figura Suplementario 19). E efisiensia kuántiko eksterno (EQE) a duna un Jsc integral di 24.90 mA cm-2 (kontrol) i 25.18 mA cm-2 (LOS PSC), respektivamente, ku tabata di bon akuerdo ku e Jsc midi den e spektrum AM 1.5 G standart (Fig. .4d). ) . E distribushon estadístiko di PCEnan midi pa PSCnan di kòntròl i LOS ta wòrdu mustra den Figura Suplementario 20.
Manera ta mustra den Figura 4e, e relashon entre Voc i intensidat di lus a wòrdu kalkulá pa studia e efekto di PbC2O4 riba rekombinashon di superfisie asistí pa trampa. E slope di e liña ahusta pa e aparato LOS ta 1.16 kBT/sq, ku ta mas abou ku e slope di e liña ahusta pa e aparato di kòntròl (1.31 kBT/sq), konfirmando ku LOS ta útil pa inhibi rekombinashon di superfisie dor di señuelonan. Nos ta usa teknologia di limitashon di koriente di karga di espasio (SCLC) pa midi kuantitativamente e densidat di defekto di un pelíkula di perovskite dor di midi e karakterístika di IV skur di un aparato di buraku (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) manera ta mustra den e figura. 4f Mustra. E densidat di trampa ta wòrdu kalkulá dor di e fórmula Nt = 2ε0εVTFL/eL2, kaminda ε ta e konstante dieléktriko relativo di e pelíkula di perovskite, ε0 ta e konstante dieléktriko di vakuo, VTFL ta e voltahe limitante pa yena e trampa, e ta e karga, L ta e diki di e pelíkula di perovskite (650 nrom). E densidat di defekto di e aparato VOC ta wòrdu kalkulá pa ta 1.450 × 1015 cm–3, ku ta mas abou ku e densidat di defekto di e aparato di kòntròl, ku ta 1.795 × 1015 cm–3.
E aparato sin paketá a wòrdu tèst na e punto di koriente máksimo (MPP) bou di lus di dia kompletu bou di nitrógeno pa analisá su stabilidat di rendimentu a largu plaso (Figura 5a). Despues di 550 ora, e aparato LOS ainda a mantené 92% di su efisiensia máksimo, miéntras ku e rendimentu di e aparato di kòntròl a baha te na 60% di su rendimentu original. E distribushon di elementonan den e aparato bieu a wòrdu midi pa medio di spektrometria di masa di ion sekundario di tempu di buelo (ToF-SIMS) (Fig. 5b, c). Un akumulamentu grandi di yodo por wòrdu mira den e área di kòntròl di oro ariba. E kondishonnan di protekshon di gas inerte ta ekskluí faktornan degradante di medio ambiente manera humedat i oksígeno, loke ta sugerí ku mekanismonan interno (es desir, migrashon di ion) ta responsabel. Di akuerdo ku resultadonan di ToF-SIMS, ionnan I- i AuI2- a wòrdu detektá den e elektroda di Au, indikando e difushon di I for di e perovskite den Au. E intensidat di señal di ionnan I- i AuI2- den e aparato di kòntròl ta aproksimadamente 10 biaha mas haltu ku esun di e muestra di VOC. Informenan anterior a mustra ku permeashon di ion por kondusí na un bahada rápido den e konduktividat di buraku di spiro-OMeTAD i koroshon kímiko di e kapa di elektroda superior, deteriorando asina e kontakto interfasial den e aparato37,38. E elektroda di Au a wòrdu kita i e kapa di spiro-OMeTAD a wòrdu limpia for di e substrato ku un solushon di klorobenzeno. Despues nos a karakterisá e pelíkula usando difrakshon di rayo X di insidensia di pastura (GIXRD) (Figura 5d). E resultadonan ta mustra ku e pelíkula di kòntròl tin un pik di difrakshon opvio na 11.8°, miéntras ku no ta aparesé un pik di difrakshon nobo den e muestra di LOS. E resultadonan ta mustra ku pèrdidanan grandi di ionnan I den e pelíkula di kòntròl ta kondusí na e generashon di e fase δ, miéntras ku den e pelíkula LOS e proseso aki ta wòrdu inhibi klaramente.
575 ora di rastreo MPP kontinuo di un aparato sin seyo den un atmósfera di nitrógeno i 1 lus di solo sin un filter UV. Distribushon di ToF-SIMS di ionnan b I- i c AuI2- den e aparato di kòntròl di LOS MPP i e aparato di envehesimentu. E tononan di hel, bèrdè i oraño ta korespondé na Au, Spiro-OMeTAD i perovskite. d GIXRD di pelíkula di perovskite despues di tèst di MPP. Dato di fuente ta wòrdu suministrá den forma di archivonan di dato di fuente.
A midi konduktividat dependiente di temperatura pa konfirmá ku PbC2O4 por a inhibi migrashon di ion (Figura Suplementario 21). E energia di aktivashon (Ea) di migrashon di ion ta wòrdu determiná dor di midi e kambio den konduktividat (σ) di e pelíkula FAPbI3 na diferente temperatura (T) i usando e relashon Nernst-Einstein: σT = σ0exp(−Ea/kBT), kaminda σ0 ta un konstante, kB ta e konstante di Boltzman. Nos ta optené e balor di Ea for di e slope di ln(σT) kontra 1/T, ku ta 0.283 eV pa e kòntròl i 0.419 eV pa e aparato LOS.
Den resumen, nos ta proveé ​​un kuadro teóriko pa identifiká e trayekto di degradashon di FAPbI3 perovskite i e influensia di vários defekto riba e barera di energia di e transishon di fase α-δ. Entre e defektonan aki, defektonan di VI ta wòrdu pronostiká teórikamente pa kousa fásilmente un transishon di fase di α pa δ. Un kapa denso di PbC2O4 insolubel den awa i kímikamente stabil ta wòrdu introdusí pa stabilisá e α-fase di FAPbI3 dor di inhibi e formashon di vakansianan I i e migrashon di ionnan I. E strategia aki ta redusí e rekombinashon no-radiativo interfasial signifikantemente, ta oumentá e efisiensia di e sèl solar na 25.39%, i ta mehorá e stabilidat di operashon. Nos resultadonan ta duna guia pa logra PSCnan di formamidina efisiente i stabil dor di inhibi e transishon di fase α pa δ indusí pa defekto.
Titanium(IV) isopropoxide (TTIP, 99.999%) a wòrdu kumprá serka Sigma-Aldrich. Ásido klohídriko (HCl, 35.0–37.0%) i etanol (anhidro) a wòrdu kumprá for di Guangzhou Chemical Industry. SnO2 (15 wt% di dispershon koloidal di òksido di tin(IV)) a wòrdu kumprá serka Alfa Aesar. Yoduro di plomo(II) (PbI2, 99.99%) a wòrdu kumprá serka TCI Shanghai (China). 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′-spirorene, 9′-biofluore (Spiro-OMeTAD, ≥99.5%), lithium bis(trifluoromethane)sulfonylimide (Li-TFSI, 99.95%), 4-tert -butylpyridine (tBP, 96%) a wòrdu kumprá for di Xi'an Polymer Light Technology Company (China). N,N-dimethylformamide (DMF, 99.8%), dimethyl sulfoxide (DMSO, 99.9%), isopropyl alcohol (IPA, 99.8%), chlorobenzene (CB, 99.8%), acetonitrile (ACN). Kumpra serka Sigma-Aldrich. Ásido oxáliko (H2C2O4, 99.9%) a wòrdu kumprá serka Macklin. Tur kímikonan a wòrdu usá manera risibí sin ningun otro modifikashon.
Substratonan ITO òf FTO (1.5 × 1.5 cm2) a wòrdu limpia ultrasónikamente ku detergente, asetona i etanol pa 10 min, respektivamente, i despues a wòrdu seku bou di un koriente di nitrógeno. Un kapa di barera denso di TiO2 a wòrdu depositá riba un substrato FTO usando un solushon di titanium diisopropoxybis(acetylacetonate) den etanol (1/25, v/v) depositá na 500 °C pa 60 min. E dispershon koloidal di SnO2 a wòrdu diluí ku awa deionisá den un relashon di volúmen di 1:5. Riba un substrato limpi tratá ku ozono UV pa 20 minüt, un pelíkula fini di nanopartikulonan di SnO2 a wòrdu depositá na 4000 rpm pa 30 sekònde i despues pre-kalentá na 150 °C pa 30 minüt. Pa e solushon di prekursor di perovskite, 275.2 mg FAI, 737.6 mg PbI2 i FACl (20 mol%) a wòrdu disolvé den solvente mesklá DMF/DMSO (15/1). E kapa di perovskite a wòrdu prepará dor di sentrifugá 40 μL di solushon di prekursor di perovskite riba e kapa di SnO2 tratá ku UV-ozone na 5000 rpm den aire ambiente pa 25 s. 5 sekònde despues di e último biaha, 50 μL di solushon di MACl IPA (4 mg/mL) a wòrdu bahá lihé riba e substrato komo un antisolvente. Despues, e pelíkulanan resien prepará a wòrdu anil na 150°C pa 20 min i despues na 100°C pa 10 min. Despues di a fria e pelíkula di perovskite na temperatura di kamber, e solushon di H2C2O4 (1, 2, 4 mg disolvé den 1 mL IPA) a wòrdu sentrifugá na 4000 rpm pa 30 s pa pasivá e superfisie di perovskite. Un solushon di spiro-OMeTAD prepará dor di meskla 72.3 mg spiro-OMeTAD, 1 ml CB, 27 μl tBP i 17.5 μl Li-TFSI (520 mg den 1 ml di asetonitrilo) a wòrdu spin-coated riba e pelíkula na 4000 rpm denter di 300 s. Finalmente, un kapa di Au di 100 nm diki a wòrdu evaporá den vakuo na un velosidat di 0.05 nm/s (0~1 nm), 0.1 nm/s (2~15 nm) i 0.5 nm/s (16~100 nm) . ).
E rendimentu di SC di e sèlnan solar di perovskite a wòrdu midi usando un Keithley 2400 meter bou di iluminashon di simuladó solar (SS-X50) na un intensidat di lus di 100 mW/cm2 i verifiká usando sèlnan solar di silikon standart kalibrá. A ménos ku ta indiká otro, e kurvanan di SP a wòrdu midi den un kaha di handschoen yená ku nitrógeno na temperatura di kamber (~25°C) den modonan di skan dilanti i patras (paso di voltahe 20 mV, tempu di retraso 10 ms). Un maskarada di sombra a wòrdu usá pa determiná un área efektivo di 0.067 cm2 pa e PSC midi. Midimentunan di EQE a wòrdu realisá den aire ambiente usando un sistema PVE300-IVT210 (Industrial Vision Technology(s) Pte Ltd) ku lus monokromátiko enfoká riba e aparato. Pa stabilidat di e aparato, a hasi prueba di sèlnan solar no-enkapsulá den un kaha di handschoen di nitrógeno na preshon di 100 mW/cm2 sin un filter UV. ToF-SIMS ta wòrdu midi usando PHI nanoTOFII time-of-flight SIMS. Profilashon di profundidat a wòrdu optené usando un pistola di ion Ar di 4 kV ku un área di 400×400 μm.
Midimentunan di spektroskopia di fotoelektron di rayo X (XPS) a wòrdu realisá riba un sistema Sientífiko Thermo-VG (ESCALAB 250) usando Al Kα monokromatisá (pa e modo XPS) na un preshon di 5.0 × 10–7 Pa. Mikroskopia di elektrón di skan (SEM) a wòrdu realisá riba un sistema JESM-JOL3063. E morfologia di superfisie i e rudesa di e pelíkulanan di perovskite a wòrdu midi usando mikroskopia di forsa atómiko (AFM) (Bruker Dimension FastScan). STEM i HAADF-STEM ta wòrdu tené na FEI Titan Themis STEM. E spektronan di absorshon UV-Vis a wòrdu midi usando un UV-3600Plus (Shimadzu Corporation). Koriente di limitashon di karga di espasio (SCLC) a wòrdu registrá riba un meter di Keithley 2400. Fotoluminisensia di estado konstante (PL) i fotoluminisensia resolvé den tempu (TRPL) di dekadensia di bida di e portadó a wòrdu midi usando un spektrometer di fotoluminisensia FLS 1000. Imágennan di mapamentu di PL a wòrdu midi usando un sistema di Horiba LabRam Raman HR Evolution. Spektroskopia infrakòrá di transformashon di Fourier (FTIR) a wòrdu realisá usando un sistema Thermo-Fisher Nicolet NXR 9650.
Den e trabou aki, nos ta usa e método di muestra di trayekto di SSW pa studia e trayekto di transishon di fase di α-fase pa δ-fase. Den e método SSW, e moveshon di e superfisie di energia potensial ta wòrdu determiná dor di e direkshon di e modo suave aleatorio (di dos derivado), ku ta pèrmití un estudio detayá i ophetivo di e superfisie di energia potensial. Den e trabou aki, ta hasi muestranan di trayekto riba un supersel di 72 atòm, i mas ku 100 par di estado inisial/final (IS/FS) ta wòrdu rekohé na nivel di DFT. A base di e set di dato par di IS/FS, e trayekto ku ta konektá e struktura inisial i e struktura final por wòrdu determiná ku e korespondensia entre atòmnan, i despues e moveshon di dos kaminda kantu di e superfisie di unidat variabel ta wòrdu usá pa determiná suavemente e método di estado di transishon. (VK-DESV). Despues di buska e estado di transishon, e kaminda ku e barera mas abou por wòrdu determiná dor di ranka e bareranan di energia.
Tur kalkulashon di DFT a wòrdu realisá usando VASP (vershon 5.3.5), kaminda e interakshonnan elektron-ion di atòmnan C, N, H, Pb, i I ta wòrdu representá pa un skema di onda amplifiká proyektá (PAW). E funshon di korelashon di interkambio ta wòrdu deskribí dor di e aproksimashon di gradiente generalisá den e parametrisashon di Perdue-Burke-Ernzerhoff. E límite di energia pa olanan plano a wòrdu fihá na 400 eV. E k-point grid di Monkhorst–Pack tin un tamaño di (2 × 2 × 1). Pa tur struktura, posishonnan di retikulo i atómiko tabata kompletamente optimalisá te ora ku e komponente di strès máksimo tabata bou di 0.1 GPa i e komponente di forsa máksimo tabata bou di 0.02 eV/Å. Den e modelo di superfisie, e superfisie di FAPbI3 tin 4 kapa, e kapa di abou tin atòmnan fiho ku ta simulá e kurpa di FAPbI3, i e tres kapanan di ariba por move libremente durante e proseso di optimalisashon. E kapa di PbC2O4 ta 1 ML diki i ta situá riba e superfisie I-terminal di FAPbI3, kaminda Pb ta mará na 1 I i 4 O.
Pa mas informashon tokante e diseño di estudio, wak e Resumen di Rapòrt di Kartera Natural asosiá ku e artíkulo aki.
Tur dato optené òf analisá durante e estudio aki ta inkluí den e artíkulo publiká, i tambe den e informashon di sosten i archivonan di dato brutu. E datonan brutu presentá den e estudio aki ta disponibel na https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440. Datonan di fuente ta wòrdu suministrá pa e artíkulo aki.
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