Gratias tibi ago quod Nature.com invisisti. Versio navigatoris tui quam uteris limitatam sustentationem CSS habet. Pro optimis eventibus, commendamus ut recentiorem versionem navigatoris tui utaris (vel modum compatibilitatis in Internet Explorer deactivare). Interea, ut sustentationem continuam praestemus, situm sine stylis vel JavaScript monstramus.
Passivatio vitiorum late adhibita est ad efficientiam cellularum solarium perovskitarum e plumbo triiodido emendandam, sed effectus variorum vitiorum in stabilitatem phasis α incertus manet; Hic, theoria functionalis densitatis utentes, primum viam degradationis perovskitae e plumbo triiodido formamidini ab phasi α ad phasem δ identificamus et effectum variorum vitiorum in impedimentum energiae transitionis phasis investigamus. Resultata simulationis praedicunt vacuitates iodi maxime degradationem causare quia impedimentum energiae pro transitione phasis α-δ significanter demittunt et minimam energiam formationis in superficie perovskitae habent. Introductio strati densi oxalati plumbi insolubilis in aqua in superficiem perovskitae significanter decompositionem phasis α inhibet, migrationem et volatilizationem iodi prohibens. Praeterea, haec strategia recombinationem non radiativam interfacialem significanter reducit et efficientiam cellularum solarium ad 25.39% (certificatum 24.92%) auget. Instrumentum sine involucro adhuc efficientiam suam originalem 92% conservare potest postquam per 550 horas maxima potentia sub simulata irradiatione aeris massae 1.5 G operatus est.
Efficientia conversionis potentiae (PCE) cellularum solarium perovskitarum (PSCs) ad summum historicum comprobatum 26%1 pervenit. Ab anno 2015, PSCs modernae formamidini triiodidi perovskitum (FAPbI3) ut stratum lucis absorbentem praeferunt propter eius excellentem stabilitatem thermalem et lacunam zonae preferentialem prope limitem Shockley-Keisser 2,3,4. Infeliciter, pelliculae FAPbI3 thermodynamice transitionem phasis a nigra α phase ad flavam non-perovskitam δ phasem temperatura ambiente subeunt5,6. Ad formationem phasis delta impediendam, variae compositiones perovskitarum complexarum evolutae sunt. Strategia frequentissima ad hoc problema superandum est FAPbI3 cum combinatione ionum methylammonii (MA+), caesii (Cs+) et bromidi (Br-) miscere7,8,9. Perovskitae autem hybridae dilatatione lacunae zonae et separatione phasium photoinducta laborant, quae et efficaciam et stabilitatem operationalem PSCorum resultantium imminuunt10,11,12.
Studia recentiora demonstraverunt FAPbI3 crystallinum singulare purum sine ullo doping stabilitatem excellentem habere propter crystallinitatem excellentem et defectus paucos13,14. Ergo, defectus reducere per crystallinitatem FAPbI3 in massa augendam est strategia magni momenti ad PSCs efficaces et stabiles obtinendas2,15. Attamen, durante operatione PSC FAPbI3, degradatio ad phasin δ hexagonalem flavam non-perovskitam non desideratam adhuc fieri potest16. Processus plerumque incipit in superficiebus et finibus granorum quae magis obnoxiae sunt aquae, calori et luci propter praesentiam multarum regionum defectivarum17. Ergo, passivatio superficiei/granorum necessaria est ad phasin nigram FAPbI318 stabiliendam. Multae strategiae passivationis defectuum, inter quas introductio perovskitarum humilis-dimensionalitatis, molecularum Lewis acidorum-basium, et salium ammonii halogenidi, magnum progressum fecerunt in PSCs formamidinis19,20,21,22. Ad hodiernum diem, fere omnes investigationes in munere variorum vitiorum in proprietatibus optoelectronicis determinandis, ut recombinatione vectorum, longitudine diffusionis et structura fasciae in cellulis solaribus22,23,24, intentae sunt. Exempli gratia, theoria functionalis densitatis (DFT) adhibetur ad energias formationis et gradus energiae captionis variorum vitiorum theoretice praedicendos, quae late adhibetur ad designationem passivationis practicae dirigendam20,25,26. Cum numerus vitiorum decrescit, stabilitas instrumenti plerumque melior fit. Attamen, in PSCs formamidinis, rationes influentiae variorum vitiorum in stabilitatem phasis et proprietates photoelectricas omnino differre debent. Quantum scimus, fundamentalis intellectus quomodo vitia transitionem phasis cubicam ad hexagonalem (α-δ) inducunt et munus passivationis superficialis in stabilitatem phasis perovskitae α-FAPbI3 adhuc parum intellectum est.
Hic viam degradationis perovskiti FAPbI3 a nigra α-phase ad flavam δ-phasem et influxum variorum vitiorum in impedimentum energiae transitionis α-ad-δ-phasis per DFT revelamus. Lacunae I, quae facile generantur per fabricationem pelliculae et operationem machinae, praedicuntur maxime probabile esse ut transitionem phasis α-δ inchoent. Quapropter, stratum densum oxalatis plumbi (PbC2O4) insolubile in aqua et chemice stabile super FAPbI3 per reactionem in situ induximus. Superficies oxalatis plumbi (LOS) formationem lacunarum I inhibet et migrationem ionum I impedit cum calore, luce et campis electricis stimulatur. LOS resultans recombinationem non radiativam interfacialem significanter reducit et efficientiam PSC FAPbI3 ad 25.39% (ad 24.92% certificatum) emendat. Instrumentum LOS sine involucro, 92% efficientiae suae originalis retinuit postquam ad punctum maximae potentiae (MPP) per plus quam 550 horas sub massa aeris simulata (AM) 1.5 G radiationis operatum est.
Primum calculationes ab initio perfecimus ut viam decompositionis perovskiti FAPbI3 ad transitionem a phase α ad phasem δ inveniremus. Per processum transformationis phasis accuratum, inventum est transformationem ab octahedro tridimensionali angulos communicante [PbI6] in phase cubica α FAPbI3 ad octahedron unidimensionalem margines communicantem [PbI6] in phase hexagonali δ FAPbI3 perfici. Fractio 9. Pb-I vinculum in primo gradu (Int-1) format, et eius impedimentum energiae 0.62 eV/cellulam attingit, ut in Figura 1a demonstratur. Cum octahedron in directionem [0\(\bar{1}\)1] movetur, catena brevis hexagonalis ab 1×1 ad 1×3, 1×4 expandit et tandem phasem δ intrat. Ratio orientationis totius viae est (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ. Ex diagramma distributionis energiae, inveniri potest post nucleationem phasis δ FAPbI3 in gradibus sequentibus, limitem energiae inferius esse quam limitem transitionis phasis α, quod significat transitionem phasis acceleratum iri. Plane, primus gradus moderandi transitionem phasis est maximi momenti si degradationem phasis α supprimere volumus.
a Processus transformationis phasis a sinistra ad dextram – phasis FAPbI3 nigra (phasis-α), prima scissio vinculi Pb-I (Int-1) et ulterior scissio vinculi Pb-I (Int-2, Int-3 et Int-4) et phasis flava FAPbI3 (phasis delta). b Obstacula energiae transitioni phasis α ad δ FAPbI3 in variis defectibus punctualibus intrinsecis fundata. Linea punctata ostendit obstaculum energiae crystalli idealis (0.62 eV). c Energia formationis defectuum punctualium primariorum in superficie perovskiti plumbi. Axis abscissae est obstaculum energiae transitionis phasis α-δ, et axis ordinatae est energia formationis defectuum. Partes umbrosae griseo, flavo et viridi sunt typus I (EB humilis - FE altus), typus II (FE altus) et typus III (EB humilis - FE humilis), respective. d Energia formationis defectuum VI et LOS FAPbI3 in testigo. e Obstaculum I migrationi ionum in testigo et LOS FAPbI3. f – repraesentatio schematica migrationis ionum I (sphaerae aurantiacae) et gLOS FAPbI3 (cinereus, plumbeus; violaceus (aurantiacus), iodus (iodus mobilis)) in gf moderatore (sinistra: prospectus desuper; dextra: sectio transversalis, fusca); carbonium; caeruleum dilutum – nitrogenium; rubrum – oxygenium; roseum dilutum – hydrogenium). Data fontium in forma fasciculorum datorum fontium praebentur.
Deinde systematice studuimus vim variorum vitiorum punctualium intrinsecorum (inter quae occupatio antisitus PbFA, IFA, PbI, et IPb; atomi interstitiales Pbi et Ii; et vacuitates VI, VFA, et VPb), quae factores clavis habentur. Quae degradationem atomorum et phasis gradus energiae causant, in Figura 1b et Tabula Suppletoria 1 monstrantur. Curiose, non omnia vitia impedimentum energiae transitionis phasis α-δ minuunt (Figura 1b). Credimus vitia quae et energias formationis humiles et impedimenta energiae transitionis phasis α-δ inferiores habent, detrimentosa stabilitati phasis haberi. Ut antea relatum est, superficies plumbo divites plerumque efficaces pro formamidino PSC27 habentur. Quapropter, in superficie PbI2-terminata (100) sub condicionibus plumbo divitibus intendimus. Energia formationis vitiorum vitiorum punctualium intrinsecorum superficialium in Figura 1c et Tabula Suppletoria 1 monstratur. Secundum impedimentum energiae (EB) et energiam formationis transitionis phasis (FE), haec vitia in tres typos digeruntur. Typus I (EB humilis - FE altus): Quamquam IPb, VFA et VPb impedimentum energiae transitioni phasis significanter minuunt, energias formationis altas habent. Quapropter credimus hos defectus typos effectum limitatum in transitiones phasis habere, cum raro formentur. Typus II (EB altus): Propter impedimentum energiae transitionis phasis α-δ emendatum, defectus anti-situs PbI, IFA et PbFA stabilitatem phasis perovskiti α-FAPbI3 non laedunt. Typus III (EB humilis - FE humilis): Defectus VI, Ii et Pbi cum energiis formationis relative humilibus degradationem phasis nigrae causare possunt. Praesertim datis FE et EB VI infimis, credimus rationem efficacissimam esse vacuitates I reducere.
Ad VI reducendum, stratum densum PbC2O4 elaboravimus ad superficiem FAPbI3 emendandam. Comparatum passivantibus salium halogenidorum organicorum, ut phenylethylammonium iodidum (PEAI) et n-octylammonium iodidum (OAI), PbC2O4, quod iones halogeni mobiles non continet, chemice stabile est, in aqua insolubile, et facile stimulatione deactivatur. Bona stabilizatio humiditatis superficialis et campi electrici perovskiti. Solubilitas PbC2O4 in aqua tantum 0.00065 g/L est, quae etiam minor est quam ea PbSO428. Magis autem interest quod strata densa et uniformes LOS molliter in pelliculis perovskiticis praeparari possunt utens reactionibus in situ (vide infra). Simulationes DFT nexus interfacialis inter FAPbI3 et PbC2O4 perfecimus, ut in Figura Supplementi 1 demonstratur. Tabula Supplementi 2 energiam formationis defectus post iniectionem LOS praebet. Invenimus LOS non solum energiam formationis defectuum VI augere 0.69–1.53 eV (Figura 1d), sed etiam energiam activationis I in superficie migrationis et superficie exitus augere (Figura 1e). In primo stadio, iones I per superficiem perovskitam migrant, iones VI in positione reticulata cum impedimento energiae 0.61 eV relinquentes. Post introductionem LOS, propter effectum impedimenti sterici, energia activationis migrationis ionum I ad 1.28 eV crescit. Per migrationem ionum I superficiem perovskitam relinquentium, impedimentum energiae in VOC etiam maius est quam in exemplo moderatorio (Figura 1e). Diagrammata schematica viarum migrationis ionum I in FAPbI3 moderatorio et LOS in Figura 1 f et g respective monstrantur. Resultata simulationis ostendunt LOS formationem defectuum VI et volatilizationem I inhibere posse, ita nucleationem transitionis phasis α ad δ impediens.
Reactio inter acidum oxalicum et perovskitum FAPbI3 examinata est. Post mixturam solutionum acidi oxalici et FAPbI3, magna quantitas praecipitatis albi formata est, ut in Figura Suppletoria 2 demonstratur. Productum pulveris ut materia PbC2O4 pura per diffractionem radiorum X (XRD) (Figura Suppletoria 3) et spectroscopiam infrarubram transformatam Fourier (FTIR) (Figura Suppletoria 4) identificatum est. Invenimus acidum oxalicum in alcohole isopropylico (IPA) ad temperaturam ambientem valde solubile esse cum solubilitate circiter 18 mg/mL, ut in Figura Suppletoria 5 demonstratur. Hoc processum subsequentem faciliorem reddit, cum IPA, ut solvens passivationis communis, stratum perovskiti ultra breve tempus non laedat. Ergo, per immersionem pelliculae perovskitae in solutionem acidi oxalici vel per applicationem centrifugationis solutionis acidi oxalici super perovskitam, PbC2O4 tenuis et densus celeriter in superficie pelliculae perovskitae obtineri potest secundum aequationem chemicam sequentem: H2C2O4 + FAPbI3 = PbC2O4 + FAI + HI. FAI in IPA dissolvi et sic per coctionem removeri potest. Crassitudo LOS tempore reactionis et concentratione praecursoris regi potest.
Imagines microscopiae electronicae perlustrativae (SEM) pellicularum perovskitarum moderantium et LOS in Figuris 2a,b monstrantur. Resultata ostendunt morphologiam superficiei perovskitae bene conservatam esse, et magnum numerum particularum minutarum in superficie grani depositam esse, quae stratum PbC2O4 per reactionem in situ formatum repraesentare debent. Pellicula perovskita LOS superficiem paulo leviorem habet (Figura Supplementaria 6) et angulum contactus aquae maiorem comparata cum pellicula moderatrice (Figura Supplementaria 7). Microscopia electronica transmissionis transversalis altae resolutionis (HR-TEM) adhibita est ad stratum superficiale producti distinguendum. Comparata cum pellicula moderatrice (Figura 2c), stratum tenue uniforme et densum cum crassitudine circiter 10 nm clare conspicitur supra perovskitam LOS (Figura 2d). Adhibita microscopia electronica anularis campi obscuri magni anguli (HAADF-STEM) ad examinandam interfaciem inter PbC2O4 et FAPbI3, praesentia regionum crystallinarum FAPbI3 et regionum amorpharum PbC2O4 clare observari potest (Figura Suppletoria 8). Compositio superficialis perovskitae post curationem acidi oxalici per mensuras spectroscopiae photoelectronicae radiorum X (XPS) descripta est, ut in Figuris 2e-g demonstratur. In Figura 2e, cacumina C 1s circa 284.8 eV et 288.5 eV ad signa specifica CC et FA pertinent, respective. Comparata cum membrana moderatrice, membrana LOS cacumen additum ad 289.2 eV exhibuit, C2O42- attributum. Spectrum O 1s perovskiti LOS tres cacumina O 1s chemice distincta exhibet, ad 531.7 eV, 532.5 eV, et 533.4 eV, quae respondent COO deprotonatorum, C=O gregum oxalati integrorum 30 et atomorum O componentis OH (Fig. 2e). )). Pro exemplo comparativo, tantum parvus cacus O 1s observatus est, quod oxygenio chemisorpto in superficie attribui potest. Proprietates membranae comparativae Pb 4f7/2 et Pb 4f5/2 sitae sunt ad 138.4 eV et 143.3 eV, respective. Observavimus perovskitum LOS mutationem cacici Pb circiter 0.15 eV versus maiorem energiam ligationis exhibere, quod interactionem fortiorem inter atomos C2O42- et Pb indicat (Fig. 2g).
a Imagines SEM pellicularum perovskitarum moderantium et b LOS, prospectus desuper. c Microscopia electronica transmissionis transversalis altae resolutionis (HR-TEM) pellicularum perovskitarum moderantium et d LOS. XPS altae resolutionis pellicularum perovskitarum e C 1s, f O 1s et g Pb 4f. Data originalia in forma fasciculorum datorum originalium praebentur.
Secundum eventus DFT, theoretice praedicitur defectus VI et migrationem I facile transitionem phasis ab α ad δ causare. Relationes priores demonstraverunt I₂ rapide liberari a pelliculis perovskiticis PC fundatis durante photoimmersione postquam pelliculae luci et tensioni thermali expositae sunt31,32,33. Ad confirmandum effectum stabilientem oxalatis plumbi in α-phasin perovskiti, pelliculas perovskiticas moderatrices et LOS in ampullis vitreis pellucidis toluenum continentibus, respective, immersimus, deinde eas lumine solis 1 per 24 horas irradiavimus. Absorptionem solutionis tolueni ultravioletticae et visibilis (UV-Vis) mensuravimus, ut in Figura 3a demonstratur. Comparata cum exemplo moderatorio, multo minor intensitas absorptionis I₂ in casu LOS-perovskiti observata est, quod indicat LOS compactum liberationem I₂ a pellicula perovskiticis durante immersione lucis inhibere posse. Photographiae pellicularum perovskiticas moderatrices et LOS vetustarum in insertis Figurarum 3b et c monstrantur. Perovskitas LOS adhuc nigra est, dum maxima pars pelliculae moderatoriae flavescit. Spectra absorptionis UV-visibilis pelliculae immersae in Figuris 3b, c monstrantur. Observavimus absorptionem α correspondentem in pellicula moderatoria clare imminutam esse. Mensurae radiographicae peractae sunt ad evolutionem structurae crystallinae documentandam. Post 24 horas illuminationis, perovskitas moderatoria signum flavum δ-phasis (11.8°) forte ostendit, dum perovskitas LOS adhuc bonam phasim nigram retinuit (Figura 3d).
Spectra absorptionis UV-visibilis solutionum tolueni in quibus pellicula moderatoria et pellicula LOS sub 1 lumen solis per 24 horas immersae sunt. Imago inclusa ampullam ostendit in qua utraque pellicula in aequali volumine tolueni immersa est. b Spectra absorptionis UV-Vis pelliculae moderatoriae et pelliculae c LOS ante et post 24 horas immersionis sub 1 lumen solis. Imago inclusa photographiam pelliculae probationis ostendit. d Exempla diffractionis radiorum X pellicularum moderatoriarum et LOS ante et post 24 horas expositionis. Imagines SEM pelliculae moderatoriae e et pelliculae f LOS post 24 horas expositionis. Data fontis in forma fasciculorum datorum fontis praebentur.
Mensuras microscopiae electronicae perlustrativae (SEM) effecimus ut mutationes microstructurales pelliculae perovskitae post 24 horas illuminationis observaremus, ut in Figuris 3e et f demonstratur. In pellicula comparativa, grana magna deleta et in acus parvas conversa sunt, quae morphologiae producti δ-phasis FAPbI3 (Fig. 3e) congruebant. In pelliculis LOS, grana perovskita in bona conditione manent (Figura 3f). Resultata confirmaverunt iacturam I transitionem a phase nigra ad phasem flavam significanter inducere, dum PbC2O4 phasem nigram stabilizat, iacturam I prohibens. Cum densitas vacuitatis in superficie multo maior sit quam in massa grani,34 haec phasis magis probabile est ut in superficie grani occurrat, simul iodum liberans et VI formans. Ut a DFT praedictum est, LOS formationem defectuum VI inhibere et migrationem ionum I ad superficiem perovskitae impedire potest.
Praeterea, effectus strati PbC2O4 in resistentiam humiditatis pellicularum perovskitarum in aere atmosphaerico (humiditate relativa 30-60%) investigatus est. Ut in Figura Supplementi 9 demonstratur, perovskita LOS post 12 dies adhuc nigra erat, dum pellicula moderatoria flavescebat. In mensuris XRD, pellicula moderatoria apicem validum ad 11.8° ostendit, qui phasi δ FAPbI3 respondet, dum perovskita LOS phasim nigram α bene retinet (Figura Supplementi 10).
Photoluminescentia status stabilis (PL) et photoluminescentia temporis resoluta (TRPL) adhibitae sunt ad effectum passivationis oxalatis plumbi in superficie perovskitae investigandum. In Figura 4a ostenditur pelliculam LOS intensitatem PL auctam habere. In imagine mappationis PL, intensitas pelliculae LOS per totam aream 10 × 10 μm2 maior est quam pelliculae moderatricis (Figura Supplementaria 11), indicando PbC2O4 uniformiter pelliculam perovskitam passivare. Tempus vitae vectoris determinatur approximando decrementum TRPL cum functione exponentiali singulari (Figura 4b). Tempus vitae vectoris pelliculae LOS est 5.2 μs, quod multo longius est quam pelliculae moderatricis cum tempore vitae vectoris 0.9 μs, indicando recombinationem nonradiativam superficialem reductam.
Spectra PL et b status stabilis PL temporariae pellicularum perovskitarum in substratis vitreis. c Curva SP instrumenti (FTO/TiO2/SnO2/perovskita/spiro-OMeTAD/Au). d Spectrum EQE et spectrum Jsc EQE integratum ex instrumento efficacissimo. d Dependentia intensitatis lucis instrumenti perovskitae a diagramma Voc. f Analysis MKRC typica utens instrumento foraminis puri ITO/PEDOT:PSS/perovskita/PCBM/Au. VTFL est maxima tensio impletionis captionis. Ex his datis densitatem captionis (Nt) calculavimus. Data fontis in forma fasciculorum datorum fontis praebentur.
Ad effectum strati oxalatis plumbi in functionem instrumenti investigandum, structura contactus traditionalis FTO/TiO2/SnO2/perovskita/spiro-OMeTAD/Au adhibita est. Formamidinum chloridum (FACl) ut additivum ad praecursorem perovskitae loco methylamini hydrochloridi (MACl) utimur ad meliorem functionem instrumenti consequendam, cum FACl meliorem qualitatem crystalli praebere et hiatum zonae FAPbI335 vitare possit (vide Figuras Supplementares 1 et 2 pro comparatione accurata). ). 12-14). IPA ut antisolvens electum est quia meliorem qualitatem crystalli et orientationem praeferentem in pelliculis perovskitae praebet comparatum cum aethere aethylico (DE) vel chlorobenzeno (CB)36 (Figurae Supplementares 15 et 16). Crassitudo PbC2O4 diligenter optimizata est ad bene aequilibrandum passivationem defectus et translationem oneris per adaptationem concentrationis acidi oxalici (Figura Supplementaris 17). Imagines SEM sectionum transversalium instrumentorum moderationis et LOS optimizatorum in Figura Supplementi 18 monstrantur. Curvae densitatis currentis (CD) typicae pro instrumentis moderationis et LOS in Figura 4c monstrantur, et parametri extracti in Tabula Supplementi 3 dantur. Efficacia conversionis potentiae maxima (PCE) cellularum moderationis 23.43% (22.94%), Jsc 25.75 mA cm⁻² (25.74 mA cm⁻²), Voc 1.16 V (1.16 V) et exploratio inversa (praecedens). Factor impletionis (FF) est 78.40% (76.69%). PCE maximus LOS PSC est 25.39% (24.79%), Jsc est 25.77 mA cm⁻², Voc est 1.18 V, FF est 83.50% (81.52%) ex exploratione inversa (praecedens). Instrumentum LOS (Low-of-Sale - Loss) efficaciam photovoltaicam probatam 24.92% in laboratorio photovoltaico externo fidedigno consecutum est (Figura Suppletoria 19). Efficientia quantica externa (EQE) Jsc integratum 24.90 mA cm⁻² (control) et 25.18 mA cm⁻² (LOS PSC) respective praebuit, quod bene congruebat cum Jsc in spectro AM 1.5 G normali mensurato (Fig. .4d). Distributio statistica PCE mensuratarum pro PSC control et LOS in Figura Suppletoria 20 ostenditur.
Ut in Figura 4e demonstratur, relatio inter Voc et intensitatem lucis computata est ad effectum PbC2O4 in recombinationem superficialem adiuvatam per laqueos investigandum. Inclinatio lineae aptatae pro instrumento LOS est 1.16 kBT/sq, quae minor est quam inclinatio lineae aptatae pro instrumento moderatorio (1.31 kBT/sq), confirmans LOS utile esse ad inhibendam recombinationem superficialem per illecebras. Technologiam limitationis currentis oneris spatialis (SCLC) utimur ad quantitative metiendam densitatem defectuum pelliculae perovskitae, metiendo proprietatem obscuritatis IV instrumenti foraminis (ITO/PEDOT:PSS/perovskita/spiro-OMeTAD/Au) ut in figura 4f demonstratur. (Ostende) Densitas laquei per formulam Nt = 2ε0εVTFL/eL2 computatur, ubi ε est constans dielectrica relativa pelliculae perovskitae, ε0 est constans dielectrica vacui, VTFL est tensio limitans ad laqueum implendum, e est onus, L est crassitudo pelliculae perovskitae (650 nm). Densitas vitiorum instrumenti VOC computatur esse 1.450 × 10¹⁵ cm–3, quae minor est quam densitate vitiorum instrumenti moderandi, quae est 1.795 × 10¹⁵ cm–3.
Instrumentum sine involucro ad punctum maximae potentiae (MPP) sub plena luce diurna sub nitrogenio probatum est ad stabilitatem functionis eius diuturnae examinandam (Figura 5a). Post horas 550, instrumentum LOS adhuc 92% maximae efficientiae suae retinuit, dum efficacia instrumenti moderandi ad 60% efficaciae suae originalis cecidit. Distributio elementorum in instrumento vetere per spectrometriam massae ionum secundariorum temporis volatus (ToF-SIMS) mensurata est (Fig. 5b, c). Magna accumulatio iodi in area moderandi auri superiori videri potest. Conditiones protectionis gasis inertis factores degradantes ambientem ut humiditatem et oxygenium excludunt, suggerentes mechanismos internos (id est, migrationem ionum) responsabiles esse. Secundum eventus ToF-SIMS, iones I- et AuI2- in electrodo Au detecti sunt, diffusionem I e perovskito in Au indicantes. Intensitas signi ionum I- et AuI2- in instrumento moderandi circiter decies maior est quam in exemplo VOC. Relationes priores demonstraverunt permeationem ionum posse ducere ad rapidam decrementum in conductivitate foraminum spiro-OMeTAD et corrosionem chemicam strati electrodi superioris, ita deteriorando contactum interfacialem in instrumento37,38. Electrodus Au remotus est et stratum spiro-OMeTAD a substrato cum solutione chlorobenzeni purgatum est. Deinde pelliculam per diffractionem incidentiae radentis radiorum X (GIXRD) (Figura 5d) descripsimus. Resultata ostendunt pelliculam moderatricem habere apicem diffractionis manifestum ad 11.8°, dum nullus novus apicis diffractionis in exemplo LOS apparet. Resultata ostendunt magnas ionium I iacturas in pellicula moderatrice ad generationem phasis δ ducere, dum in pellicula LOS hic processus manifeste inhibitur.
575 horae continuae investigationis MPP instrumenti non sigillati in atmosphaera nitrogenii et 1 lumine solis sine filtro UV. Distributio ToF-SIMS ionum bI- et cAuI2- in instrumento moderationis MPP LOS et instrumento senescentis. Umbrae flavae, viridis et aurantiacae Au, Spiro-OMeTAD et perovskitae respondent. d GIXRD pelliculae perovskitae post probationem MPP. Data fontis in forma fasciculorum datorum fontis praebentur.
Conductivitas temperaturae dependens mensurata est ad confirmandum PbC2O4 migrationem ionum inhibere posse (Figura Suppletoria 21). Energia activationis (Ea) migrationis ionum determinatur mensurando mutationem conductivitatis (σ) pelliculae FAPbI3 ad diversas temperaturas (T) et utendo relatione Nernst-Einstein: σT = σ₀exp(−Ea/kBT), ubi σ₀ constans est, kB constans Boltzmann est. Valorem Ea ex inclinatione ln(σT) contra 1/T obtinemus, quae est 0.283 eV pro instrumento moderatorio et 0.419 eV pro instrumento LOS.
Summa summarum, structuram theoreticam praebemus ad viam degradationis perovskiti FAPbI3 et influxum variorum vitiorum in impedimentum energiae transitionis phasis α-δ identificandum. Inter haec vitia, vitia VI theoretice praedicuntur transitionem phasis ab α ad δ facile causare. Stratum densum PbC2O4, insolubile in aqua et chemice stabile, introducitur ad phasim α FAPbI3 stabiliendam, formationem vacuitatum I et migrationem ionum I inhibendo. Haec strategia recombinationem interfacialem non-radiativam significanter minuit, efficientiam cellulae solaris ad 25.39% auget, et stabilitatem operationis emendat. Nostrae conclusiones ducem praebent ad PSCs formamidinas efficientes et stabiles consequendas, transitionem phasis ab α ad δ, a vitiis inductam, inhibendo.
Titanium(IV) isopropoxidum (TTIP, 99.999%) a Sigma-Aldrich emptum est. Acidum hydrochloricum (HCl, 35.0–37.0%) et ethanol (anhydricum) a Guangzhou Chemical Industry empti sunt. SnO2 (15% ponderis dispersio colloidali oxidi stanni(IV)) ab Alfa Aesar emptum est. Plumbi(II) iodidum (PbI2, 99.99%) a TCI Shanghai (Sina) emptum est. Formamidini iodidum (FAI, ≥99.5%), formamidini chloridum (FACl4, ≥99.5%), methylamini hydrochloridum (MACl4, ≥99.5%), 2,2′,7,7′-tetrakis-(N,N-di-p)4)-methoxyanilinum)-9,9′-spirobifluorenum (Spiro-OMeTAD, ≥99.5%), lithium bis(trifluoromethanum)sulfonylimidum (Li-TFSI, 99.95%), 4-tert-butylpyridinum (tBP, 96%) a Xi'an Polymer Light Technology Company (Sina) emptum est. N,N-dimethylformamidum (DMF, 99.8%), dimethylsulfoxidum (DMSO, 99.9%), alcohol isopropylicus (IPA, 99.8%), chlorobenzenum (CB4, 99.8%), acetonitrilum (ACN). A Sigma-Aldrich emptum est. Acidum oxalicum (H2C2O4, 99.9%) a Macklin emptum est. Omnia chemica sicut accepta sunt sine ullis aliis modificationibus adhibita sunt.
Substrata ITO vel FTO (1.5 × 1.5 cm2) ultrasonice detergente, acetono, et ethanolo per 10 minuta respective purgata sunt, deinde sub flumine nitrogenii siccata. Densum stratum TiO2 impediens in substrato FTO depositum est utens solutione titanii diisopropoxybis(acetylacetonati) in ethanolo (1/25, v/v) ad 500°C per 60 minuta deposita. Dispersio colloidalis SnO2 aqua deionizata in proportione voluminis 1:5 diluta est. In substrato mundo ozono UV per 20 minuta tractato, tenuis pellicula nanoparticularum SnO2 ad 4000 rpm per 30 secunda deposita est, deinde ad 150°C per 30 minuta praecalefacta. Pro solutione praecursoris perovskiti, 275.2 mg FAI, 737.6 mg PbI2 et FACl (20 mol%) in solvente mixto DMF/DMSO (15/1) dissoluta sunt. Stratum perovskitae paratum est centrifugando 40 μL solutionis praecursoris perovskitae super stratum SnO2 ozono-UV tractatum ad 5000 rpm in aere ambiente per 25 s. Post 5 secundas ab ultimo tempore, 50 μL solutionis MACl IPA (4 mg/mL) celeriter in substratum ut antisolvens instillata est. Deinde, pelliculae recens paratae ad 150°C per 20 min, deinde ad 100°C per 10 min, coctae sunt. Post refrigerationem pelliculae perovskitae ad temperaturam ambientem, solutio H2C2O4 (1, 2, 4 mg in 1 mL IPA dissoluta) ad 4000 rpm per 30 s centrifugata est ad superficiem perovskitae passivandam. Solutio spiro-OMeTAD, mixtura 72.3 mg spiro-OMeTAD, 1 ml CB, 27 µl tBP et 17.5 µl Li-TFSI (520 mg in 1 ml acetonitrili), in pelliculam per rotationem (spin-layed) ad 4000 rpm intra 30 s applicata est. Denique, stratum Au 100 nm crassum in vacuo evaporatum est velocitate 0.05 nm/s (0~1 nm), 0.1 nm/s (2~15 nm) et 0.5 nm/s (16~100 nm).
Effectus SC cellularum solarium perovskitarum mensuratus est utens metro Keithley 2400 sub illuminatione simulatoris solaris (SS-X50) ad intensitatem luminis 100 mW/cm2 et verificatus est utens cellulis solaribus silicii normalibus calibratis. Nisi aliter dictum est, curvae SP mensuratae sunt in cista chirothecae nitrogenio repleta ad temperaturam ambientem (~25°C) in modis scansionis directae et inversae (gradus tensionis 20 mV, tempus morae 10 ms). Larva umbrae adhibita est ad determinandam aream effectivam 0.067 cm2 pro PSC mensurato. Mensurae EQE peractae sunt in aere ambiente utens systemate PVE300-IVT210 (Industrial Vision Technology(s) Pte Ltd) cum luce monochromatica in instrumentum directa. Pro stabilitate instrumenti, probatio cellularum solarium non-incapsulatarum peracta est in cista chirothecae nitrogenii ad pressionem 100 mW/cm2 sine filtro UV. ToF-SIMS mensuratur utens PHI nanoTOFII time-of-flight SIMS. Delineatio profunditatis obtenta est utens tormento ionum Ar 4 kV cum area 400×400 µm.
Mensurae spectroscopiae photoelectronicae radiorum X (XPS) peractae sunt in systemate Thermo-VG Scientific (ESCALAB 250) utens Al Kα monochromatizatu (pro modo XPS) sub pressione 5.0 × 10–7 Pa. Microscopia electronica perlustrativa (SEM) peracta est in systemate JEOL-JSM-6330F. Morphologia superficialis et asperitas pellicularum perovskitarum mensae sunt utens microscopio vi atomica (AFM) (Bruker Dimension FastScan). STEM et HAADF-STEM continentur in FEI Titan Themis STEM. Spectra absorptionis UV–Vis mensa sunt utens UV-3600Plus (Shimadzu Corporation). Currens limitans oneris spatialis (SCLC) in metro Keithley 2400 notata est. Photoluminescentia status stabilis (PL) et photoluminescentia tempore resoluta (TRPL) decrementi vitae vectoris mensae sunt utens spectrometro photoluminescentiae FLS 1000. Imagines mappationis PL mensuratae sunt per systema Horiba LabRam Raman HR Evolution. Spectroscopia Fourier transformata infrarubra (FTIR) per systema Thermo-Fisher Nicolet NXR 9650 peracta est.
In hoc opere, methodum SSW viae sampling utimur ad investigandum iter transitionis phasis ab α-phase ad δ-phasem. In methodo SSW, motus superficiei energiae potentialis determinatur directione modi mollis fortuiti (derivati ​​secundae), quae permittit studium accuratum et obiectivum superficiei energiae potentialis. In hoc opere, sampling viae perficitur in supercella 72 atomorum, et plus quam 100 paria status initialis/finalis (IS/FS) in gradu DFT colliguntur. Fundata in paria datorum IS/FS, via structuram initialem et structuram finalem connectens determinari potest cum correspondentia inter atomos, et deinde motus bidirectionalis secundum superficiem unitatis variabilis adhibetur ad leniter determinandam methodum status transitionis (VK-DESV). Post investigationem status transitionis, via cum minimo impedimento determinari potest ordinando impedimenta energiae.
Omnes computationes DFT peractae sunt utens VASP (versione 5.3.5), ubi interactiones electron-ion atomorum C, N, H, Pb, et I repraesentantur per schema undae amplificatae proiectae (PAW). Functio correlationis permutationis describitur per approximationem gradientis generalizati in parametrizatione Perdue-Burke-Ernzerhoff. Limes energiae pro undis planis statutus est ad 400 eV. Reticulum k-punctorum Monkhorst-Pack magnitudinem habet (2 × 2 × 1). Pro omnibus structuris, positiones clathri et atomicae plene optimizatae sunt donec maxima pars tensionis infra 0.1 GPa et maxima pars vis infra 0.02 eV/Å erat. In modello superficiali, superficies FAPbI3 4 stratas habet, stratum inferius atomos fixos habet corpus FAPbI3 simulantes, et tres strata superiora libere moveri possunt per processum optimizationis. Stratum PbC2O4 crassum est 1 ML et in superficie I-terminali FAPbI3 situm est, ubi Pb cum 1I et 4O iunctum est.
Plura de consilio studii, vide Summarium Relationis Portfolio Naturali huic articulo coniunctum.
Omnia data per hoc studium obtenta vel analysata in articulo edito, necnon in informatione adiuvante et fasciculis datorum crudorum continentur. Data cruda in hoc studio exhibita apud https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440 inveniri possunt. Data originalia pro hoc articulo praebentur.
Green, M. et al. Tabulae Efficientiae Cellularum Solarium (editio 57). programma. photoelectrica. opes. applicatio. 29, 3–15 (2021).
Parker J. et al. *De incremento stratorum perovskiticarum moderando utens volatilibus alkylammonii chloridis*. *Nature* 616, 724–730 (2023).
Zhao Y. et al. (PbI₂)₂RbCl inactivum pelliculas perovskitas pro cellulis solaribus altae efficientiae stabilizat. *Science* 377, 531–534 (2022).
Tan, K. et al. Cellulae solares perovskitae inversae dopatore dimethylacridinylo utentes. *Nature*, 620, 545–551 (2023).
Han, K. et al. Formamidinum plumbum iodidum crystallinum simplex (FAPbI3): perspicientia in proprietates structurales, opticas et electricas. adverbium. Matt. 28, 2253–2258 (2016).
Massey, S. et al. *Stabilizatio phasis perovskitae nigrae in FAPbI3 et CsPbI3*. AKS Energy Communications. 5, 1974–1985 (2020).
Tu, JJ, et al. Cellulae solares perovskitae efficaces per administrationem vectorum emendatam. *Nature* 590, 587–593 (2021).
Saliba M. et al. Incorporatio cationum rubidii in cellulas solares perovskitas efficaciam photovoltaicam emendat. *Science* 354, 206–209 (2016).
Saliba M. et al. Cellulae solares caesii perovskiti tripliciter cationes: stabilitas, reproducibilitas et efficacia alta auctae. *Energy Environment*. *The Science*. 9, 1989–1997 (2016).
Cui X. et al. Progressus recentes in stabilizatione phasis FAPbI3 in cellulis solaris perovskiticis altae efficaciae. Sol. RRL 6, 2200497 (2022).
Delagetta S. et al. Separatio phasium photoinducta rationalisata perovskitarum halogenidarum mixtarum organicorum-inorganicarum. Nat. communication. 8, 200 (2017).
Slotcavage, DJ et al. Separatio phasium lumine inducta in absorbentibus perovskiticorum halogenidorum. AKS Energy Communications. 1, 1199–1205 (2016).
Chen, L. et al. Stabilitas phasis intrinseca et hiatus zonae intrinsecus formamidini plumbi triiodidi perovskiti crystalli singularis. Anjiva. Chemica. Internationalitas. Ed. 61. e202212700 (2022).
Duinsti, EA etc. Intellege decompositionem methylenediamonnii eiusque munus in stabilizatione phasis formamidini triiodidi plumbi. J. Chem. Bitch. 18, 10275–10284 (2023).
Lu, HZ et al. Depositio vaporis efficax et stabilis cellularum solarium perovskitarum nigrarum FAPbI3. *Scientia* 370, 74 (2020).
Doherty, TAS etc. Perovskitae halogenidae octahedricae inclinatae stabiles formationem localizatam phasium cum notis limitatis reprimunt. Science 374, 1598–1605 (2021).
Ho, K. et al. *Rationes transformationis et degradationis granorum formamidini et perovskitarum caesii et plumbi iodidi sub influxu humiditatis et lucis.* AKS Energy Communications. 6, 934–940 (2021).
Zheng J. et al. Elaboratio anionum pseudohalogenicorum pro cellulis solaribus perovskiticis α-FAPbI3. *Nature* 592, 381–385 (2021).