Nature.com сайтыш пурымыланда таум ыштена. Тендан кучылтмо браузерын версийже CSS-лан полыш шагал. Эн сай лектышым налашлан браузерын у версийжым кучылташ темлена (але Internet Explorer-ыште келыштарыме режимым йӧрташ). Тиде жапыште, умбакыже полыш лийже манын, ме сайтым стиль деч посна але JavaScript ончыктена.
Дефект пассиваций кумдан кучылталтше лектышым саемдаш манын, свинец трийодид перовскит солнечный батарейышке, но тӱрлӧ дефект-влакын α-фазный пеҥгыдылыкыштлан эҥгекышт раш огыл кодеш; Тыште, тыгыде функциональный теорийым кучылтын, ме икымше гана формамидин свинец трийодид перовскитын α-фазы гыч δ-фазышке локтылалтме корныжым палемдена да фазный кусарыме энергий барьерлан тӱрлӧ ситыдымашын влиянийжым шымлена. Моделироватлыме лектыш ончыкта, йод вакансий-влак утларакше локтылалтмашым тарватат, вет нуно α-δ фазный куснаш энергий барьерым ятырлан волтат да перовскит ӱмбалне эн изи формирований энергийым налыт. Перовскит ӱмбаке вӱдыштӧ эрыктыдыме свинец оксалат тыгыде лончым пуртымаш α-фазын шаланымыжым ятырлан тормозитла, йодын миграцийжым да лывыргылыкшым чаракла. Тылеч посна, тиде стратегий межфазный нерадиационный рекомбинацийым ятырлан иземда да кече батарейын пайдалыкшым 25,39% марте кугемда (сертифицироватлыме 24,92%). Пакетдыме ӱзгар 1,5 Г воздушный массовый облучений дене 550 шагат жапыште эн кугу куат дене пашам ыштыме деч вара шке тӱҥалтыш 92% пайдалыкшым арален коден кертеш.
Перовскит кече батарейын (ПСК) куатым савырыме пайдалыкше (ЭКЭ) 26%1 сертифицироватлыме рекорд кӱкшытыш шуын. 2015 ий гыч кызытсе ПСК-влак волгыдо поглощающий лончо семын формамидин трийодид перовскитым (FAPbI3) ойырен налыт, молан манаш гын, тудо чапле шокшо пеҥгыдылыкше да 2,3,4 Шокли-Кейссер чек деке лишыл преференциальный полосан ойыртемже. Чаманен каласаш логалеш, FAPbI3 плёнко-влак термодинамически пӧлем температур годым шем α фазы гыч кӱшыл перовскит огыл δ фазышке фазный куснымым эртат5,6. Дельта фазын лиймыжым чараш манын, тӱрлӧ сложный перовскит составым ыштыме. Тиде проблемым сеҥаш эн шарлыме стратегий — FAPbI3-ым метил аммиак (MA+), цезий (Cs+) да бромид (Br-) ион-влакын комбинацийышт дене ушымаш7,8,9. Туге гынат, гибрид перовскит-влак диапазон кумдаҥмаш да фотоиндуцированный фазный ойырлымаш деч орланат, тидыже лекше PSC-влакын паша лектышыштым да паша пеҥгыдылыкыштым локтылеш10,11,12.
Пытартыш жапыште эртарыме шымлымаш ончыктен: нимогай легироватлымаш деч посна ару монокристалл FAPbI3 чапле пеҥгыдылыкым куча, молан манаш гын, тудо чапле кристалличность да изи дефект-влак13,14. Сандене, оптовый FAPbI3-ын кристалличностьшым кугемдыме дене ситыдымашым иземдымаш — пайдале да пеҥгыде PSCs2,15-ым шукташ кӱлешан стратегий. Туге гынат, FAPbI3 PSC пашам ыштыме годым, йӧрдымӧ кӱшыл гексагональный неперовскитный δ фазышке локтылалтмаш эше лийын кертеш16. Процесс мӧҥгешла, ӱмбал да пырче чекыште тӱҥалеш, нуно вӱдлан, шокшолан да волгыдолан утларак эҥертат, молан манаш гын, шуко ситыдымашан вер уло17. Сандене FAPbI318-ын шем фазыжым пеҥгыдемдаш ӱмбал/пырче пассиваций кӱлеш. Шуко дефект пассиваций стратегий, нунын коклаште низкоразмерный перовскит, кислота-негыз Льюис молекул да аммиак галогенид шӧрым пуртымаш, формамидин PSCs19,20,21,22 кугу прогресс ыштен. Тачысе кечылан чыла гаяк шымлымаш оптоэлектронный свойствым рашемдымаште тӱрлӧ ситыдымашын рольжым ойыреныт, мутлан, кече батарейыште несущий рекомбинаций, диффузионный кужыт да диапазон структур22,23,24. Мутлан, тыгыде функциональный теорий (DFT) тӱрлӧ ситыдымашын формирований энергийжым да ловушко энергий кӱкшытшым теоретически прогнозироватлаш кучылталтеш, тудо практический пассиваций дизайным виктараш кумдан кучылталтеш20,25,26. Ситыдымаш-влакын чотышт шагалемме семын, ӱзгарын пеҥгыдылыкше мӧҥгешла саемеш. Туге гынат, формамидин ПСК-ште тӱрлӧ ситыдымашын фазный пеҥгыдылыклан да фотоэлектрический свойствылан влиянийжын механизмже-влак моткоч тӱрлӧ лийшаш улыт. Мемнан шинчымашна почеш, ситыдымаш-влакын кубик гыч шестиугольникыш (α-δ) фазный куснымым кузе тарватымышт да α-FAPbI3 перовскитын фазный пеҥгыдылыкше ӱмбалне ӱмбал пассивацийын рольжо нерген тӱҥ умылымаш эше начарын умылен.
Тыште ме FAPbI3 перовскитын шем α-фазы гыч кӱшыл δ-фазышке локтылалтме корныжым да ДФТ гоч α- гыч δ-фазышке куснымо энергий барьерлан тӱрлӧ ситыдымашын влиянийжым почын пуэна. I вакансий-влак, кудышт плёнкым ыштыме да ӱзгарым пашам ыштыме годым куштылгын лектыт, α-δ фазный куснымым тӱҥалаш эн чӱчкыдын лийыт манын ончылгоч палемдыме. Сандене ме in situ реакций гоч FAPbI3 ӱмбалне вӱдыштӧ эрыктыдыме да химий шотышто пеҥгыде тыгыде свинец оксалат (PbC2O4) лончым пуртенна. Свинец оксалат ӱмбал (ЛОС) I вакансий-влакын лиймыштым тормозитла да шокшо, волгыдо да электричестве пасу дене кумылаҥдыме годым I ион-влакын миграцийыштым чаракым ышта. Лӱмын ыштыме LOS межфазный нерадиационный рекомбинацийым ятырлан иземда да FAPbI3 PSC пайдалыкшым 25,39% марте (24,92% марте сертифицироватлыме) саемда. Пакетдыме LOS ӱзгар 1,5 Г радиаций дене моделироватлыме воздушный масса (АМ) дене 550 шагат утла эн кугу куатан точкышто (МПТ) пашам ыштымеке, шке тӱҥалтыш пайдалыкшым 92% арален коден.
Ме эн ончыч ab initio расчётым ыштенна, FAPbI3 перовскитын α фазы гыч δ фазыш куснымо корныжым муаш манын. Подробнее фазный трансформаций процесс гоч пален налме: FAPbI3-ын кубический α-фазыштыже кум мер угловой пайлыме [PbI6] октаэдр гыч FAPbI3-ын гексагональный δ-фазыштыже ик мер ӧрдыж пайлыме [PbI6] октаэдрыш савырнымаш шукталтеш. пудыртымаш 9. Pb-I икымше ошкылышто кылым ышта (Int-1), да тудын энергий барьерже 0,62 эВ/клетке марте шуэш, 1а рисыште ончыктымо семын. Октаэдр [0\(\bar{1}\)1] направлений дене кусарыме годым шестиугольник кӱчык шинчыр 1×1 гыч 1×3, 1×4 марте кумдаҥеш да адак δ фазыш пура. Пӱтынь корнын ориентаций коэффициентше (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ. Энергийым шеледымаш диаграмме гыч пален налаш лиеш: умбакыже этаплаште FAPbI3-ын δ фазыжын нуклеацийже деч вара энергий барьер α фазный куснымо деч изирак, тидыже фазный куснымо паша писынрак лиеш манмым ончыкта. Раш, α-фазный локтылалтмашым локтылташ шонена гын, фазный куснымым виктарен колтымо икымше ошкыл пеш кӱлешан.
a Фаза трансформаций процесс шола гыч пурлашке – шем FAPbI3 фазе (α-фазе), икымше Pb-I кылым шеледымаш (Int-1) да умбакыже Pb-I кылым шеледымаш (Int-2, Int -3 да Int -4) да кӱшыл фазе FAPbI3 (дельта фазе). b тӱрлӧ кӧргӧ точко ситыдымаш негызеш FAPbI3-ын α гыч δ марте куснаш энергий барьерже-влак. Точечный линий идеальная кристаллын энергий барьержым ончыкта (0,62 эВ). c Свинцовый перовскит ӱмбалне тӱҥ точко дефект-влакын лийме энергийышт. Абсциссный осевый — α-δ фазный куснымо энергий барьер, а ординатный осевый — дефект лийме энергий. Сер, йошкар да ужар тӱсан ужаш-влак I тип (изи EB-кугу FE), II тип (кугу FE) да III тип (изи EB-изи FE) улыт. d Контрольышто FAPbI3-ын VI да LOS дефектшым ыштыме энергий. д I барьер ион миграций контрольышто да LOS FAPbI3. f – gf контрольышто I ион-влакын (нарынче сферыште) да gLOS FAPbI3 (шем, свинец; фиолетовый (нарынче), йод (мобильная йод)) миграцийыштым схемым ончыктымаш (шолаште: ӱлнӧ ончымаш; пурлаште: ӱлыл ужаш, кӱрен); углерод; йошкар-канде – азот; ужар – кислород; йошкарге-канде – водород). Тӱҥалтыш данный-влак тӱҥалтыш данный-влакын файлышт формышто пуалтыт.
Вара ме тӱрлӧ внутренний точко дефект-влакын (тидын шотыштак PbFA, IFA, PbI, да IPb антисайт занятость; Pbi да Ii интерстициальный атом-влак; да VI, VFA, да VPb вакансий-влакын) влиянийыштым системно шымленна, нуно тӱҥ факторлан шотлалтыт. атом да энергий кӱкшытыштӧ фазный локтылалтмашым тарватыше рис 1b да ешартыш таблице 1. Оҥай, чыла ситыдымаш α-δ фазный куснен энергий барьер иземдаш огыл (рис 1b). Ме ӱшанена, молан манаш гын, ситыдымаш-влак, кудышт коклаште изи формирований энергий да изирак α-δ фазный кусарыме энергий барьер-влак улыт, фазный пеҥгыдылыклан эҥгекым ыштат. Ондак увертарыме семын, свинецлан поян ӱмбалым формамидин PSC27-лан пайдалелан шотлат. Сандене ме PbI2-терминированный (100) ӱмбалым свинецлан поян условийыште ойырена. Ӱмбал внутренний точко дефект-влакын дефект лийме энергийышт 1в рисыште да ешартыш таблице 1-ыште ончыкталтеш. Энергетике барьер (ЭБ) да фазный кусарыме энергий (ФЭ) негызеш нине дефект-влакым кум тӱрлӧлан шеледат. I тип (изи EB-кугу FE): IPb, VFA да VPb фазный куснаш энергий барьерым ятырлан иземдат гынат, нунын кугу формирований энергийышт уло. Сандене ме ӱшанена, тыгай типлан ситыдымаш-влак фазный кусарыме шотышто шотдымо влиянийым ыштат, вет нуно шагал годым лийыт. II тип (кугу EB): α-δ фазный кусарыме энергий барьерым саемдымылан кӧра, анти-сайт дефект-влак PbI, IFA да PbFA α-FAPbI3 перовскитын фазный пеҥгыдылыкшым огыт локтыл. III тип (изи EB-изи FE): VI, Ii да Pbi дефект-влак, нунын формирований энергийышт шагал, шем фазный локтылалтмашым тарватен кертыт. Поснак эн изи FE ден EB VI пуымо, ме ӱшанена, эн пайдале стратегий — I вакансий-влакым иземдаш.
VI иземдаш манын, ме FAPbI3 ӱмбалым саемдаш манын, PbC2O4 тыгыде лончым ыштенна. Органический галогенид шӧр пассиватор дене таҥастарымаште, кузе тыгай фенилэтиламмоний йодид (PEAI) да n-октиламмоний йодид (OAI), PbC2O4, кудыжо нимогай мобильная галоген ион-влак уке, химически пеҥгыде, вӱдыштӧ эрыктен огыл, да кумылаҥдыме годым куштылгын деактивировать. Ӱмбал вӱдыжгӧ да перовскит электричестве пасу сай стабилизироватлымаш. Вӱдыштӧ PbC2O4-ын растворимостьшо 0,00065 г/л гына, тидыже PbSO428 деч эше изирак. Эн кӱлешанже, тыгыде да икгай лончым ЛОС-ым перовскит плёнко ӱмбалне in situ реакций дене йӱштӧ ямдылаш лиеш (умбакыже ончо). Ме ешартыш рис 1-ште ончыктымо семын FAPbI3 ден PbC2O4 коклаште межфазный кылым DFT моделироватлымашым эртаренна. Ешартыш 2-шо таблицыште LOS инъекций деч вара дефект лийме энергий ончыкталтеш. Ме пален нална, мом LOS VI дефект-влакын лийме энергийыштым 0,69–1,53 эВ гына огыл кугемда (рис. 1d), но тыгак миграций ӱмбалне да лекме ӱмбалне I-н активаций энергийжым кугемда (рис. 1д). Икымше этапыште I ион-влак перовскит ӱмбалне куснат, VI ион-влак 0,61 эВ энергий барьер дене решотка положенийыште кодыт. ЛОС пуртымо деч вара, стерический мешаяш эффектлан кӧра, I ион-влакын миграцийыштлан активация энергий кугемеш. 1,28 эВ. Перовскит ӱмбал гыч лекше I ион-влакын миграцийышт годым ЛОС-ыште энергий барьер контроль образец деч кугурак (рис. 1д). Контрольышто да LOS FAPbI3-ште I ионын миграций корныжо-влакын схемышт 1-ше рис f да g-ште ончыкталтыт. Моделироватлыме лектыш ончыкта, LOS VI дефект-влакын лиймыштым да I-н летучестьшым тормозитлен кертеш, тыге α гыч δ фазыш куснымо нуклеаций деч арален кертеш.
Щавель кислота ден FAPbI3 перовскит коклаште реакцийым тергеныт. Щавель кислота ден FAPbI3 раствор-влакым вашталтыме деч вара, ешартыш рис 2-ште ончыктымо семын, кугу ош осадок лектын. Порошок продуктым рентгеновский дифракций (РД) (Ешартыш рис 3) да Фурье трансформироватлыме инфракрасный спектроскопий (СФТ) (Ешартыш рис 4) дене ару PbC2O4 материал семын палемдыме. Ме пален нална, мом щавелевый кислота изопропиловый спиртыште (ИПА) пӧлем температур годым 18 мг/мл наре растворимость дене пеш сайын эрыкта, ешартыш рис 5-ште ончыктымо семын. Тиде умбакыже обрабатыватлымашым куштылемда, вет ИПА, тыглай пассиваций растворитель семын, кӱчык жап гыч перовскит лончым ок локтыл. Сандене, перовскит плёнкым щавелевый кислота растворыш шыҥдарен але щавелевый кислота растворым перовскит ӱмбаке спин-покрытие дене перовскит плёнкын ӱмбалныже тыгай химий уравнений почеш вичкыж да тыгыде PbC2O4-ым писын налаш лиеш: H2C2O4 + FAPI3 = PbI3 + FAI2 ФАИ-м ИПА-ште эрыкташ лиеш да тыге кочкышым ямдылыме годым кораҥдаш лиеш. LOS кӱжгытшым реакций жап да прекурсор концентраций дене виктараш лиеш.
Сканироватлыше электрон микроскопий (SEM) контроль да LOS перовскит плёнко-влакын сӱретышт 2а,б рислаште ончыкталтыт. Лектыш ончыкта: перовскит ӱмбал морфологий сайын аралалт кодын, да пырче ӱмбалне шуко изи лаштык-влак оптеныт, нуно in-situ реакций дене ыштыме PbC2O4 лончым ончыктышаш улыт. ЛОС перовскит плёнкын ӱмбалже изишак лывырге (Ешартыш рис. 6) да контрольный плёнко дене таҥастарымаште вӱд дене кылым кучымо лукшо кугурак (Ешартыш рис. 7). Продуктын ӱмбал лончыжым ойырен налашлан кӱкшӧ разрешениян поперечный передаче электрон микроскопий (HR-TEM) кучылталтше. Контрольный плёнко дене таҥастарымаште (рис. 2в), ЛОС перовскит ӱмбалне 10 нм наре кӱжгытан икгай да тыгыде вичкыж лончо раш коеш (рис. 2г). PbC2O4 ден FAPbI3 кокласе интерфейсым тергаш кӱкшӧ лукан кольцевой пычкемыш полевой сканироватлыше электрон микроскопий (HAADF-STEM) дене пайдаланен, FAPbI3-ын кристаллический ужашыже ден PbC2O4-ын аморфный ужашыже-влак улмым раш эскераш лиеш (Ешартыш рис. 8). Перовскитын ӱмбал составшым щавелевый кислота дене обрабатыватлыме деч вара рентгеновский фотоэлектронный спектроскопий (РФЭС) висымаш дене палемдыме, 2е–г рис. 2е рис. 284,8 эВ да 288,5 эВ йыр C 1s пик-влак ойыртемалтше CC да FA сигнал-влаклан шотлалтыт. Контрольный мембране дене таҥастарымаште, LOS мембране 289,2 эВ ешартыш пикым ончыктен, тудым C2O42-лан шотлат. LOS перовскитын O 1s спектрже 531,7 эВ, 532,5 эВ да 533,4 эВ годым кум химически ойыртемалтше O 1s пикым ончыкта, тидыже депротонированный COO, C=O интактный оксалат группо 30 да OH компонентын O атомжо-влаклан келшен толеш (рис. 2). )). Контрольный образецлан изи O 1s пик гына эскереныт, тудым ӱмбалне химиосорбироваться кислород дене кылдаш лиеш. Pb 4f7/2 ден Pb 4f5/2 контроль мембранын характеристикышт 138,4 эВ да 143,3 эВ верланеныт. Ме эскеренна, мом LOS перовскит Pb пик 0,15 эВ наре кугурак связывающий энергий деке куснымым ончыкта, тидыже C2O42- ден Pb атом-влак коклаште виянрак вашкыл улмым ончыкта (рис. 2g).
a SEM сӱрет-влак контроль да b LOS перовскит плёнко, ӱлнӧ ончалтыш. c кӱкшӧ разрешениян ӱлыл ужаш дене передаче электрон микроскопий (HR-TEM) контроль да d LOS перовскит плёнко. Кӱкшӧ разрешениян XPS e C 1s, f O 1s да g Pb 4f перовскит плёнко-влак. Тӱҥалтыш данный-влак тӱҥалтыш данный-влакын файлышт формышто пуалтыт.
ДФТ лектыш почеш, теоретически ончылгоч палемдыме, VI дефект да I миграций α гыч δ марте фазный куснымым куштылгын тарватат. Ончычсо отчет-влак ончыктеныт, молан манаш гын, I2 писын лектын ПК-негызеш перовскит плёнко гыч фотопогружение годым плёнко-влакым волгыдо да шокшо напряжений деч вара31,32,33. Перовскитын α-фазыштыже свинец оксалатын стабилизироватлыше эффектыжым пеҥгыдемдаш манын, ме контрольный да LOS перовскит плёнкым толуол дене яндар стекло бутылкыш шыҥдаренна, вара нуным 24 шагат жапыште 1 кече волгыдо дене волгалтаренна. Ме ультрафиолет да ужмо волгыдын (УФ-Вис) поглощенийжым висыме. ) толуол раствор, 3а рис. ончыктымо семын. Контрольный образец дене таҥастарымаште, LOS-перовскит годым I2 поглощенийын чотшо ятырлан изирак лийын, тидыже ончыкта: волгыдо йымалне шыҥдаралтме годым компактный LOS перовскит плёнко гыч I2 лекмым тормозитлен кертеш. 3b да c рис-влакын вставкыштышт ийготыш шушо контроль да LOS перовскит плёнко-влакын фотографийышт ончыкталтеш. ЛОС перовскит эше шем, а управлений плёнкын шукыжо кӱшыл тӱсан лийын. УФ-визуальный поглощение спектр-влак погружной плёнко рис ончыктымо. 3б, в. Ме эскеренна, контрольный плёнкыште α-лан келшыше поглощений раш шагалемын. Кристалл структурын эволюцийжым документироватлаш рентгеновский висымашым эртареныт. шагат волгалтарыме деч вара контрольный перовскит виян кӱшыл δ-фазный сигналым ончыктен (11,8°), а LOS перовскит эше сай шем фазым кучен (рис. 3d).
Толуол растворын ультрафиолетовый поглощений спектрже-влак, кушто контрольный плёнко ден ЛОС плёнко 1 кече волгыдо йымалне 24 шагат жапыште шыҥдаралтыныт. Вставкыште флакон ончыкталтеш, кушто кажне плёнкым икгай кугыт дене толуол дене шыҥдареныт. b UV-Vis поглощений спектр-влак контроль плёнко да c LOS плёнко деч ончыч да вара 24 ч 1 кече волгыдо йымалне шыҥдаралтмаш. Вставкаште тергымаш плёнкын фотографийже ончыкталтеш. d рентгеновский дифракционный образец-влак контроль да LOS плёнко деч ончыч да вара 24 ч волгалтарен. SEM-сӱрет-влак контроль плёнко e да плёнко f LOS 24 шагат деч вара лектын. Тӱҥалтыш данный-влак тӱҥалтыш данный-влакын файлышт формышто пуалтыт.
Ме 24 шагат волгалтарыме деч вара перовскит плёнкын микроструктурный вашталтышыжым эскераш сканироватлыше электрон микроскопий (SEM) висымашым эртаренна, 3e,f рислаште ончыктымо семын. Контрольный плёнкыште кугу пырче-влакым пытареныт да изи пӱйыш савыреныт, тидыже δ-фазный FAPbI3 продуктын морфологийжылан келшен толын (рис. 3е). LOS плёнко-влаклан перовскит пырче-влак сай состоянийыште кодыт (3f рис.). Лектыш пеҥгыдемден: I-н йоммыжо шем фазы гыч кӱшыл фазыш куснымым ятырлан тарвата, а PbC2O4 шем фазым пеҥгыдемда, I-н йоммыжым чара. Ӱмбалне вакансий плотность пырче опта деч ятырлан кугурак улмылан кӧра,34 тиде фазыже пырче ӱмбалне утларак лийме йӧн уло. ик жапыште йодым луктын да VI-м ыштен. ДФТ-н ончылгоч палемдыме семын, ЛОС VI дефект-влакын лиймыштым тормозитлен кертеш да I ион-влакын перовскит ӱмбаке миграцийыштым чарен кертеш.
Тылеч посна, атмосферысе южышто (относительный вӱдыжгылык 30-60%) перовскит плёнко-влакын вӱдыжгӧ чытымашыштлан PbC2O4 лончын влиянийжым шымлыме. Ешартыш рис 9-ште ончыктымо семын, 12 кече гыч LOS перовскит эше шем лийын, а контрольный плёнко кӱшыл тӱсан лийын. XRD висымаште контроль плёнко FAPbI3-ын δ фазыжлан келшыше 11,8° виян пикым ончыкта, а LOS перовскит шем α фазым сайын куча (Ешартыш рис. 10).
Перовскит ӱмбалне свинец оксалат пассиваций эффектым шымлаш стационар фотолюминесценций (ФЛ) да жап дене рашемдыме фотолюминесценций (ТРФЛ) кучылталтше. Рис. 4а рис ончыкта, мом LOS плёнко PL интенсивность кугемын. PL картыште ончыктымо сӱретыште 10 × 10 мкм2 кумдыкышто LOS плёнкын интенсивностьшо контрольный плёнкын деч кугурак (Ешартыш рис. 11), тидыже PbC2O4 перовскит плёнкым икгай пассивироватлымым ончыкта. Несущий ӱмыржӧ ик экспоненциальный функций дене ТРПЛ-ын лушкыдеммыжым лишемдыме дене рашемдалтеш (рис. 4б). ЛОС плёнкын несущий ӱмыржӧ 5,2 мкс, тидыже 0,9 мкс несущий ӱмыржӧ дене контрольный плёнко деч ятырлан кужурак, тидыже ӱмбал нерадиационный рекомбинацийын иземмыжым ончыкта.
Стационарный ПЛ да b-спектр-влак жаплан ПЛ перовскит плёнко ӱмбалне стеклоподложка. c SP ӱлыл ӱзгар (FTO/TiO2/SnO2/перовскит/спиро-OMeTAD/Au). d EQE спектр да Jsc EQE спектр эн пайдале ӱзгар гыч интегрироватлыме. d Перовскит ӱзгарын волгыдо куатше деч Voc диаграмме деч шога. f ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au ару лончо ӱзгарым кучылтын, тыглай MKRC анализ. VTFL — эн кугу капкан темдалме напряжений. Тиде данный-влак гыч ме лопка тыгыдылыкым (Nt) шотлен луктынна. Тӱҥалтыш данный-влак тӱҥалтыш данный-влакын файлышт формышто пуалтыт.
Приборын паша лектышыжлан свинец оксалат лончын влиянийжым шымлаш йӱла FTO/TiO2/SnO2/перовскит/спиро-OMeTAD/Au контакт структурым кучылтыныт. Ме формамидин хлорид (FACl) ешартыш семын перовскит прекурсор олмеш метиламин гидрохлорид (MACl) сайрак ӱзгар пашам ышташ манын, вет FACl сайрак кристалл качествым пуэн кертеш да FAPbI335 диапазон ойыртем деч утлаш (ешартыш рис 1 да 2 ончо, лончылымаш таҥастарымаш). ). 12-14). ИПА антирастворитель семын ойырен налме, вет тудо диэтиловый эфир (ДЭ) але хлорбензол (СБ)36 дене таҥастарымаште перовскит плёнкыште сайрак кристалл качествым да йӧратыме ориентацийым пуа (Ешартыш рис. 15 да 16). PbC2O4 кӱжгытшым щавелевый кислота концентрацийым келыштарыме дене дефект пассивацийым да зарядым шупшыктымо пашам сайын балансироватлаш манын, тыматлын оптимизацийым ыштыме (Ешартыш рис. 17). Оптимизировать управлений да LOS ӱзгар-влакын ӱлыл ужашышт SEM сӱрет-влак ешартыш рис 18. Управлений да LOS ӱзгар-влаклан тыглай ток плотность (CD) криволинейный рис 4c ончыктымо, а лукмо параметр-влак ешартыш таблице 3 пуалтеш. Максимум куатым савырен пайдалыкше (PCE) управлений ячейке-влак (343%, 24%, Jc.). 25,75 мА см-2 (25,74 мА см-2), Voc 1,16 В (1,16 В) да мӧҥгешла (ончыко) сканироватлымаш. Темдыме коэффициент (FF) 78,40% (76,69%). Эн кугу PCE LOS PSC 25,39% (24,79%), Jsc 25,77 мА см-2, Voc 1,18 В, FF 83,50% (81,52%) гыч мӧҥгешла (ончыко Сканироватлаш). LOS ӱзгар ӱшанле кумшо лицан фотоэлектрический лабораторийыште 24,92% сертифицироватлыме фотоэлектрический лектышым налын (Ешартыш рис 19). Тышеч квантовый пайдалык (EQE) 24,90 мА см-2 (контроль) да 25,18 мА см-2 (LOS PSC) интегрироватлыме Jsc-ым пуэн, тидыже стандарт AM 1,5 G спектрыште висыме Jsc дене келшен толеш (рис. .4d). ) . Контроль да ЛОС ПСК-влаклан висыме ПЦЭ-влакын статистике шеледымашышт ешартыш рис 20-ште ончыкталтеш.
4е рис ончыктымо семын, Voc ден волгыдо куат коклаште кылым шотленыт, PbC2O4-ын лопка полшымо ӱмбал рекомбинацийлан эҥгекшым шымлаш манын. ЛОС-приборлан келыштарыме линийын наклонностьшо 1,16 кБТ/кв, тидыже управлений приборлан келыштарыме линийын наклонностьшо деч изирак (1,31 кБТ/кв), тидыже ЛОС-ын приманке-влак дене ӱмбал рекомбинацийым тормозитлаш пайдале улмыжым пеҥгыдемда. Ме космический заряд ток ограничительный (SCLC) технологийым кучылтына, перовскит плёнкын дефект плотностьшым количественно висаш манын, пычкемыш IV характеристикым висыме дене лончо ӱзгар (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) рис ончыктымо семын. 4f Ончыкташ. Лопкын тыгыдылыкшым Nt = 2ε0εVTFL/eL2 формул дене шотлат, кушто ε — перовскит плёнкын относительный диэлектрический константыже, ε0 — вакуумын диэлектрический константыже, VTFL — капканым темашлан ограничительный напряжений, e — заряд, L — перовскит плёнкын кӱжгытшӧ (6 nrom). ЛОС-приборын дефект плотностьшо 1,450 × 1015 см–3 шотлалтеш, тидыже управлений приборын дефект плотностьшо деч изирак, тудо 1,795 × 1015 см–3.
Пакетдыме ӱзгарым кужу жаплан пашам ыштыме пеҥгыдылыкшым тергаш манын, азот йымалне кечывал волгыдо годым эн кугу куатан точкышто (МПТ) тергеныт (5а рис.). 550 шагат гыч LOS ӱзгар эшеат 92% эн кугу пайдалыкшым арален коден, а управлений ӱзгарын паша лектышыже 60% марте волен. Тошто ӱзгарыште элемент-влакын шеледымашыштым рейс жапыште вторичный ионный масс-спектрометрий (ToF-SIMS) дене висыме (рис. 5b, c). Ӱлыл шӧртньӧ контроль кумдыкышто йодын кугу погынымашыжым ужаш лиеш. Инертный газым аралыме условийыште вӱдыжгӧ да кислород гай йырым-йырысе средам локтылшо фактор-влак огыт лий, тидыже кӧргӧ механизм-влакын (т.е. ион-влакын миграцийышт) тидлан вуйын шогымыштым ончыкта. ToF-SIMS лектыш почеш, Au электродышто I- да AuI2- ион-влакым палемдыме, тидыже перовскит гыч Au-ш I-ын диффузийжым ончыкта. Управлений ӱзгарыште I- да AuI2- ион-влакын сигнал пеҥгыдылыкышт ЛОС образец деч иктаж 10 пачаш кугурак. Ончычсо отчет-влак ончыктеныт, ион проницаемость spiro-OMeTAD дыр проводимость писын иземдаш да ӱлыл электрод лончын химий коррозий деке конден кертеш, тыге приборышто межфазный контакт начаремеш37,38. Au электродым кораҥдыме да спиро-OMeTAD лончым подложка гыч хлорбензол раствор дене эрыктыме. Вара ме плёнкым пасушто лийме рентгеновский дифракций (GIXRD) дене характеристикым пуэнна (5d рис.). Лектыш ончыкта: контрольный плёнкын 11,8° раш дифракционный пикше уло, а LOS образецыште у дифракционный пик уке. Лектыш ончыкта: контрольный плёнкыште I ион-влакын кугу йомдарымашышт δ фазым ыштымашке конда, а LOS плёнкыште тиде процесс раш тормозитлалтеш.
575 шагат жапыште азот атмосферыште да 1 кече волгыдо деч посна ультрафиолетовый фильтр деч посна герметичный ӱзгарым умбакыже МПП отслеживание. ToF-SIMS шеледымаш b I- да c AuI2- ион-влак LOS MPP управлений ӱзгар да ийготыш шудымо ӱзгар. Кӱшыл, ужар да нарынче тӱс-влак Au, Spiro-OMeTAD да перовскитлан келшен толыт. d GIXRD перовскит плёнко деч вара МПП тергымаш. Тӱҥалтыш данный-влак тӱҥалтыш данный-влакын файлышт формышто пуалтыт.
Температур деч шога проводимостьым висыме, PbC2O4 ионын миграцийжым тормозитлен кертмыжым пеҥгыдемдаш манын (Ешартыш рис. 21). Ион миграцийын активаций энергийжым (Ea) тӱрлӧ температур годым (T) FAPbI3 плёнкын проводимостьшын вашталтышыжым (σ) висыме да Нернст-Эйнштейн отношенийым кучылтмо дене рашемдат: σT = σ0exp(−Ea/kBT), кушто σ0 — константа, kB — Болтсман константа. Ме ln(σT) 1/T ваштареш наклонность гыч Ea значенийым налына, тиде 0,283 эВ управленийлан да 0,419 эВ LOS ӱзгарлан.
Иктешлен каласаш гын, ме FAPbI3 перовскитын локтылалтме корныжым да α-δ фазный куснымо энергий барьерлан тӱрлӧ ситыдымашын влиянийжым палемдаш теоретический негызым пуэна. Тиде ситыдымаш-влак кокла гыч VI ситыдымаш-влак теоретически α гыч δ марте фазный куснымым куштылгын ышташ тӱҥалыт манын ончылгоч палемдыме. Вӱдыштӧ эрыктыдыме да химий шотышто пеҥгыде тыгыде лончо PbC2O4 пуртымо, FAPbI3-ын α-фазыжым I вакансий-влакын лиймыштым да I ион-влакын миграцийыштым тормозитлыме дене стабилизироватлаш манын. Тиде стратегий межфазный нерадиационный рекомбинацийым ятырлан иземда, кече батарейын пайдалыкшым 25,39% марте кугемда да паша пеҥгыдылыкым саемда. Мемнан лектышна дефект дене кылдалтше α гыч δ фазышке куснымым тормозитлыме дене пайдале да пеҥгыде формамидин ПСК-влакым шукташ йӧным пуа.
Титан(IV) изопропоксид (TTIP, 99,999%) Sigma-Aldrich деч налме. Соляной кислота (HCl, 35,0–37,0%) да этанол (вӱд деч посна) Гуанчжоу химий промышленность гыч налме. SnO2 (15 мас.% оловянный(IV) оксид коллоидный дисперсий) Alfa Aesar деч налме. Свинец(II) йодид (PbI2, 99,99%) TCI Shanghai (Китай) гыч налме. Формамидин йодид (FAI, ≥99.5%), формамидин хлорид (FACl, ≥99.5%), метиламин гидрохлорид (MACl, ≥99.5%), 2,2′,7,7′-тетракис-(N , N-di-p) )-метоксианилин)-спиро,9′-биофлуол (Spiro-OMeTAD, ≥99.5%), литий бис(трифторметан)сульфонилимид (Li-TFSI, 99.95%), 4-трет -бутилпиридин (tBP, 96%) Xi'an Polymer Light Technology Company (Китай) деч налме. N,N-диметилформамид (DMF, 99,8%), диметилсульфоксид (DMSO, 99,9%), изопропиловый спирт (IPA, 99,8%), хлорбензол (CB, 99,8%), ацетонитрил (ACN). Сигма-Ольдрих деч налме. Щавель кислота (H2C2O4, 99,9%) Маклин деч налме. Чыла химий веществам, моло вашталтыш деч посна, налме семын кучылтыныт.
ИТО але ФТО подложка-влакым (1,5 × 1,5 см2) 10 минут жапыште мушмо средства, ацетон да этанол дене ультразвуковой йӧн дене эрыктеныт, вара азот йогын йымалне сушитленыт. Тыгыде TiO2 барьер лончым FTO субстрат ӱмбаке титан диизопропоксибис(ацетилацетонат) растворым кучылтын, этанол (1/25, v/v) 500 °C 60 минут жапыште оптеныт. SnO2 коллоидный дисперсийым 1:5 кугыт дене деионизированный вӱд дене луктыныт. УФ-озон дене 20 минут жапыште обрабатыватлыме ару субстрат ӱмбаке SnO2 наночастица-влакын вичкыж плёнкыштым 30 секунд жапыште 4000 об/мин писылык дене оптеныт, вара 30 минут жапыште 150 °C температурышто ончылгоч шокшо дене ырыктеныт. Перовскит прекурсор растворлан 275,2 мг FAI, 737,6 мг PbI2 да FACl (20 моль%) ДМФ/ДМСО (15/1) аралаш растворительыште эрыктыме. Перовскит лончым 40 мкл перовскит прекурсор растворым УФ-озон дене обрабатыватлыме SnO2 лончын ӱмбалныже 5000 об/мин 25 с жапыште йырым-йырысе южышто центрифугироватлыме дене ямдылыме. Пытартыш гана деч вара 5 секунд гыч 50 мкл MACl IPA растворым (4 мг/мл) антирастворитель семын субстрат ӱмбаке писын оптеныт. Вара яндар ямдылыме плёнко-влакым 150°C 20 минут жапыште, вара 100°C 10 минут жапыште отжигленыт. Перовскит плёнкым пӧлем температур марте йӱкшыктарымеке, H2C2O4 растворым (1, 2, 4 мг 1 мл ИПА-ште эрыктыме) перовскит ӱмбалым пассивироватлаш 4000 об/мин 30 с жапыште центрифугироватлыме. 72,3 мг спиро-OMeTAD, 1 мл CB, 27 мкл tBP да 17,5 мкл Li-TFSI (1 мл ацетонитрилыште 520 мг) дене 4000 об/мин писылык дене плёнкыш спин-покрытийым ыштеныт. Пытартышлан, 100 нм кӱжгытан Au лончым вакуумышто 0,05 нм/с (0~1 нм), 0,1 нм/с (2~15 нм) да 0,5 нм/с (16~100 нм) писылык дене йӱлалтеныт. ).
Перовскит кече батарейын SC паша лектышыжым 100 мВт/см2 волгыдо куат дене кече тренажер волгалтарыме йымалне 2400 метр Keithley (SS-X50) дене висыме да калиброватлыме стандарт кремний кече батарейым кучылтын тергыме. Вес семын каласыме огыл гын, SP-криволинейный-влакым азот дене темыме перчатке лончышто пӧлем температур годым (~25°C) ончыко да мӧҥгеш сканироватлыме режимыште (напряжений ошкыл 20 мВ, жап 10 мс) висыме. Висыме ПСК-лан 0,067 см2 эффективный кумдыкым рашемдаш шем маскым кучылтыныт. EQE висымашым PVE300-IVT210 системым (Industrial Vision Technology(s) Pte Ltd) кучылтын, ӱзгар ӱмбаке монохромный волгыдо дене ойыреныт. Ӱзгар-влакын пеҥгыдылыкыштлан кӧра, 100 мВт/см2 давлений дене азот перчатке лончышто УФ-фильтр деч посна капсулироватлыдыме кече батарей-влакым тергымашым эртареныт. ToF-SIMS PHI nanoTOFII жапыште рейс SIMS дене висыме. Кӱкшыт профилироватлымашым 400×400 мкм кумдыкан 4 кВ Ar ион пушкыдо дене ыштыме.
Рентгеновский фотоэлектронный спектроскопий (XPS) висымашым Thermo-VG Scientific системыште (ESCALAB 250) монохроматизированный Al Kα (XPS режимлан) кучылтын, 5,0 × 10–7 Па давлений дене эртареныт. Сканироватлыше электрон микроскопий (SEM) JESM-JOL-J3030 F системыште эртаралтын. Перовскит плёнко-влакын ӱмбал морфологийыштым да шергаканлыкыштым атомный вий микроскопий (АФМ) (Bruker Dimension FastScan) дене висыме. STEM ден HAADF-STEM FEI Titan Themis STEM-ыште эртаралтыт. УФ-Вис поглощений спектр-влакым УФ-3600Плюс (Shimadzu Corporation) дене висыме. Космический зарядым ограничительный ток (SCLC) Keithley 2400 метрыште возалтын. FLS 1000 фотолюминесценций спектрометр дене несущий ӱмыр мучко локтылалтме стационар фотолюминесценцийым (PL) да жап дене рашемдыме фотолюминесценцийым (TRPL) висыме. PL картыште сӱрет-влакым Horiba LabRam Raman системе HR Evolution дене висыме. Фурье трансформаций инфракрасный спектроскопийым (ФТИР) Thermo-Fisher Nicolet NXR 9650 системым кучылтын ыштыме.
Тиде пашаште ме α-фаз гыч δ-фазыш фазный куснымо корным шымлаш SSW корным ойырен налме йӧн дене пайдаланена. SSW йӧн дене потенциальный энергийын ӱмбалжын тарванылмыже случайный йошкар режимын (кокымшо производный) направленийже дене рашемдалтеш, тидыже потенциальный энергийын ӱмбалжым лончылымаш да объективно шымлаш йӧным пуа. Тиде пашаште 72 атом суперклеткыште корно дискретизацийым эртарат, да DFT кӱкшытыштӧ 100 утла тӱҥалтыш/пытартыш состояний (IS/FS) парым погат. IS/FS пар дене данный-влак набор негызеш тӱҥалтыш структурым да пытартыш структурым ушышо корным атом-влак кокласе келшымаш дене рашемдаш лиеш, а вара вашталтше единице ӱмбал мучко кок могырым тарванылмашым кучылтын, кусарыме состояний йӧн йӧн дене лывырге рашемдаш кучылталтеш. (ВК-ДЭСВ). Пералтыш состоянийым кычалме деч вара эн изи барьер дене корным энергий барьер-влакым радамлен рашемдаш лиеш.
Чыла DFT расчётым VASP (5.3.5 версий) дене ыштыме, кушто C, N, H, Pb да I атом-влакын электрон-ион вашкылыштым прогнозироватлыме усиленный толкын (PAW) схеме дене ончыктымо. Вашталтыш корреляций функций Пердю-Берк-Эрнцерхофф параметризацийыште обобщенный градиент приближений дене сӱретлалтеш. Плоскостной толкын-влаклан энергийын чекше 400 эВ марте шындалтын. Монхорст-Пак k-точко сетка кугытшо (2 × 2 × 1). Чыла конструкцийлан решотка да атом койыш-шоктышым эн кугу напряжений компонент 0,1 ГПа деч изирак да эн кугу вий компонент 0,02 эВ/Å деч изирак марте тичмашнек оптимизацийым ыштеныт. Ӱмбал модельыште FAPbI3 ӱмбал 4 пачаш уло, йымал пачашыште FAPbI3 капым имитироватлыше пеҥгыде атом-влак улыт, а ӱлыл кум пачаш оптимизаций процесс годым эркын тарванен кертеш. PbC2O4 лончо 1 МЛ кӱжгытан да FAPbI3-ын I-терминал ӱмбалныже верланен, кушто Pb 1 I да 4 O дене кылдалтын.
Шымлымашын дизайнже нерген ешартыш уверым налашлан тиде статья дене кылдалтше Пӱртӱс портфель нерген отчетын тезисшым ончо.
Тиде шымлымаш годым налме але лончылымо чыла данныйым савыкталтше статьяшке, тыгак полшышо информацийыш да тӱҥ данный файлыш пуртымо. Тиде шымлымашыште ончыктымо тӱҥ данный-влак https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440 адрес дене улыт. Тиде статьялан источник данный-влак пуалтыныт.
Грин, М. да молат. Кече батарейын пайдалыкше таблице-влак (57-ше изд.). программе. фотоэлектрический. ресурс. кучылтмаш. 29, 3–15 (2021).
Паркер Дж. да молат. Перовскит лончын кушмашыжым летучий алкил аммоний хлорид-влакым кучылтын контрольышто кучымаш. Пӱртӱс 616, 724–730 (2023).
Чжао Ю. да молат. Неактивный (PbI2)2RbCl кӱкшӧ пайдалыкан кече батарейылан перовскит плёнкым пеҥгыдемда. Наука 377, 531–534 (2022).
Тан, К. да молат. Диметилакридинил легирующий вещества дене перовскит дене вашталтыме кече батарей-влак. Пӱртӱс, 620, 545–551 (2023).
Хан, К. да молат. Ик кристалл формамидин свинец йодид (FAPbI3): структур, оптике да электричестве свойствыжым умылымаш. наречий. Мэтт. 28, 2253–2258 (2016).
Массей, С. да молат. FAPbI3 ден CsPbI3-ште шем перовскит фазын стабилизацийже. АКС энергетике коммуникаций. 5, 1974–1985 (2020).
Тый, Дж. Дж., да молат. Перовскит кече батарейым саемдыме несущий управлений гоч пайдале. Пӱртӱс 590, 587–593 (2021).
Салиба М. да молат. Перовскит кече батарейышке рубидий катион-влакым пуртымаш фотоэлектрический пашам саемда. Наука 354, 206–209 (2016).
Салиба М. да молат. Трой катион перовскит цезий кече батарейышке: саемдыме пеҥгыдылыкше, воспроизводимость да кугу пайдалыкше. энергетике среда. наука. 9, 1989–1997 (2016).
Цуй Х. да молат. Пытартыш жапыште FAPbI3 фазный стабилизацийыште кугу лектышан перовскит солнечный элементлаште сеҥымаш-влак Sol. RRL 6, 2200497 (2022).
Делагетта С. да молат. Рационализировать фотоиндуцированный фазный ойыркалымаш аралаш галогенид органике-неорганике перовскит. Нат. вашкылым кучаш. 8, 200 (2017).
Слоткаваж, DJ да молат. Галогенид перовскит поглотительлаште волгыдо дене ыштыме фазный ойыркалымаш. АКС энергетике коммуникаций. 1, 1199–1205 (2016).
Чен, Л. да молат. Внутренний фазный пеҥгыдылыкше да внутренний диапазон формамидин свинец трийодид перовскит монокристалл. Анджива. Химический. тӱнямбаллык. Ред. 61. e202212700 (2022).
Дуинсти, Э. А. да т.м. Метилендиаммонийын шаланымыжым да свинец трийодид формамидин фазный стабилизацийыште тудын рольжым умылаш. J. Chem. Сука. 18, 10275–10284 (2023).
Лу, ХЗ да молат. Ужар перовскит FAPbI3 кече батарейын пайдале да пеҥгыде пар дене оптымыжо. Наука 370, 74 (2020).
Дохерти, ТАС да т. д. Стабильный наклонный октаэдрический галогенидный перовскит-влак локализованный формирований фазе дене шотдымо характеристикым подавляют. Наука 374, 1598–1605 (2021).
Хо, К. да молат. Вӱдыжгӧ да волгыдо влияний йымалне формамидин пырче ден цезий да свинец йодид перовскит-влакын трансформацийышт да локтылалтме механизмышт. АКС энергетике коммуникаций. 6, 934–940 (2021).
Чжэн Дж. да молат. α-FAPbI3 перовскит кече батарейышке псевдогалогенид анион-влакым ыштымаш. Пӱртӱс 592, 381–385 (2021).