Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझरच्या आवृत्तीला मर्यादित CSS सपोर्ट आहे. सर्वोत्तम परिणामांसाठी, आम्ही तुमच्या ब्राउझरची नवीन आवृत्ती वापरण्याची शिफारस करतो (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये सुसंगतता मोड बंद करा). दरम्यान, सतत सपोर्ट सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही स्टाइलिंग किंवा जावास्क्रिप्टशिवाय साइट दाखवत आहोत.
लीड ट्रायओडाइड पेरोव्स्काईट सौर पेशींचे कार्यप्रदर्शन सुधारण्यासाठी दोष निष्क्रियीकरणाचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला गेला आहे, परंतु α-फेज स्थिरतेवर विविध दोषांचा परिणाम अस्पष्ट आहे; येथे, घनता कार्यात्मक सिद्धांत वापरून, आम्ही प्रथमच फॉर्मामिडीन लीड ट्रायओडाइड पेरोव्स्काईटचा α-फेज ते δ-फेज पर्यंतचा क्षय मार्ग ओळखतो आणि फेज संक्रमण ऊर्जा अडथळावरील विविध दोषांच्या परिणामाचा अभ्यास करतो. सिम्युलेशन निकालांचा अंदाज आहे की आयोडीन रिक्त जागा क्षय होण्याची शक्यता जास्त असते कारण ते α-δ फेज संक्रमणासाठी ऊर्जा अडथळा लक्षणीयरीत्या कमी करतात आणि पेरोव्स्काईट पृष्ठभागावर सर्वात कमी निर्मिती ऊर्जा असते. पेरोव्स्काईट पृष्ठभागावर पाण्यात विरघळणारे लीड ऑक्सलेटचा दाट थर α-फेजच्या विघटनास लक्षणीयरीत्या प्रतिबंधित करते, आयोडीनचे स्थलांतर आणि अस्थिरता रोखते. याव्यतिरिक्त, ही रणनीती इंटरफेशियल नॉनरेडिएटिव्ह रीकॉम्बिनेशनमध्ये लक्षणीयरीत्या घट करते आणि सौर पेशी कार्यक्षमता 25.39% (प्रमाणित 24.92%) पर्यंत वाढवते. १.५ ग्रॅम एअर मास इरॅडिएशनच्या सिम्युलेटेड अंतर्गत ५५० तास जास्तीत जास्त पॉवरवर काम केल्यानंतरही, पॅक न केलेले उपकरण त्याची मूळ ९२% कार्यक्षमता राखू शकते.
पेरोव्स्काईट सोलर सेल्स (PSCs) ची पॉवर कन्व्हर्जन कार्यक्षमता (PCE) २६%१ या प्रमाणित विक्रमी उच्चांकावर पोहोचली आहे. २०१५ पासून, आधुनिक PSCs ने फॉर्मामिडीन ट्रायओडाइड पेरोव्स्काईट (FAPbI3) ला प्रकाश-शोषक थर म्हणून प्राधान्य दिले आहे कारण त्याची उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता आणि शॉकली-केसर मर्यादेच्या २,३,४ जवळील प्राधान्यपूर्ण बँडगॅप आहे. दुर्दैवाने, FAPbI3 फिल्म्स थर्मोडायनामिकली खोलीच्या तापमानावर काळ्या α फेजपासून पिवळ्या नॉन-पेरोव्स्काईट δ फेजमध्ये फेज संक्रमणातून जातात. डेल्टा फेजची निर्मिती रोखण्यासाठी, विविध जटिल पेरोव्स्काईट रचना विकसित केल्या गेल्या आहेत. या समस्येवर मात करण्यासाठी सर्वात सामान्य रणनीती म्हणजे FAPbI3 ला मिथाइल अमोनियम (MA+), सीझियम (Cs+) आणि ब्रोमाइड (Br-) आयन ७,८,९ च्या मिश्रणासह मिसळणे. तथापि, हायब्रिड पेरोव्स्काईट्सना बँडगॅप ब्रॉडनिंग आणि फोटोइंड्युस्ड फेज सेपरेशनचा त्रास होतो, ज्यामुळे परिणामी PSCs10,11,12 च्या कामगिरी आणि ऑपरेशनल स्थिरतेशी तडजोड होते.
अलीकडील अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की कोणत्याही डोपिंगशिवाय शुद्ध सिंगल क्रिस्टल FAPbI3 मध्ये उत्कृष्ट स्फटिकता आणि कमी दोषांमुळे उत्कृष्ट स्थिरता आहे13,14. म्हणून, बल्क FAPbI3 ची स्फटिकता वाढवून दोष कमी करणे ही कार्यक्षम आणि स्थिर PSCs2,15 साध्य करण्यासाठी एक महत्त्वाची रणनीती आहे. तथापि, FAPbI3 PSC च्या ऑपरेशन दरम्यान, अवांछित पिवळ्या षटकोनी नॉन-पेरोव्स्काईट δ टप्प्यात क्षय अजूनही होऊ शकते16. ही प्रक्रिया सहसा पृष्ठभागांवर आणि धान्य सीमांवर सुरू होते जे असंख्य दोषपूर्ण क्षेत्रांच्या उपस्थितीमुळे पाणी, उष्णता आणि प्रकाशासाठी अधिक संवेदनशील असतात17. म्हणून, FAPbI318 च्या काळ्या टप्प्याला स्थिर करण्यासाठी पृष्ठभाग/धान्य निष्क्रियीकरण आवश्यक आहे. कमी-आयामी पेरोव्स्काइट्स, आम्ल-बेस लुईस रेणू आणि अमोनियम हॅलाइड क्षारांचा परिचय यासह अनेक दोष निष्क्रियीकरण धोरणांनी फॉर्मामिडाइन PSCs19,20,21,22 मध्ये मोठी प्रगती केली आहे. आजपर्यंत, जवळजवळ सर्व अभ्यासांनी सौर पेशींमध्ये वाहक पुनर्संयोजन, प्रसार लांबी आणि बँड रचना यासारख्या ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुणधर्मांचे निर्धारण करण्यात विविध दोषांच्या भूमिकेवर लक्ष केंद्रित केले आहे22,23,24. उदाहरणार्थ, घनता कार्यात्मक सिद्धांत (DFT) विविध दोषांच्या निर्मिती उर्जेचा आणि सापळ्यातील उर्जेच्या पातळीचा सैद्धांतिक अंदाज लावण्यासाठी वापरला जातो, जो व्यावहारिक निष्क्रियता डिझाइनचे मार्गदर्शन करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरला जातो20,25,26. दोषांची संख्या कमी होत असताना, उपकरणाची स्थिरता सहसा सुधारते. तथापि, फॉर्मामिडीन पीएससीमध्ये, फेज स्थिरता आणि फोटोइलेक्ट्रिक गुणधर्मांवर विविध दोषांच्या प्रभावाची यंत्रणा पूर्णपणे भिन्न असावी. आमच्या सर्वोत्तम माहितीनुसार, दोष क्यूबिकला षटकोनी (α-δ) फेज संक्रमणात कसे प्रेरित करतात याची मूलभूत समज आणि α-FAPbI3 पेरोव्स्काईटच्या फेज स्थिरतेवर पृष्ठभाग निष्क्रियतेची भूमिका अद्याप कमी समजली आहे.
येथे, आम्ही FAPbI3 पेरोव्स्काईटचा काळ्या α-फेजपासून पिवळ्या δ-फेजपर्यंतचा क्षय मार्ग आणि DFT द्वारे α-ते-δ-फेज संक्रमणाच्या ऊर्जा अडथळ्यावर विविध दोषांचा प्रभाव उघड करतो. फिल्म फॅब्रिकेशन आणि डिव्हाइस ऑपरेशन दरम्यान सहजपणे निर्माण होणाऱ्या I रिक्त जागा, α-δ फेज संक्रमण सुरू करण्याची शक्यता जास्त असल्याचा अंदाज आहे. म्हणून, आम्ही इन सिटू रिअॅक्शनद्वारे FAPbI3 च्या वर लीड ऑक्सलेट (PbC2O4) चा पाण्यात विरघळणारा आणि रासायनिकदृष्ट्या स्थिर दाट थर सादर केला. लीड ऑक्सलेट पृष्ठभाग (LOS) I रिक्त जागा तयार होण्यास प्रतिबंध करते आणि उष्णता, प्रकाश आणि विद्युत क्षेत्रांद्वारे उत्तेजित झाल्यावर I आयनांचे स्थलांतर रोखते. परिणामी LOS इंटरफेशियल नॉनरेडिएटिव्ह रीकॉम्बिनेशनमध्ये लक्षणीयरीत्या घट करते आणि FAPbI3 PSC कार्यक्षमता 25.39% (24.92% प्रमाणित) पर्यंत सुधारते. १.५ ग्रॅम रेडिएशनच्या सिम्युलेटेड एअर मास (AM) वर ५५० तासांहून अधिक काळ कमाल पॉवर पॉइंट (MPP) वर काम केल्यानंतर, अनपॅकेज्ड LOS डिव्हाइसने त्याची मूळ कार्यक्षमता ९२% राखली.
आम्ही प्रथम FAPbI3 पेरोव्स्काईटचा α टप्प्यातून δ टप्प्यात संक्रमणाचा विघटन मार्ग शोधण्यासाठी सुरुवातीची गणना केली. तपशीलवार टप्प्यातील परिवर्तन प्रक्रियेद्वारे, असे आढळून आले की FAPbI3 च्या क्यूबिक α-फेजमधील त्रिमितीय कोपरा-सामायिकरण [PbI6] अष्टाहेड्रॉनपासून FAPbI3 च्या षटकोनी δ-फेजमधील एक-आयामी धार-सामायिकरण [PbI6] अष्टाहेड्रॉनमध्ये रूपांतर साध्य केले जाते. ब्रेकिंग 9. Pb-I पहिल्या टप्प्यात (Int-1) एक बंध तयार करते आणि त्याचा ऊर्जा अडथळा 0.62 eV/सेलपर्यंत पोहोचतो, जसे आकृती 1a मध्ये दर्शविले आहे. जेव्हा अष्टाहेड्रॉन [0\(\bar{1}\)1] दिशेने हलविला जातो, तेव्हा षटकोनी लहान साखळी 1×1 वरून 1×3, 1×4 पर्यंत विस्तारते आणि शेवटी δ टप्प्यात प्रवेश करते. संपूर्ण मार्गाचा अभिमुखता गुणोत्तर (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ आहे. ऊर्जा वितरण आकृतीवरून, असे आढळून येते की खालील टप्प्यांमध्ये FAPbI3 च्या δ टप्प्याचे केंद्रक झाल्यानंतर, ऊर्जा अडथळा α टप्प्याच्या संक्रमणापेक्षा कमी असतो, याचा अर्थ असा की टप्प्याच्या संक्रमणाला गती मिळेल. स्पष्टपणे, जर आपल्याला α-फेज डिग्रेडेशन दाबायचे असेल तर टप्प्याच्या संक्रमणावर नियंत्रण ठेवण्याची पहिली पायरी महत्त्वाची आहे.
डावीकडून उजवीकडे फेज ट्रान्सफॉर्मेशन प्रक्रिया - काळा FAPbI3 फेज (α-फेज), पहिला Pb-I बाँड क्लीवेज (Int-1) आणि पुढील Pb-I बाँड क्लीवेज (Int-2, Int -3 आणि Int -4) आणि पिवळा फेज FAPbI3 (डेल्टा फेज). b विविध अंतर्गत बिंदू दोषांवर आधारित FAPbI3 च्या α ते δ फेज संक्रमणासाठी ऊर्जा अडथळे. ठिपकेदार रेषा आदर्श क्रिस्टलचा ऊर्जा अडथळा दर्शवते (0.62 eV). c शिसे पेरोव्स्काईटच्या पृष्ठभागावर प्राथमिक बिंदू दोषांच्या निर्मितीची ऊर्जा. अ‍ॅब्सिसा अक्ष हा α-δ फेज संक्रमणाचा ऊर्जा अडथळा आहे आणि ऑर्डिनेट अक्ष हा दोष निर्मितीची ऊर्जा आहे. राखाडी, पिवळा आणि हिरव्या रंगात छायांकित केलेले भाग अनुक्रमे प्रकार I (कमी EB-उच्च FE), प्रकार II (उच्च FE) आणि प्रकार III (कमी EB-निम्न FE) आहेत. d नियंत्रणात दोष VI आणि FAPbI3 च्या LOS निर्मितीची ऊर्जा. FAPbI3 च्या नियंत्रण आणि LOS मध्ये आयन स्थलांतरासाठी e I अडथळा. f – gf नियंत्रणात I आयन (नारिंगी गोल) आणि gLOS FAPbI3 (राखाडी, शिसे; जांभळा (नारिंगी), आयोडीन (मोबाइल आयोडीन)) च्या स्थलांतराचे योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व (डावीकडे: वरचे दृश्य; उजवीकडे: क्रॉस सेक्शन, तपकिरी); कार्बन; हलका निळा - नायट्रोजन; लाल - ऑक्सिजन; हलका गुलाबी - हायड्रोजन). स्त्रोत डेटा स्त्रोत डेटा फाइल्सच्या स्वरूपात प्रदान केला जातो.
त्यानंतर आम्ही विविध आंतरिक बिंदू दोषांचा (PbFA, IFA, PbI, आणि IPb अँटीसाइट ऑक्युपन्सी; Pbi आणि II इंटरस्टिशियल अणू; आणि VI, VFA, आणि VPb रिक्त जागा) प्रभावाचा पद्धतशीरपणे अभ्यास केला, जे प्रमुख घटक मानले जातात. जे अणु आणि ऊर्जा पातळीच्या टप्प्यातील ऱ्हासास कारणीभूत आहेत ते आकृती 1b आणि पूरक तक्ता 1 मध्ये दर्शविले आहेत. मनोरंजकपणे, सर्व दोष α-δ टप्प्यातील संक्रमणाचा ऊर्जा अडथळा कमी करत नाहीत (आकृती 1b). आमचा असा विश्वास आहे की कमी निर्मिती ऊर्जा आणि कमी α-δ टप्प्यातील संक्रमण ऊर्जा अडथळे असलेले दोष टप्प्यातील स्थिरतेसाठी हानिकारक मानले जातात. पूर्वी नोंदवल्याप्रमाणे, शिसे-समृद्ध पृष्ठभाग सामान्यतः फॉर्मामिडीन PSC27 साठी प्रभावी मानले जातात. म्हणून, आम्ही शिसे-समृद्ध परिस्थितीत PbI2-समाप्त (100) पृष्ठभागावर लक्ष केंद्रित करतो. पृष्ठभागाच्या अंतर्गत बिंदू दोषांची दोष निर्मिती ऊर्जा आकृती 1c आणि पूरक तक्ता 1 मध्ये दर्शविली आहे. ऊर्जा अडथळा (EB) आणि टप्प्यातील संक्रमण निर्मिती ऊर्जा (FE) वर आधारित, हे दोष तीन प्रकारांमध्ये वर्गीकृत केले आहेत. प्रकार I (कमी EB-उच्च FE): जरी IPb, VFA आणि VPb फेज संक्रमणासाठी ऊर्जा अडथळा लक्षणीयरीत्या कमी करतात, तरी त्यांच्यात उच्च निर्मिती ऊर्जा असते. म्हणून, आमचा असा विश्वास आहे की या प्रकारच्या दोषांचा फेज संक्रमणांवर मर्यादित परिणाम होतो कारण ते क्वचितच तयार होतात. प्रकार II (उच्च EB): सुधारित α-δ फेज संक्रमण ऊर्जा अडथळामुळे, अँटी-साइट दोष PbI, IFA आणि PbFA α-FAPbI3 पेरोव्स्काईटच्या फेज स्थिरतेला हानी पोहोचवत नाहीत. प्रकार III (कमी EB-उच्च FE): तुलनेने कमी निर्मिती ऊर्जा असलेले VI, Ii आणि Pbi दोष ब्लॅक फेज डीग्रेडेशनला कारणीभूत ठरू शकतात. विशेषतः सर्वात कमी FE आणि EB VI दिल्यास, आमचा असा विश्वास आहे की सर्वात प्रभावी धोरण म्हणजे I रिक्त जागा कमी करणे.
VI कमी करण्यासाठी, आम्ही FAPbI3 च्या पृष्ठभागावर सुधारणा करण्यासाठी PbC2O4 चा दाट थर विकसित केला. फेनिलेथिलेअमोनियम आयोडाइड (PEAI) आणि n-ऑक्टिलाअमोनियम आयोडाइड (OAI) सारख्या सेंद्रिय हॅलाइड सॉल्ट पॅसिव्हेटर्सच्या तुलनेत, PbC2O4, ज्यामध्ये कोणतेही मोबाइल हॅलोजन आयन नसतात, रासायनिकदृष्ट्या स्थिर आहे, पाण्यात अघुलनशील आहे आणि उत्तेजनानंतर सहजपणे निष्क्रिय होते. पेरोव्स्काईटच्या पृष्ठभागावरील ओलावा आणि विद्युत क्षेत्राचे चांगले स्थिरीकरण. पाण्यात PbC2O4 ची विद्राव्यता फक्त 0.00065 g/L आहे, जी PbSO428 पेक्षाही कमी आहे. अधिक महत्त्वाचे म्हणजे, इन सिटू रिअॅक्शन्स वापरून पेरोव्स्काईट फिल्म्सवर LOS चे दाट आणि एकसमान थर सौम्यपणे तयार केले जाऊ शकतात (खाली पहा). पूरक आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे आम्ही FAPbI3 आणि PbC2O4 मधील इंटरफेशियल बाँडिंगचे DFT सिम्युलेशन केले. पूरक तक्ता 2 LOS इंजेक्शननंतर दोष निर्मिती ऊर्जा सादर करते. आम्हाला आढळले की LOS केवळ VI दोषांची निर्मिती ऊर्जा 0.69–1.53 eV ने वाढवत नाही (आकृती 1d), तर स्थलांतर पृष्ठभागावर आणि बाहेर पडण्याच्या पृष्ठभागावर I ची सक्रियकरण ऊर्जा देखील वाढवते (आकृती 1e). पहिल्या टप्प्यात, I आयन पेरोव्स्काईट पृष्ठभागावर स्थलांतरित होतात, ज्यामुळे VI आयन 0.61 eV च्या ऊर्जा अडथळासह जाळीच्या स्थितीत राहतात. LOS च्या परिचयानंतर, स्टेरिक अडथळाच्या प्रभावामुळे, I आयनांच्या स्थलांतरासाठी सक्रियकरण ऊर्जा . 1.28 eV पर्यंत वाढते. पेरोव्स्काईट पृष्ठभाग सोडताना I आयनांच्या स्थलांतरादरम्यान, VOC मधील ऊर्जा अडथळा देखील नियंत्रण नमुन्यापेक्षा जास्त असतो (आकृती 1e). नियंत्रणातील I आयन स्थलांतर मार्गांचे योजनाबद्ध आकृत्या आणि LOS FAPbI3 अनुक्रमे आकृती 1 f आणि g मध्ये दर्शविले आहेत. सिम्युलेशन परिणाम दर्शवितात की LOS VI दोषांची निर्मिती आणि I चे अस्थिरीकरण रोखू शकते, ज्यामुळे α ते δ टप्प्यातील संक्रमणाचे केंद्रक रोखले जाऊ शकते.
ऑक्सॅलिक अॅसिड आणि FAPbI3 पेरोव्स्काईटमधील अभिक्रिया तपासण्यात आली. ऑक्सॅलिक अॅसिड आणि FAPbI3 च्या द्रावणांचे मिश्रण केल्यानंतर, मोठ्या प्रमाणात पांढरे अवक्षेपण तयार झाले, जसे की पूरक आकृती 2 मध्ये दाखवले आहे. पावडर उत्पादन शुद्ध PbC2O4 मटेरियल म्हणून ओळखले गेले, एक्स-रे डिफ्रॅक्शन (XRD) (पूरक आकृती 3) आणि फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) (पूरक आकृती 4) वापरून. आम्हाला आढळले की ऑक्सॅलिक अॅसिड खोलीच्या तपमानावर आयसोप्रोपाइल अल्कोहोल (IPA) मध्ये अत्यंत विरघळणारे असते आणि त्याची विद्राव्यता अंदाजे 18 mg/mL असते, जसे की पूरक आकृती 5 मध्ये दाखवले आहे. यामुळे पुढील प्रक्रिया करणे सोपे होते कारण IPA, एक सामान्य पॅसिव्हेशन सॉल्व्हेंट म्हणून, कमी वेळेनंतर पेरोव्स्काईट थराला नुकसान पोहोचवत नाही. म्हणून, पेरोव्स्काईट फिल्मला ऑक्सॅलिक अॅसिड द्रावणात बुडवून किंवा पेरोव्स्काईटवर ऑक्सॅलिक अॅसिड द्रावण फिरवून, खालील रासायनिक समीकरणानुसार पेरोव्स्काईट फिल्मच्या पृष्ठभागावर पातळ आणि दाट PbC2O4 लवकर मिळवता येते: H2C2O4 + FAPbI3 = PbC2O4 + FAI +HI. FAI IPA मध्ये विरघळवता येते आणि अशा प्रकारे स्वयंपाक करताना काढून टाकता येते. LOS ची जाडी प्रतिक्रिया वेळ आणि पूर्वसूचक एकाग्रतेद्वारे नियंत्रित केली जाऊ शकते.
स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM) द्वारे नियंत्रण आणि LOS पेरोव्स्काईट फिल्म्सच्या प्रतिमा आकृती 2a,b मध्ये दर्शविल्या आहेत. निकालांवरून असे दिसून येते की पेरोव्स्काईट पृष्ठभागाचे आकारविज्ञान चांगले जतन केले गेले आहे आणि धान्याच्या पृष्ठभागावर मोठ्या प्रमाणात सूक्ष्म कण जमा झाले आहेत, जे इन-सिटू रिअॅक्शनद्वारे तयार झालेल्या PbC2O4 थराचे प्रतिनिधित्व करतात. LOS पेरोव्स्काईट फिल्ममध्ये किंचित गुळगुळीत पृष्ठभाग (पूरक आकृती 6) आणि नियंत्रण फिल्मच्या तुलनेत मोठा पाण्याचा संपर्क कोन आहे (पूरक आकृती 7). उत्पादनाच्या पृष्ठभागाच्या थराला वेगळे करण्यासाठी उच्च-रिझोल्यूशन ट्रान्सव्हर्स ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (HR-TEM) वापरण्यात आला. नियंत्रण फिल्म (आकृती 2c) च्या तुलनेत, LOS पेरोव्स्काईटच्या वर सुमारे 10 nm जाडीचा एकसमान आणि दाट पातळ थर स्पष्टपणे दिसतो (आकृती 2d). PbC2O4 आणि FAPbI3 मधील इंटरफेसचे परीक्षण करण्यासाठी हाय-अँगल कंकणाकृती डार्क-फील्ड स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (HAADF-STEM) वापरून, FAPbI3 च्या क्रिस्टलीय क्षेत्रांची आणि PbC2O4 च्या अनाकार क्षेत्रांची उपस्थिती स्पष्टपणे पाहिली जाऊ शकते (पूरक आकृती 8). ऑक्सॅलिक अॅसिड उपचारानंतर पेरोव्स्काईटची पृष्ठभाग रचना एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) मोजमापांद्वारे दर्शविली गेली, जसे की आकृती 2e–g मध्ये दर्शविले आहे. आकृती 2e मध्ये, C 1s अनुक्रमे 284.8 eV आणि 288.5 eV च्या आसपास शिखरांवर पोहोचते जे विशिष्ट CC आणि FA सिग्नलशी संबंधित आहे. नियंत्रण पडद्याच्या तुलनेत, LOS पडद्याने 289.2 eV वर अतिरिक्त शिखर प्रदर्शित केले, जे C2O42- ला श्रेय दिले जाते. LOS पेरोव्स्काईटचा O 1s स्पेक्ट्रम 531.7 eV, 532.5 eV आणि 533.4 eV वर तीन रासायनिकदृष्ट्या भिन्न O 1s शिखर प्रदर्शित करतो, जो OH घटकाच्या अखंड ऑक्सलेट गट 30 आणि O अणूंच्या डिप्रोटोनेटेड COO, C=O शी संबंधित आहे (आकृती 2e). )). नियंत्रण नमुन्यासाठी, फक्त एक लहान O 1s शिखर आढळले, जे पृष्ठभागावर ऑक्सिजन केमिसोर्ब्ड झाल्यामुळे होऊ शकते. Pb 4f7/2 आणि Pb 4f5/2 ची नियंत्रण पडदा वैशिष्ट्ये अनुक्रमे 138.4 eV आणि 143.3 eV वर स्थित आहेत. आम्हाला आढळले की LOS पेरोव्स्काईट उच्च बंधन उर्जेकडे सुमारे 0.15 eV च्या Pb शिखराचा शिफ्ट प्रदर्शित करतो, जो C2O42- आणि Pb अणूंमधील मजबूत परस्परसंवाद दर्शवितो (आकृती 2g).
a नियंत्रणाच्या SEM प्रतिमा आणि b LOS पेरोव्स्काईट फिल्म्स, वरचे दृश्य. c नियंत्रणाचे उच्च-रिझोल्यूशन क्रॉस-सेक्शनल ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (HR-TEM) आणि d LOS पेरोव्स्काईट फिल्म्स. e C 1s, f O 1s आणि g Pb 4f पेरोव्स्काईट फिल्म्सचे उच्च-रिझोल्यूशन XPS. स्त्रोत डेटा स्त्रोत डेटा फाइल्सच्या स्वरूपात प्रदान केला जातो.
DFT निकालांनुसार, सैद्धांतिकदृष्ट्या असा अंदाज आहे की VI दोष आणि I स्थलांतर सहजपणे α वरून δ पर्यंत फेज संक्रमणास कारणीभूत ठरतात. मागील अहवालांमध्ये असे दिसून आले आहे की प्रकाश आणि थर्मल ताण31,32,33 मध्ये फिल्म्स उघड केल्यानंतर फोटोइमर्सन दरम्यान पीसी-आधारित पेरोव्स्काईट फिल्म्समधून I2 वेगाने सोडला जातो. पेरोव्स्काईटच्या α-फेजवर लीड ऑक्सलेटचा स्थिरीकरण प्रभाव पुष्टी करण्यासाठी, आम्ही टोल्युइन असलेल्या पारदर्शक काचेच्या बाटल्यांमध्ये अनुक्रमे नियंत्रण आणि LOS पेरोव्स्काईट फिल्म्स बुडवले आणि नंतर त्यांना 24 तासांसाठी 1 सूर्यप्रकाशाने विकिरणित केले. आम्ही आकृती 3a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे अल्ट्राव्हायोलेट आणि दृश्यमान प्रकाश (UV-Vis) टोल्युइन द्रावणाचे शोषण मोजले. नियंत्रण नमुन्याच्या तुलनेत, LOS-पेरोव्स्काईटच्या बाबतीत खूपच कमी I2 शोषण तीव्रता दिसून आली, जे दर्शवते की कॉम्पॅक्ट LOS प्रकाश विसर्जनादरम्यान पेरोव्स्काईट फिल्ममधून I2 सोडण्यास प्रतिबंध करू शकते. आकृती 3b आणि c मधील इनसेटमध्ये वृद्ध नियंत्रण आणि LOS पेरोव्स्काईट फिल्म्सचे फोटो दाखवले आहेत. LOS पेरोव्स्काईट अजूनही काळा आहे, तर बहुतेक कंट्रोल फिल्म पिवळी झाली आहे. बुडवलेल्या फिल्मचा UV-दृश्यमान शोषण स्पेक्ट्रा आकृती 3b, c मध्ये दाखवला आहे. आम्हाला आढळले की कंट्रोल फिल्ममध्ये α शी संबंधित शोषण स्पष्टपणे कमी झाले आहे. क्रिस्टल स्ट्रक्चरच्या उत्क्रांतीचे दस्तऐवजीकरण करण्यासाठी एक्स-रे मोजमाप केले गेले. 24 तासांच्या प्रकाशानंतर, कंट्रोल पेरोव्स्काईटने एक मजबूत पिवळा δ-फेज सिग्नल (11.8°) दर्शविला, तर LOS पेरोव्स्काईटने अजूनही चांगला काळा टप्पा राखला (आकृती 3d).
टोल्युइन सोल्युशनचा यूव्ही-दृश्यमान शोषण स्पेक्ट्रा ज्यामध्ये कंट्रोल फिल्म आणि एलओएस फिल्म २४ तासांसाठी १ सूर्यप्रकाशात बुडवण्यात आली होती. इनसेटमध्ये एक कुपी दाखवली आहे ज्यामध्ये प्रत्येक फिल्म टोल्युइनच्या समान प्रमाणात बुडवण्यात आली होती. b कंट्रोल फिल्मचा यूव्ही-व्हिस शोषण स्पेक्ट्रा आणि c एलओएस फिल्म एका सूर्यप्रकाशात बुडवण्यापूर्वी आणि नंतर. इनसेटमध्ये चाचणी फिल्मचा फोटो दाखवला आहे. d एक्सपोजरच्या २४ तास आधी आणि नंतर कंट्रोल आणि एलओएस फिल्मचे एक्स-रे डिफ्रॅक्शन पॅटर्न. २४ तासांच्या एक्सपोजरनंतर कंट्रोल फिल्म ई आणि फिल्म एफ एलओएसच्या SEM प्रतिमा. स्रोत डेटा स्त्रोत डेटा फाइल्सच्या स्वरूपात प्रदान केला आहे.
आकृती 3e,f मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, 24 तासांच्या प्रकाशानंतर पेरोव्स्काईट फिल्ममधील सूक्ष्म संरचनात्मक बदलांचे निरीक्षण करण्यासाठी आम्ही स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM) मोजमाप केले. नियंत्रण फिल्ममध्ये, मोठे धान्य नष्ट झाले आणि लहान सुयांमध्ये रूपांतरित झाले, जे δ-फेज उत्पादन FAPbI3 (आकृती 3e) च्या आकारविज्ञानाशी संबंधित होते. LOS फिल्मसाठी, पेरोव्स्काईट धान्य चांगल्या स्थितीत राहतात (आकृती 3f). निकालांनी पुष्टी केली की I चे नुकसान काळ्या टप्प्यापासून पिवळ्या टप्प्यात संक्रमणास लक्षणीयरीत्या प्रेरित करते, तर PbC2O4 काळ्या टप्प्याला स्थिर करते, I चे नुकसान रोखते. पृष्ठभागावरील रिक्तता घनता धान्याच्या मोठ्या प्रमाणापेक्षा खूपच जास्त असल्याने, 34 हा टप्पा धान्याच्या पृष्ठभागावर होण्याची शक्यता जास्त असते. एकाच वेळी आयोडीन सोडणे आणि VI तयार करणे. DFT ने भाकीत केल्याप्रमाणे, LOS VI दोषांच्या निर्मितीस प्रतिबंध करू शकते आणि I आयनांचे पेरोव्स्काईट पृष्ठभागावर स्थलांतर रोखू शकते.
याव्यतिरिक्त, वातावरणातील हवेतील पेरोव्स्काईट फिल्म्सच्या आर्द्रता प्रतिरोधनावर PbC2O4 थराचा परिणाम (सापेक्ष आर्द्रता 30-60%) अभ्यासण्यात आला. पूरक आकृती 9 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, LOS पेरोव्स्काईट 12 दिवसांनंतरही काळा होता, तर नियंत्रण फिल्म पिवळी झाली. XRD मोजमापांमध्ये, नियंत्रण फिल्म FAPbI3 च्या δ टप्प्याशी संबंधित 11.8° वर एक मजबूत शिखर दर्शवते, तर LOS पेरोव्स्काईट काळा α फेज चांगल्या प्रकारे राखून ठेवते (पूरक आकृती 10).
पेरोव्स्काईट पृष्ठभागावर शिशाच्या ऑक्सलेटच्या निष्क्रियीकरण परिणामाचा अभ्यास करण्यासाठी स्थिर-स्थिती फोटोल्युमिनेसेन्स (PL) आणि वेळ-निराकरण फोटोल्युमिनेसेन्स (TRPL) चा वापर करण्यात आला. आकृती 4a मध्ये असे दिसून आले आहे की LOS फिल्मने PL तीव्रता वाढवली आहे. PL मॅपिंग प्रतिमेमध्ये, 10 × 10 μm2 च्या संपूर्ण क्षेत्रावरील LOS फिल्मची तीव्रता नियंत्रण फिल्मपेक्षा जास्त आहे (पूरक आकृती 11), जे दर्शवते की PbC2O4 पेरोव्स्काईट फिल्मला एकसमानपणे निष्क्रिय करते. वाहक जीवनकाळ एका सिंगल एक्सपोनेन्शियल फंक्शन (आकृती 4b) सह TRPL क्षय अंदाजे करून निर्धारित केला जातो. LOS फिल्मचा वाहक जीवनकाळ 5.2 μs आहे, जो 0.9 μs च्या वाहक जीवनकाळ असलेल्या नियंत्रण फिल्मपेक्षा खूपच जास्त आहे, जो पृष्ठभागाच्या नॉनरेडिएटिव्ह रीकॉम्बिनेशनमध्ये घट दर्शवितो.
काचेच्या सब्सट्रेट्सवरील पेरोव्स्काईट फिल्म्सच्या तात्पुरत्या PL चे स्थिर-स्थिती PL आणि b-स्पेक्ट्रा. c डिव्हाइसचा SP वक्र (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au). d EQE स्पेक्ट्रम आणि Jsc EQE स्पेक्ट्रम सर्वात कार्यक्षम डिव्हाइसमधून एकत्रित केले. d Voc आकृतीवर पेरोव्स्काईट डिव्हाइसच्या प्रकाश तीव्रतेचे अवलंबित्व. f ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au क्लीन होल डिव्हाइस वापरून सामान्य MKRC विश्लेषण. VTFL हा जास्तीत जास्त ट्रॅप फिलिंग व्होल्टेज आहे. या डेटावरून आम्ही ट्रॅप घनता (Nt) मोजली. स्त्रोत डेटा स्त्रोत डेटा फाइल्सच्या स्वरूपात प्रदान केला जातो.
उपकरणाच्या कामगिरीवर शिशाच्या ऑक्सलेट थराचा परिणाम अभ्यासण्यासाठी, पारंपारिक FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au संपर्क रचना वापरली गेली. डिव्हाइसची चांगली कामगिरी साध्य करण्यासाठी आम्ही मेथिलामाइन हायड्रोक्लोराइड (MACl) ऐवजी पेरोव्स्काईट प्रिकर्सरमध्ये अॅडिटीव्ह म्हणून फॉर्मामिडीन क्लोराईड (FACl) वापरतो, कारण FACl चांगली क्रिस्टल गुणवत्ता प्रदान करू शकते आणि FAPbI335 चे बँड गॅप टाळू शकते (तपशीलवार तुलनेसाठी पूरक आकृती 1 आणि 2 पहा). 12-14). IPA ला अँटीसॉल्व्हेंट म्हणून निवडण्यात आले कारण ते डायथिल इथर (DE) किंवा क्लोरोबेंझिन (CB)36 (पूरक आकृती 15 आणि 16) च्या तुलनेत पेरोव्स्काईट फिल्ममध्ये चांगली क्रिस्टल गुणवत्ता आणि पसंतीची अभिमुखता प्रदान करते. PbC2O4 ची जाडी ऑक्सॅलिक ऍसिड एकाग्रता समायोजित करून दोष निष्क्रियता आणि चार्ज ट्रान्सपोर्टला चांगले संतुलित करण्यासाठी काळजीपूर्वक ऑप्टिमाइझ केली गेली (पूरक आकृती 17). ऑप्टिमाइज्ड कंट्रोल आणि LOS उपकरणांच्या क्रॉस-सेक्शनल SEM प्रतिमा पूरक आकृती १८ मध्ये दर्शविल्या आहेत. नियंत्रण आणि LOS उपकरणांसाठी सामान्य वर्तमान घनता (CD) वक्र आकृती ४c मध्ये दर्शविल्या आहेत आणि काढलेले पॅरामीटर्स पूरक तक्ता ३ मध्ये दिले आहेत. कमाल पॉवर रूपांतरण कार्यक्षमता (PCE) नियंत्रण पेशी २३.४३% (२२.९४%), Jsc २५.७५ mA cm-२ (२५.७४ mA cm-२), Voc १.१६ V (१.१६ V) आणि रिव्हर्स (फॉरवर्ड) स्कॅन. फिल फॅक्टर (FF) ७८.४०% (७६.६९%) आहे. कमाल PCE LOS PSC २५.३९% (२४.७९%), Jsc २५.७७ mA cm-२, Voc १.१८ V आहे, FF रिव्हर्स (फॉरवर्ड स्कॅन टू) पासून ८३.५०% (८१.५२%) आहे. LOS उपकरणाने एका विश्वासार्ह तृतीय-पक्ष फोटोव्होल्टेइक प्रयोगशाळेत २४.९२% प्रमाणित फोटोव्होल्टेइक कामगिरी साध्य केली (पूरक आकृती १९). बाह्य क्वांटम कार्यक्षमता (EQE) ने अनुक्रमे २४.९० mA cm-२ (नियंत्रण) आणि २५.१८ mA cm-२ (LOS PSC) चे एकात्मिक Jsc दिले, जे मानक AM १.५ G स्पेक्ट्रममध्ये मोजलेल्या Jsc शी चांगले सहमत होते (आकृती ४d). नियंत्रण आणि LOS PSC साठी मोजलेल्या PCE चे सांख्यिकीय वितरण पूरक आकृती २० मध्ये दर्शविले आहे.
आकृती 4e मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, PbC2O4 चा ट्रॅप-असिस्टेड पृष्ठभाग पुनर्संयोजनावर होणारा परिणाम अभ्यासण्यासाठी Voc आणि प्रकाश तीव्रतेमधील संबंध मोजण्यात आला. LOS उपकरणासाठी बसवलेल्या रेषेचा उतार 1.16 kBT/sq आहे, जो नियंत्रण उपकरणासाठी बसवलेल्या रेषेच्या उतारापेक्षा कमी आहे (1.31 kBT/sq), जे पुष्टी करते की LOS डीकोयद्वारे पृष्ठभाग पुनर्संयोजन रोखण्यासाठी उपयुक्त आहे. आकृतीमध्ये दाखवल्याप्रमाणे, छिद्र उपकरणाच्या गडद IV वैशिष्ट्याचे (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) मोजून पेरोव्स्काईट फिल्मची दोष घनता परिमाणात्मकपणे मोजण्यासाठी आम्ही स्पेस चार्ज करंट लिमिटिंग (SCLC) तंत्रज्ञान वापरतो. 4f दाखवा. ट्रॅप घनता Nt = 2ε0εVTFL/eL2 या सूत्राने मोजली जाते, जिथे ε हा पेरोव्स्काईट फिल्मचा सापेक्ष डायलेक्ट्रिक स्थिरांक आहे, ε0 हा व्हॅक्यूमचा डायलेक्ट्रिक स्थिरांक आहे, VTFL हा ट्रॅप भरण्यासाठी मर्यादित व्होल्टेज आहे, e हा चार्ज आहे, L ही पेरोव्स्काईट फिल्मची जाडी आहे (650 nm). VOC उपकरणाची दोष घनता 1.450 × 1015 cm–3 मोजली जाते, जी नियंत्रण उपकरणाच्या दोष घनतेपेक्षा कमी आहे, जी 1.795 × 1015 cm–3 आहे.
अनपॅकेज्ड डिव्हाइसची दीर्घकालीन कार्यक्षमता स्थिरता तपासण्यासाठी दिवसाच्या प्रकाशात जास्तीत जास्त पॉवर पॉइंट (MPP) वर नायट्रोजनखाली चाचणी करण्यात आली (आकृती 5a). 550 तासांनंतर, LOS डिव्हाइसने त्याच्या कमाल कार्यक्षमतेच्या 92% अजूनही राखले, तर नियंत्रण डिव्हाइसची कार्यक्षमता त्याच्या मूळ कामगिरीच्या 60% पर्यंत घसरली. जुन्या डिव्हाइसमधील घटकांचे वितरण उड्डाणाच्या वेळेच्या दुय्यम आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (ToF-SIMS) (आकृती 5b, c) द्वारे मोजले गेले. वरच्या सोन्याच्या नियंत्रण क्षेत्रात आयोडीनचा मोठा संचय दिसून येतो. निष्क्रिय वायू संरक्षणाच्या परिस्थिती ओलावा आणि ऑक्सिजन सारख्या पर्यावरणीयदृष्ट्या खराब घटकांना वगळतात, जे सूचित करतात की अंतर्गत यंत्रणा (म्हणजेच, आयन स्थलांतर) जबाबदार आहेत. ToF-SIMS निकालांनुसार, Au इलेक्ट्रोडमध्ये I- आणि AuI2- आयन आढळले, जे I चे पेरोव्स्काईटमधून Au मध्ये प्रसार दर्शवितात. नियंत्रण डिव्हाइसमधील I- आणि AuI2- आयनची सिग्नल तीव्रता VOC नमुन्यापेक्षा अंदाजे 10 पट जास्त आहे. मागील अहवालांमध्ये असे दिसून आले आहे की आयन पारगमनामुळे स्पायरो-OMeTAD च्या छिद्र चालकतेमध्ये जलद घट होऊ शकते आणि वरच्या इलेक्ट्रोड थराचे रासायनिक गंज होऊ शकते, ज्यामुळे उपकरणातील इंटरफेशियल संपर्क खराब होऊ शकतो37,38. Au इलेक्ट्रोड काढून टाकण्यात आला आणि क्लोरोबेन्झिन द्रावणाने सब्सट्रेटमधून स्पायरो-OMeTAD थर साफ करण्यात आला. त्यानंतर आम्ही ग्रेझिंग इन्सिडन्स एक्स-रे डिफ्रॅक्शन (GIXRD) (आकृती 5d) वापरून फिल्मचे वर्णन केले. निकाल दर्शवितात की कंट्रोल फिल्ममध्ये 11.8° वर स्पष्ट डिफ्रॅक्शन पीक आहे, तर LOS नमुन्यात कोणतेही नवीन डिफ्रॅक्शन पीक दिसत नाही. निकाल दर्शवितात की कंट्रोल फिल्ममध्ये I आयनचे मोठे नुकसान δ फेजच्या निर्मितीकडे नेते, तर LOS फिल्ममध्ये ही प्रक्रिया स्पष्टपणे रोखली जाते.
नायट्रोजन वातावरणात सील न केलेल्या उपकरणाचे ५७५ तास सतत MPP ट्रॅकिंग आणि UV फिल्टरशिवाय १ सूर्यप्रकाश. LOS MPP नियंत्रण उपकरण आणि वृद्धत्व उपकरणात b I- आणि c AuI2- आयनचे ToF-SIMS वितरण. पिवळ्या, हिरव्या आणि नारिंगीच्या छटा Au, Spiro-OMeTAD आणि पेरोव्स्काईटशी जुळतात. MPP चाचणीनंतर पेरोव्स्काईट फिल्मचा GIXRD. स्त्रोत डेटा स्त्रोत डेटा फाइल्सच्या स्वरूपात प्रदान केला जातो.
PbC2O4 आयन स्थलांतर रोखू शकते याची पुष्टी करण्यासाठी तापमान-अवलंबित चालकता मोजण्यात आली (पूरक आकृती 21). आयन स्थलांतराची सक्रियकरण ऊर्जा (Ea) वेगवेगळ्या तापमानांवर (T) FAPbI3 फिल्मच्या चालकता (σ) मधील बदल मोजून आणि नर्न्स्ट-आइन्स्टाईन संबंध वापरून निश्चित केली जाते: σT = σ0exp(−Ea/kBT), जिथे σ0 एक स्थिरांक आहे, kB हा बोल्ट्झमन स्थिरांक आहे. आपल्याला 1/T विरुद्ध ln(σT) च्या उतारावरून Ea चे मूल्य मिळते, जे नियंत्रणासाठी 0.283 eV आणि LOS उपकरणासाठी 0.419 eV आहे.
थोडक्यात, आम्ही FAPbI3 पेरोव्स्काईटच्या क्षय मार्गाची ओळख पटविण्यासाठी आणि α-δ फेज ट्रांझिशनच्या ऊर्जा अडथळ्यावर विविध दोषांचा प्रभाव ओळखण्यासाठी एक सैद्धांतिक चौकट प्रदान करतो. या दोषांपैकी, VI दोष सैद्धांतिकदृष्ट्या α ते δ पर्यंत फेज ट्रांझिशन सहजपणे घडवून आणतील असा अंदाज आहे. I रिक्त पदांची निर्मिती आणि I आयनांचे स्थलांतर रोखून FAPbI3 च्या α-फेजला स्थिर करण्यासाठी PbC2O4 चा पाण्यात विरघळणारा आणि रासायनिकदृष्ट्या स्थिर दाट थर सादर केला जातो. ही रणनीती इंटरफेशियल नॉन-रेडिएटिव्ह रीकॉम्बिनेशनमध्ये लक्षणीयरीत्या घट करते, सौर पेशी कार्यक्षमता 25.39% पर्यंत वाढवते आणि ऑपरेटिंग स्थिरता सुधारते. आमचे निकाल दोष-प्रेरित α ते δ फेज ट्रांझिशनला रोखून कार्यक्षम आणि स्थिर फॉर्मामिडीन PSC साध्य करण्यासाठी मार्गदर्शन प्रदान करतात.
टायटॅनियम(IV) आयसोप्रोपॉक्साइड (TTIP, 99.999%) सिग्मा-अल्ड्रिचकडून खरेदी करण्यात आले. हायड्रोक्लोरिक आम्ल (HCl, 35.0–37.0%) आणि इथेनॉल (निर्जल) ग्वांगझू केमिकल इंडस्ट्रीकडून खरेदी करण्यात आले. SnO2 (15 wt% टिन(IV) ऑक्साइड कोलाइडल डिस्पर्शन) अल्फा एसरकडून खरेदी करण्यात आले. शिसे(II) आयोडाइड (PbI2, 99.99%) TCI शांघाय (चीन) येथून खरेदी करण्यात आले. फॉर्मामिडीन आयोडाइड (FAI, ≥99.5%), फॉर्मामिडीन क्लोराईड (FACl, ≥99.5%), मेथिलामाइन हायड्रोक्लोराइड (MACl, ≥99.5%), 2,2′,7,7′-टेट्राकिस-(N, N-di-p))-मेथोक्सायनिलिन)-9,9′-स्पायरोबिफ्लोरोन (स्पिरो-OMeTAD, ≥99.5%), लिथियम बिस(ट्रायफ्लुरोमेथेन)सल्फोनीलिमाइड (Li-TFSI, 99.95%), 4-टर्ट -ब्यूटिलपायरीडिन (tBP, 96%) हे शी'आन पॉलिमर लाईट टेक्नॉलॉजी कंपनी (चीन) कडून खरेदी केले गेले. N,N-डायमिथाइलफॉर्माइड (DMF, 99.8%), डायमिथाइल सल्फोक्साइड (DMSO, 99.9%), आयसोप्रोपाइल अल्कोहोल (IPA, 99.8%), क्लोरोबेन्झिन (CB, 99.8%), एसीटोनिट्राइल (ACN). सिग्मा-अल्ड्रिचकडून खरेदी केलेले. ऑक्सॅलिक अॅसिड (H2C2O4, 99.9%) मॅक्लिनकडून खरेदी केले गेले. इतर कोणत्याही सुधारणांशिवाय सर्व रसायने प्राप्त झाल्याप्रमाणे वापरली गेली.
ITO किंवा FTO सब्सट्रेट्स (१.५ × १.५ सेमी२) अनुक्रमे डिटर्जंट, एसीटोन आणि इथेनॉलने १० मिनिटांसाठी अल्ट्रासोनिक पद्धतीने स्वच्छ केले गेले आणि नंतर नायट्रोजन प्रवाहाखाली वाळवले गेले. इथेनॉलमध्ये टायटॅनियम डायसोप्रोपॉक्सीबिस (एसिटिलएसेटोनेट) च्या द्रावणाचा वापर करून FTO सब्सट्रेटवर एक दाट TiO2 अडथळा थर जमा केला गेला (१/२५, v/v) ५०० °C वर ६० मिनिटांसाठी जमा केला गेला. SnO2 कोलाइडल डिस्पर्शन १:५ च्या आकारमानाच्या प्रमाणात डीआयोनाइज्ड पाण्याने पातळ केले गेले. २० मिनिटांसाठी यूव्ही ओझोनने उपचार केलेल्या स्वच्छ सब्सट्रेटवर, SnO2 नॅनोपार्टिकल्सची पातळ थर ४००० आरपीएमवर ३० सेकंदांसाठी जमा केली गेली आणि नंतर १५० °C वर ३० मिनिटांसाठी प्रीहीट केली गेली. पेरोव्स्काईट प्रिकर्सर सोल्यूशनसाठी, २७५.२ मिलीग्राम एफएआय, ७३७.६ मिलीग्राम पीबीआय२ आणि एफएसीएल (२० मोल%) डीएमएफ/डीएमएसओ (१५/१) मिश्रित द्रावणात विरघळली गेली. पेरोव्स्काईट थर तयार करण्यासाठी, पेरोव्स्काईट प्रिकर्सर सोल्यूशनचे ४० μL सेंट्रीफ्यूजिंग UV-ओझोन-ट्रीटेड SnO2 लेयरच्या वर ५००० rpm वर २५ सेकंदांसाठी सभोवतालच्या हवेत केले गेले. शेवटच्या वेळी, ५० μL MACl IPA सोल्यूशन (४ mg/mL) त्वरीत सब्सट्रेटवर अँटीसॉल्व्हेंट म्हणून टाकण्यात आले. त्यानंतर, ताज्या तयार केलेल्या फिल्म्स १५०°C वर २० मिनिटांसाठी आणि नंतर १००°C वर १० मिनिटांसाठी अॅनिल केल्या गेल्या. पेरोव्स्काईट फिल्म खोलीच्या तपमानावर थंड केल्यानंतर, H2C2O4 सोल्यूशन (१, २, ४ mg १ mL IPA मध्ये विरघळलेले) ३० सेकंदांसाठी ४००० rpm वर सेंट्रीफ्यूज केले गेले जेणेकरून पेरोव्स्काईट पृष्ठभाग निष्क्रिय होईल. ७२.३ मिलीग्राम स्पिरो-ओएमईटीएडी, १ मिली सीबी, २७ µl टीबीपी आणि १७.५ µl लिथियम-टीएफएसआय (१ मिली एसीटोनिट्राइलमध्ये ५२० मिलीग्राम) मिसळून तयार केलेले स्पिरो-ओएमईटीएडी द्रावण ३० सेकंदांच्या आत ४००० आरपीएमवर फिल्मवर फिरवले गेले. शेवटी, १०० एनएम जाडीचा एयू थर व्हॅक्यूममध्ये ०.०५ एनएम/सेकंद (०~१ एनएम), ०.१ एनएम/सेकंद (२~१५ एनएम) आणि ०.५ एनएम/सेकंद (१६~१०० एनएम) दराने बाष्पीभवन झाला. ).
पेरोव्स्काईट सोलर सेल्सची SC कामगिरी केथली २४०० मीटर अंडर सोलर सिम्युलेटर इल्युमिनेशन (SS-X50) वापरून १०० mW/cm2 च्या प्रकाश तीव्रतेवर मोजण्यात आली आणि कॅलिब्रेटेड स्टँडर्ड सिलिकॉन सोलर सेल्स वापरून पडताळण्यात आली. अन्यथा सांगितले नसल्यास, SP वक्र नायट्रोजनने भरलेल्या ग्लोव्ह बॉक्समध्ये खोलीच्या तपमानावर (~२५°C) फॉरवर्ड आणि रिव्हर्स स्कॅन मोडमध्ये मोजले गेले (व्होल्टेज स्टेप २० mV, विलंब वेळ १० ms). मोजलेल्या PSC साठी ०.०६७ cm2 चे प्रभावी क्षेत्र निश्चित करण्यासाठी शॅडो मास्क वापरण्यात आला. डिव्हाइसवर केंद्रित मोनोक्रोमॅटिक प्रकाशासह PVE300-IVT210 सिस्टम (इंडस्ट्रियल व्हिजन टेक्नॉलॉजी(s) Pte Ltd) वापरून सभोवतालच्या हवेत EQE मोजमाप केले गेले. डिव्हाइस स्थिरतेसाठी, नॉन-एन्कॅप्स्युलेटेड सोलर सेल्सची चाचणी UV फिल्टरशिवाय १०० mW/cm2 दाबावर नायट्रोजन ग्लोव्हबॉक्समध्ये केली गेली. ToF-SIMS हे PHI nanoTOFII टाइम-ऑफ-फ्लाइट SIMS वापरून मोजले जाते. ४००×४०० µm क्षेत्रफळ असलेल्या ४ kV Ar आयन गनचा वापर करून डेप्थ प्रोफाइलिंग मिळवण्यात आले.
एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) मोजमाप थर्मो-VG सायंटिफिक सिस्टीम (ESCALAB 250) वर मोनोक्रोमेटाइज्ड Al Kα (XPS मोडसाठी) वापरून 5.0 × 10–7 Pa च्या दाबाने केले गेले. JEOL-JSM-6330F सिस्टीमवर स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM) करण्यात आली. पेरोव्स्काईट फिल्म्सची पृष्ठभागाची आकारविज्ञान आणि खडबडीतपणा अणु बल मायक्रोस्कोपी (AFM) (ब्रुकर डायमेंशन फास्टस्कॅन) वापरून मोजण्यात आला. STEM आणि HAADF-STEM FEI टायटन थेमिस STEM येथे आयोजित केले जातात. UV-3600Plus (Shimadzu Corporation) वापरून UV-Vis शोषण स्पेक्ट्रा मोजण्यात आला. Keithley 2400 मीटरवर स्पेस चार्ज लिमिटिंग करंट (SCLC) रेकॉर्ड करण्यात आला. FLS 1000 फोटोल्युमिनेसेन्स स्पेक्ट्रोमीटर वापरून वाहक जीवनकाळातील क्षयचे स्थिर-स्थिती फोटोल्युमिनेसेन्स (PL) आणि वेळ-निराकरण केलेले फोटोल्युमिनेसेन्स (TRPL) मोजण्यात आले. होरिबा लॅब्राम रमन सिस्टम एचआर इव्होल्यूशन वापरून पीएल मॅपिंग प्रतिमा मोजण्यात आल्या. थर्मो-फिशर निकोलेट एनएक्सआर ९६५० सिस्टम वापरून फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (एफटीआयआर) करण्यात आली.
या कामात, आम्ही α-फेज ते δ-फेज पर्यंतच्या फेज संक्रमण मार्गाचा अभ्यास करण्यासाठी SSW पथ नमुना पद्धत वापरतो. SSW पद्धतीमध्ये, संभाव्य ऊर्जा पृष्ठभागाची गती यादृच्छिक सॉफ्ट मोड (दुसरा डेरिव्हेटिव्ह) च्या दिशेने निश्चित केली जाते, ज्यामुळे संभाव्य ऊर्जा पृष्ठभागाचा तपशीलवार आणि वस्तुनिष्ठ अभ्यास करता येतो. या कामात, 72-अणू सुपरसेलवर पथ नमुना घेतला जातो आणि DFT स्तरावर 100 पेक्षा जास्त प्रारंभिक/अंतिम अवस्था (IS/FS) जोड्या गोळा केल्या जातात. IS/FS जोडीनिहाय डेटा सेटच्या आधारे, प्रारंभिक रचना आणि अंतिम रचना यांना जोडणारा मार्ग अणूंमधील पत्रव्यवहाराने निश्चित केला जाऊ शकतो आणि नंतर परिवर्तनीय युनिट पृष्ठभागासह द्वि-मार्गी हालचाल संक्रमण स्थिती पद्धत सहजतेने निश्चित करण्यासाठी वापरली जाते. (VK-DESV). संक्रमण स्थिती शोधल्यानंतर, सर्वात कमी अडथळा असलेला मार्ग ऊर्जा अडथळ्यांना क्रमवारी लावून निश्चित केला जाऊ शकतो.
सर्व DFT गणना VASP (आवृत्ती 5.3.5) वापरून केली गेली, जिथे C, N, H, Pb आणि I अणूंचे इलेक्ट्रॉन-आयन परस्परसंवाद प्रक्षेपित प्रवर्धित लाट (PAW) योजनेद्वारे दर्शविले जातात. एक्सचेंज सहसंबंध कार्याचे वर्णन पर्ड्यू-बर्क-एर्न्झरहॉफ पॅरामीटरायझेशनमध्ये सामान्यीकृत ग्रेडियंट अंदाजाद्वारे केले जाते. समतल लाटांसाठी ऊर्जा मर्यादा 400 eV वर सेट केली गेली होती. मोंखोर्स्ट-पॅक के-पॉइंट ग्रिडचा आकार (2 × 2 × 1) आहे. सर्व संरचनांसाठी, जास्तीत जास्त ताण घटक 0.1 GPa पेक्षा कमी होईपर्यंत आणि जास्तीत जास्त बल घटक 0.02 eV/Å पेक्षा कमी होईपर्यंत जाळी आणि अणु स्थिती पूर्णपणे ऑप्टिमाइझ केल्या गेल्या. पृष्ठभाग मॉडेलमध्ये, FAPbI3 च्या पृष्ठभागावर 4 थर आहेत, खालच्या थरात FAPbI3 च्या शरीराचे अनुकरण करणारे स्थिर अणू आहेत आणि वरचे तीन थर ऑप्टिमायझेशन प्रक्रियेदरम्यान मुक्तपणे हलू शकतात. PbC2O4 थर 1 ML जाडीचा आहे आणि FAPbI3 च्या I-टर्मिनल पृष्ठभागावर स्थित आहे, जिथे Pb 1 I आणि 4 O ला बांधलेला आहे.
अभ्यासाच्या रचनेबद्दल अधिक माहितीसाठी, या लेखाशी संबंधित नैसर्गिक पोर्टफोलिओ अहवाल सारांश पहा.
या अभ्यासादरम्यान मिळालेला किंवा विश्लेषित केलेला सर्व डेटा प्रकाशित लेखात तसेच सहाय्यक माहिती आणि कच्च्या डेटा फायलींमध्ये समाविष्ट केला आहे. या अभ्यासात सादर केलेला कच्चा डेटा https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440 वर उपलब्ध आहे. या लेखासाठी स्रोत डेटा प्रदान केला आहे.
ग्रीन, एम. आणि इतर. सोलर सेल एफिशियन्सी टेबल्स (५७ वी आवृत्ती). प्रोग्राम. फोटोइलेक्ट्रिक. रिसोर्स. अॅप्लिकेशन. २९, ३–१५ (२०२१).
पार्कर जे. आणि इतर. अस्थिर अल्काइल अमोनियम क्लोराईड वापरून पेरोव्स्काईट थरांच्या वाढीवर नियंत्रण ठेवणे. नेचर ६१६, ७२४–७३० (२०२३).
झाओ वाय. आणि इतर. निष्क्रिय (PbI2)2RbCl उच्च-कार्यक्षमतेच्या सौर पेशींसाठी पेरोव्स्काईट फिल्म्स स्थिर करते. विज्ञान 377, 531–534 (2022).
टॅन, के. आणि इतर. डायमेथिलॅक्रिडिनाइल डोपंट वापरून उलटे पेरोव्स्काईट सौर पेशी. नेचर, 620, 545–551 (2023).
हान, के. आणि इतर. सिंगल क्रिस्टलाइन फॉर्मामिडीन लीड आयोडाइड (FAPbI3): स्ट्रक्चरल, ऑप्टिकल आणि इलेक्ट्रिकल गुणधर्मांमधील अंतर्दृष्टी. क्रियाविशेषण. मॅट. 28, 2253–2258 (2016).
मॅसी, एस. आणि इतर. FAPbI3 आणि CsPbI3 मध्ये काळ्या पेरोव्स्काईट टप्प्याचे स्थिरीकरण. AKS एनर्जी कम्युनिकेशन्स. 5, 1974–1985 (2020).
तुम्ही, जेजे, आणि इतर. सुधारित वाहक व्यवस्थापनाद्वारे कार्यक्षम पेरोव्स्काईट सौर पेशी. निसर्ग ५९०, ५८७–५९३ (२०२१).
सालिबा एम. आणि इतर. पेरोव्स्काईट सौर पेशींमध्ये रुबिडियम कॅशन्सचा समावेश केल्याने फोटोव्होल्टेइक कामगिरी सुधारते. विज्ञान 354, 206–209 (2016).
सालिबा एम. आणि इतर. ट्रिपल-केशन पेरोव्स्काईट सीझियम सौर पेशी: सुधारित स्थिरता, पुनरुत्पादनक्षमता आणि उच्च कार्यक्षमता. ऊर्जा वातावरण. विज्ञान. ९, १९८९–१९९७ (२०१६).
कुई एक्स. आणि इतर. उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या पेरोव्स्काईट सौर पेशींमध्ये FAPbI3 फेज स्थिरीकरणातील अलीकडील प्रगती सोल. आरआरएल 6, 2200497 (2022).
डेलागेटा एस. आणि इतर. मिश्रित हॅलाइड सेंद्रिय-अकार्बनिक पेरोव्स्काईट्सचे रेशनलाइज्ड फोटोइंड्युस्ड फेज सेपरेशन. नॅट. कम्युनिकेट. ८, २०० (२०१७).
स्लॉटकॅव्हेज, डीजे आणि इतर. हॅलाइड पेरोव्स्काईट शोषकांमध्ये प्रकाश-प्रेरित फेज वेगळे करणे. एकेएस एनर्जी कम्युनिकेशन्स. १, ११९९–१२०५ (२०१६).
चेन, एल. आणि इतर. फॉर्मामिडीन लीड ट्रायओडाइड पेरोव्स्काईट सिंगल क्रिस्टलची अंतर्गत अवस्था स्थिरता आणि अंतर्गत बँडगॅप. अंजिवा. केमिकल. आंतरराष्ट्रीयता. एड. 61. e202212700 (2022).
ड्युइंस्टी, ईए इत्यादी. मेथिलेनेडियामोनियमचे विघटन आणि लीड ट्रायओडाइड फॉर्मामिडीनच्या टप्प्यातील स्थिरीकरणात त्याची भूमिका समजून घ्या. जे. केम. बिच. १८, १०२७५–१०२८४ (२०२३).
लू, एचझेड आणि इतर. काळ्या पेरोव्स्काईट सौर पेशींचे कार्यक्षम आणि स्थिर बाष्प निक्षेपण FAPbI3. विज्ञान 370, 74 (2020).
डोहर्टी, टीएएस इत्यादी. स्थिर झुकलेले अष्टाहेड्रल हॅलाइड पेरोव्स्काईट्स मर्यादित वैशिष्ट्यांसह टप्प्यांच्या स्थानिक निर्मितीला दडपतात. विज्ञान 374, 1598–1605 (2021).
हो, के. इत्यादी. ओलावा आणि प्रकाशाच्या प्रभावाखाली फॉर्मामिडीन धान्ये आणि सीझियम आणि शिसे आयोडाइड पेरोव्स्काईट्सचे रूपांतर आणि क्षय होण्याची यंत्रणा. एकेएस एनर्जी कम्युनिकेशन्स. ६, ९३४–९४० (२०२१).
झेंग जे. आणि इतर. α-FAPbI3 पेरोव्स्काईट सौर पेशींसाठी स्यूडोहॅलाइड आयनचा विकास. नेचर 592, 381–385 (2021).