Aguyje peẽme pevisita haguére Nature.com. Pe kundahára versión reiporúva oguereko CSS pytyvõ sa’i. Iporãve hag̃ua, romomarandu eipuru hag̃ua peteĩ versión pyahuvéva ne kundaháragui (térã embogue hag̃ua modo compatibilidad Internet Explorer-pe). Upe aja, roñangareko hag̃ua pytyvõ oñemotenondéva, rohechauka hína pe tenda estilo térã JavaScript’ỹre.
Ojeporu heta pasivación defecto rehegua oñemyatyrõ haguã umi célula solar perovsquita triyoduro de plomo rembiapo, ha katu ndojekuaái gueteri mba éichapa oñemomba e opaichagua defecto estabilidad fase α rehe; Ko ápe, jaipurúvo teoría funcional densidad rehegua, jahechakuaa petet jey pe tape degradación perovsquita triyoduro de plomo formamidina rehegua fase α guive fase δ peve ha jastudia efecto oguerekóva opaichagua defecto barrera energética transición de fase rehegua. Umi resultado simulación rehegua opredese umi vacante yodo rehegua ikatuha omoheñói degradación tuicha omboguejýgui barrera energética transición fase α-δ-pe guarã ha oguerekógui energía formación imbovyvéva perovsquita superficie-pe. Oñemoingévo peteî capa densa oxalato de plomo insoluble ýpe perovsquita superficie rehe tuicha ombotove descomposición fase α, ohapejokóvo migración ha volatilización yodo. Avei, ko estrategia tuicha omboguejy recombinación interfacial no radiativa ha ombohetave eficiencia célula solar 25,39% (certificado 24,92%). Ko dispositivo noñembohysýiva ikatu gueteri omantene eficiencia original 92% omba'apo rire potencia máxima 550 aravo irradiación masa aire simulada 1,5 G.
Eficiencia conversión de potencia (PCE) células solares perovsquita (PSC) oguahëva récord certificado 26%1. Ary 2015 guive, umi PSC moderno opreferi perovsquita triyoduro de formamidina (FAPbI3) capa absorbente de luz ramo, oguerekógui estabilidad térmica iporãitereíva ha brecha de banda preferencial hi'aguîva límite Shockley-Keisser 2,3,4. Ñambyasy, umi película FAPbI3 ohasa termodinámicamente petet transición fase rehegua petet fase α morotvagui petet fase δ hovy ndaha éiva perovsquita peve temperatura ambiente-pe5,6. Ani hagua oñeforma fase delta, ojejapo opaichagua composiciones complejas perovsquita rehegua. Pe estrategia ojepuruvéva ojesupera hagua ko problema ha e oñembojehe a FAPbI3 petet combinación ion metil amonio (MA+), cesio (Cs+) ha bromuro (Br-) ndive7,8,9. Ha katu umi perovskita híbrida ohasa asy ampliación de banda brecha ha separación de fase fotoinducida, ocomprometéva rendimiento ha estabilidad operativa umi PSC osëva10,11,12.
Umi estudio nda’aréi ojejapóva ohechauka FAPbI3 cristal único puro ndorekóiva mba’eveichagua dopaje oreko estabilidad iporãitereíva oguerekógui cristalinidad iporãitereíva ha defecto michĩva13,14. Upévare, oñemboguejy haguã defecto oñembohetavévo cristalinidad FAPbI3 a granel ha'e peteî estrategia importante ojehupyty haguã PSCs eficientes ha estables2,15. Ha katu, omba apo aja FAPbI3 PSC, ikatu gueteri oiko degradación pe fase δ hexagonal hovy ndojeipotavéivape ndaha éiva perovsquita rehegua16. Pe proceso oñepyrü jepi umi superficie ha grano rembe ype oñemomba evéva y, haku ha tesape rehe oígui heta área defectuosa17. Upévare, oñeikotevë pasivación superficial/grano ojeestabiliza haguã fase morotî FAPbI318. Heta estrategia pasivación defecto rehegua, umíva apytépe oñemoinge perovsquita dimensión michĩva, molécula Lewis base ácido ha juky haluro de amonio, tuicha oñemotenonde formamidina PSC-pe19,20,21,22. Ko'ágã peve, haimete opavave estudio oñecentra rol orekóva opáichagua defecto odeterminávo propiedad optoelectrónica ha'eháicha recombinación portador, difusión pukukue ha estructura banda célula solar-pe22,23,24. Techapyrã, ojeporu teoría funcional densidad rehegua (DFT) ojepredici hagua teóricamente umi energía formación ha nivel energía de trampa opaichagua defecto rehegua, ojeporúva heta ojedirigi hagua diseño práctico pasivación rehegua20,25,26. Oguejyvévo umi defecto, jepiveguaicha iporãve pe aparato estabilidad. Ha katu umi PSC formamidina rehegua, umi mecanismo oguerekóva influencia opaichagua defecto estabilidad fase rehegua ha propiedad fotoeléctrica rehe iñambue va era. Ore roikuaaháicha, oñentende vai gueteri pe entendimiento fundamental mba éichapa umi defecto omoheñói transición fase cúbica a hexagonal (α-δ) ha pe rol pasivación superficial rehegua estabilidad fase perovsquita α-FAPbI3 rehe.
Ko ápe, jaikuaauka pe tape degradación perovsquita FAPbI3 α-fase morotĩ guive δ-fase hovy peve ha influencia opáichagua defecto barrera energética transición α-a-δ-fase DFT rupive. Umi vacancia I, oñegeneráva fácilmente ojejapo jave película ha operación dispositivo rehegua, ojepredese ikatuha omoñepyrũve pe transición fase α-δ. Upévare, romoinge petet capa densa insoluble ype ha químicamente estable oxalato de plomo (PbC2O4) FAPbI3 ári petet reacción in situ rupive. Superficie oxalato de plomo (LOS) ojoko formación I vacante ha ojoko migración iones I rehegua oñembohapéramo umi campo haku, tesape ha eléctrico rupive. Pe LOS osêva tuicha omboguejy recombinación interfacial no radiativa ha omohenda porãve eficiencia FAPbI3 PSC 25,39% (certificado 24,92%). Ko dispositivo LOS no envasado omantene 92% eficiencia original omba'apo rire punto de potencia máximo (MPP) 550 aravo ári masa de aire simulado (AM) 1,5 G radiación.
Rojapo raẽ cálculo ab initio rojuhu hagua tape descomposición perovsquita FAPbI3 rehegua ohasa hagua fase α guive fase δ peve. Peteĩ proceso de transformación fase detallado rupive, ojejuhu ojehupytyha pe transformación peteĩ octaedro tridimensional esquina-compartida [PbI6]-gui oĩva α-fase cúbica FAPbI3-pe peteĩ octaedro unidimensional borde-compartido [PbI6]-pe, pe hexagonal δ-fase FAPbI3-pe. rotura 9. Pb-I ojapo petet enlace petet etapape (Int-1), ha ibarrera energética ohupyty 0,62 eV/célula, ojehechaháicha ta anga 1a-pe. Oñembohasa jave octaedro [0\(\bar{1}\)1] gotyo, pe cadena mbyky hexagonal oñembotuichave 1×1 guive 1×3, 1×4 peve ha ipahápe oike fase δ-pe. Pe relación orientación rehegua tape tuichakue ha e (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ. Pe diagrama distribución energía rehegua guive, ikatu ojejuhu oñenuclea rire fase δ FAPbI3 rehegua ko a etapa oúvape, pe barrera energética imbovyveha pe transición fase α reheguagui, upéva he ise oñembopya etaha pe transición fase rehegua. Hesakã porã, pe primer paso ojecontrola hagua pe transición fase rehegua ha e crítico ñasuprimiséramo degradación α-fase rehegua.
peteĩ Proceso transformación Fase rehegua izquierda guive derecha peve – fase FAPbI3 morotĩ (fase α), peteĩha escisión enlace Pb-I (Int-1) ha ambue escisión enlace Pb-I (Int-2, Int -3 ha Int -4) ha fase hovy FAPbI3 (fase delta). b Barrera energética ojejapo hagua transición fase α guive δ peve FAPbI3 rehegua oñemopyendáva opaichagua defecto punto intrínseco rehe. Pe línea punteada ohechauka pe barrera energética petet cristal ideal rehegua (0,62 eV). c Energía de formación defecto punto primario rehegua perovsquita de plomo superficie rehe. Pe eje abscisa ha e pe barrera energética pe transición fase α-δ rehegua, ha pe eje ordinado ha e pe energía formación defecto rehegua. Umi parte oñembohapéva gris, hovy ha verde ha e tipo I (EB michĩva-FE yvate), tipo II (FE yvate) ha tipo III (EB michĩva-FE michĩva), peteĩteĩ. d Energía de formación defecto VI ha LOS FAPbI3 rehegua control-pe. e I barrera migración iones rehegua control ha LOS FAPbI3 rehegua. f – representación esquemática migración ion I (esferas naranja) ha gLOS FAPbI3 (gris, plomo; violeta (naranja), yodo (yodo móvil)) rehegua control gf-pe (izquierda: vista superior; derecha: sección transversal, marrón); carbono rehegua; hovy sa’yju – nitrógeno; pytã – oxígeno; rosa sa’yju – hidrógeno). Umi dato fuente rehegua oñemeꞌe archivo de datos fuente rehegua.
Upéi roestudia sistemáticamente influencia orekóva opáichagua defecto punto intrínseco (oikehápe ocupación antisitio PbFA, IFA, PbI ha IPb; átomo intersticial Pbi ha Ii; ha vacante VI, VFA ha VPb), ojehecháva factor clave ramo. umi omoheñóiva degradación fase nivel atómico ha energía rehegua ojehechauka ta anga 1b ha Cuadro Suplementario 1. Iporã jaikuaa, ndaha éi opaite defecto omboguejýva barrera energética transición fase α-δ rehegua (Ta anga 1b). Roguerovia umi defecto oguerekóva mokõive energía formación michĩva ha barrera energía transición fase α-δ michĩvéva ojehecha perjudicial estabilidad fase rehegua. Oje’e haguéicha yma, umi superficie rico en plomo ojehecha generalmente efectivo formamidina PSC27-pe guarã. Upévare, roñecentra pe superficie PbI2-terminada (100) rehe umi condición rico plomo-pe. Pe energía formación defecto rehegua umi defecto punto intrínseco superficial rehegua ojehechauka ta anga 1c ha cuadro Suplementario 1. Oñemopyendáva barrera energética (EB) ha energía formación transición de fase (FE) rehe, ko ã defecto oñemboja o mbohapy hendápe. Tipo I (EB michĩva-FE yvate): Jepémo IPb, VFA ha VPb tuicha omboguejy pe barrera energética transición fase rehegua, oguereko energía formación yvate. Upévare, roguerovia ko ã tipo de defecto oguerekoha impacto limitado umi transición fase rehegua sa i oñeforma guive. Tipo II (EB yvate): Oñemoporãvégui barrera energética transición fase α-δ rehegua, umi defecto antisitio rehegua PbI, IFA ha PbFA nombyai estabilidad fase perovsquita α-FAPbI3 rehegua. Tipo III (EB michĩ-FE michĩva): Umi defecto VI, Ii ha Pbi orekóva energía formación relativamente michĩva ikatu ojapo degradación fase morotĩva. Ko'ýte ojehechávo FE ha EB VI imbovyvéva, roguerovia estrategia iporãvéva ha'e omboguejy I vacancia.
Oñemboguejy hagua VI, rojapo petet capa densa PbC2O4 rehegua romoporãve hagua FAPbI3 superficie. Oñembojojávo umi pasivador juky haluro orgánico rehegua ha eháicha yoduro de feniletilamonio (PEAI) ha yoduro n-octilammonio (OAI), PbC2O4, ndorekóiva ion halógeno móvil, ha e químicamente estable, insoluble ýpe ha fácilmente ojedesactiva estimulación jave. Estabilización porã humedad superficial ha campo eléctrico perovsquita rehegua. Pe solubilidad PbC2O4 rehegua ýpe ha e 0,00065 g/L añónte, ha e michĩvéva jepe PbSO428-gui. Tuichavéva, capas densas ha uniformes LOS rehegua ikatu oñembosako i mbeguekatu umi película perovsquita rehegua ojeporúvo reacción in situ (ehecha iguýpe). Rojapo simulaciones DFT pe enlace interfacial FAPbI3 ha PbC2O4 apytépe ojehechaháicha Figura Suplementaria 1. Cuadro suplementario 2 opresenta energía formación defecto inyección LOS rire. Rojuhu LOS ndaha éi ombohetavéva energía formación defecto VI rehegua 0,69–1,53 eV (Ta anga 1d), ha katu avei ombohetave energía activación I rehegua superficie migración ha superficie osëvape (Ta anga 1e). Peteĩha etapa-pe, umi ion I oho perovsquita superficie pukukue, ohejávo umi ion VI peteĩ posición rejilla-pe orekóva barrera energética 0,61 eV. Oñemoinge rire LOS, oîgui efecto obstáculo estérico, energía activación migración iones I-pe guarã ojupi to. 1,28 eV rehegua. Ojejapo aja migración iones I osëva perovsquita superficie-gui, barrera energética VOC-pe tuichave avei muestra control-gui (Fig. 1e). Umi diagrama esquemático umi tape migración iones I rehegua control ha LOS FAPbI3-pe ojehechauka ta anga 1 f ha g-pe, petettet. Umi resultado simulación rehegua ohechauka LOS ikatuha ombotove formación de defecto VI ha volatilización I rehegua, upéicha ojoko nucleación transición fase α guive δ peve.
Ojehechákuri mba éichapa ojejapo pe reacción ácido oxálico ha perovsquita FAPbI3 apytépe. Oñembojehe a rire umi solución ácido oxálico ha FAPbI3 rehegua, ojejapo hetaiterei precipitado morotĩ, ojehechaháicha ta anga suplementario 2. Ojekuaa pe producto polvo rehegua ha eha material PbC2O4 puro ojeporúvo difracción de rayos X (XRD) (Figura suplementario 3) ha espectroscopia infrarroja transformada de Fourier (FTIR) (Figura suplementario 4). Rojuhu ácido oxálico solubleitereiha alcohol isopropílico (IPA)-pe temperatura ambiente-pe ha solubilidad 18 mg/mL rupi, ojehechaháicha figura Suplementaria 5. Péva ombohape procesamiento posterior IPA, disolvente pasivación común ramo, nombyaírigui capa perovsquita ohasávo tiempo mbykymi29. Upévare, oñembohyru rupi pe película perovsquita rehegua solución ácido oxálicope téra oñembojehe a espin-revestimiento pe solución ácido oxálico rehegua pe perovsquita ári, ikatu ojehupyty pya e PbC2O4 ipire hũ ha denso pe película perovsquita ári, ojejapoháicha ko a ecuación química: H2C2O4 + FAPbI3 = PbC2O4 + FAI +HI. FAI ikatu ojejoso IPA-pe ha upéicha ojeipe’a oñembojy jave. LOS grueso ikatu ojejoko tiempo de reacción ha concentración precursor rupive.
Microscopía electrónica de escaneo (SEM) ta anga umi película perovsquita control ha LOS rehegua ojehechauka ta anga 2a,b-pe. Umi resultado ohechauka oñeñongatu porãha pe morfología superficial perovsquita rehegua, ha hetaiterei partícula fina oñedeposita pe grano superficie rehe, ha e va erã peteĩ capa PbC2O4 oñeformava ekue pe reacción in situ rupive. Pe película perovsquita LOS rehegua oguereko petet superficie lisova michtmi (Figura Suplementaria 6) ha petet ángulo tuichavéva y contacto rehegua oñembojojávo pe película control rehe (Figura Suplementaria 7). Ojeporu microscopía electrónica de transmisión transversal de alta resolución (HR-TEM) ojehechakuaa haguã capa superficial producto rehegua. Oñembojojávo pe película de control rehe (Fig. 2c), ojehecha porã pe perovsquita LOS ári peteî capa fina uniforme ha densa orekóva grueso 10 nm rupi (Fig. 2d). Oipurúvo microscopía electrónica de escaneo anular de campo oscuro de alto ángulo (HAADF-STEM) ojehecha hagua interfaz PbC2O4 ha FAPbI3 apytépe, ikatu ojehecha porã oîha región cristalina FAPbI3 ha región amorfa PbC2O4 (Figura Suplementaria 8). Pe composición superficial perovsquita rehegua tratamiento ácido oxálico rire ojehechauka medición espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS) rupive, ojehechaháicha ta anga 2e–g-pe. Figura 2e-pe, umi pico C 1s 284,8 eV ha 288,5 eV rupi ha e umi señal CC ha FA específica mba e, petettet. Oñembojojávo membrana control rehe, membrana LOS ohechauka pico adicional 289,2 eV-pe, ojeatribuíva C2O42--pe. Pe espectro O 1s perovsquita LOS rehegua ohechauka mbohapy pico O 1s químicamente distinto 531,7 eV, 532,5 eV ha 533,4 eV-pe, okorrespondéva COO desprotonado, C=O umi grupo oxalato intacto 30 ha átomo O componente OH rehegua (Fig. 2e). )). Pe muestra control rehegua ojehechakuaa petet pico O 1s michtva añoite, ikatúva ojeatribui oxígeno quimisorbido superficie rehe. Umi característica membrana control rehegua Pb 4f7/2 ha Pb 4f5/2 rehegua oñemohenda 138,4 eV ha 143,3 eV-pe, petettet. Rohechakuaa perovsquita LOS ohechaukaha peteî desplazamiento pico Pb 0,15 eV rupi energía de unión yvateve gotyo, ohechaukáva interacción imbaretevéva átomo C2O42- ha Pb apytépe (Fig. 2g).
a ta anga SEM control rehegua ha b película perovsquita LOS rehegua, ojehecha yvate gotyo. c Microscopía electrónica de transmisión sección transversal de alta resolución (HR-TEM) umi película perovsquita control ha d LOS rehegua. XPS resolución yvate e C 1s, f O 1s ha g Pb 4f película perovsquita rehegua. Umi dato fuente rehegua oñemeꞌe archivo de datos fuente rehegua.
Según umi resultado DFT, ojepredese teóricamente umi defecto VI ha migración I fácilmente omoheñóiha transición fase α guive δ peve. Umi marandu ojejapo va ekue ymave ohechauka I2 pya e ojeipe aha umi película perovsquita rehegua PC-gui ojejapo jave fotoinmersión ojehechauka rire umi película tesape ha estrés térmico-pe31,32,33. Oñemoañete haguã efecto estabilizador oxalato de plomo fase α perovsquita rehe, roinmerso umi película perovsquita control ha LOS botella de vidrio transparente orekóva tolueno, respectivamente, ha upéi roirradia 1 kuarahy resape 24 h pukukue. Romedi pe absorción tesape ultravioleta ha ojehecháva (UV-Vis). ) solución tolueno rehegua, ojehechaháicha ta anga 3a-pe. Oñembojojávo muestra control rehe, ojehechakuaa intensidad absorción I2 tuicha sa iveha LOS-perovsquita kásope, ohechaukáva LOS compacto ikatuha ombotove liberación I2 película perovsquita-gui inmersión tesape jave. Ta anga control envejecido ha película perovsquita LOS rehegua ojehechauka umi inserto figura 3b ha c-pe. Pe perovsquita LOS morotĩ gueteri, ha katu hetave pe película control rehegua hovy. Umi espectro absorción UV–visible película inmersa rehegua ojehechauka Figs. 3b, c. Rohechakuaa hesakã porã oguejyha pe absorción okorrespondéva α-pe pe película control-pe. Ojejapo medición de rayos X ojehai haguã evolución estructura cristalina. Ojehesape rire 24 aravo, perovsquita control ohechauka señal de fase δ hovy mbarete (11,8°), perovsquita LOS katu omantene gueteri fase morotî porã (Figura 3d).
Espectro absorción ojehecháva UV rupive umi solución tolueno rehegua oñembohyruhápe película control ha película LOS 1 kuarahy resape guýpe 24 aravo aja. Pe inserto ohechauka peteĩ vial oñembohyru haguépe káda película peteĩ volumen joja tolueno-pe. b Espectro absorción UV-Vis rehegua película control rehegua ha c película LOS rehegua 24 h oñembohyru mboyve ha rire 1 kuarahy resape guýpe. Pe inserto ohechauka peteĩ ta’anga pe película de prueba rehegua. d Umi patrón difracción rayos X rehegua umi película control ha LOS rehegua 24 h exposición mboyve ha rire. Ta anga SEM película control e ha película f LOS rehegua 24 aravo ojehechauka rire. Umi dato fuente rehegua oñemeꞌe archivo de datos fuente rehegua.
Rojapo medición microscopía electrónica de escaneo (SEM) rehegua rohechakuaa hagua umi cambio microestructural película perovsquita rehegua 24 aravo oñehesape rire, ojehechaháicha ta anga 3e,f-pe. Pe película control-pe oñehundi umi grano tuicháva ha oñekonverti aguja michĩvape, okorrespondéva morfología producto fase δ FAPbI3 rehegua (Fig. 3e). Umi película LOS-pe guarã, umi grano perovsquita rehegua opyta porã (Ta anga 3f). Umi resultado omoañete pérdida I oinduce significativamente transición fase morotîgui fase hovy peve, PbC2O4 katu oestabiliza fase morotî, ohapejokóvo pérdida I. Densidad de vacante superficie-pe tuicha tuichavégui granel grano-gui,34 ko fase oîve posibilidad oiko haguã superficie grano-pe. simultáneamente omosãsóvo yodo ha omoheñói VI. Ojekuaaháicha DFT rupive, LOS ikatu ombotove defecto VI formación ha ojoko migración iones I perovsquita superficie-pe.
Avei, oñehesa’ỹijo efecto orekóva capa PbC2O4 resistencia humedad rehegua umi película perovsquita rehegua aire atmosférico-pe (humedad relativa 30-60%). Ohechaukaháicha figura Suplementaria 9-pe, perovsquita LOS morotî gueteri 12 ára rire, ha katu pe película control hovy. Umi medición XRD-pe, pe película control ohechauka peteî pico mbarete 11,8°-pe okorrespondéva fase δ FAPbI3-pe, perovsquita LOS katu oguereko porã fase α morotî (Figura Suplementaria 10).
Ojeporu fotoluminescencia estado estacionario (PL) ha fotoluminescencia tiempo resolución (TRPL) ojestudia haguã efecto pasivación oxalato de plomo superficie perovsquita rehe. Fig.-pe Figura 4a ohechauka pe película LOS oguerekoha PL intensidad ojupíva. Pe ta anga mapeo PL-pe, pe intensidad película LOS rehegua opaite área 10 × 10 μm2 ári tuichave pe película control reheguagui (Figura Suplementaria 11), ohechaukáva PbC2O4 opasivaha uniformemente pe película perovsquita rehegua. Pe portador rekove pukukue ojehechakuaa oñemboja rupi pe decadencia TRPL rehegua petet función exponencial reheve (Fig. 4b). Pe película LOS portador rekove ha e 5,2 μs, ipukuvéva heta pe película control orekóvagui portador rekove 0,9 μs, ohechaukáva recombinación superficial no radiativa oñemboguejyha.
PL estado estacionario ha b-espectro PL temporal rehegua umi película perovsquita rehegua umi sustrato vidrio rehegua. c Curva SP pe aparato rehegua (FTO/TiO2/SnO2/perovsquita/espiro-OMeTAD/Au). d Espectro EQE ha espectro Jsc EQE oñembojoajúva tembipuru hembiapo porãvévagui. d Odepende tesape mbarete rehe petet aparato perovsquita rehegua pe diagrama Voc rehe. f Análisis típico MKRC rehegua ojeporúvo peteĩ dispositivo ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au agujero ipotĩva. VTFL ha'e pe tensión máxima relleno trampa rehegua. Ko'ã dato-gui rocalcula densidad trampa (Nt). Umi dato fuente rehegua oñemeꞌe archivo de datos fuente rehegua.
Ojestudia haguã efecto orekóva capa de oxalato de plomo rendimiento dispositivo rehe, ojeporu estructura tradicional de contacto FTO/TiO2/SnO2/perovsquita/espiro-OMeTAD/Au. Jaipuru cloruro de formamidina (FACl) aditivo ramo pe precursor perovsquita rehegua clorhidrato de metilamina (MACl) rangue jahupyty hagua dispositivo rendimiento iporãvéva, FACl ikatu rupi ome e calidad cristalina iporãvéva ha ojehekýigui brecha de banda FAPbI335-gui (ehecha Figuras Suplementarias 1 ha 2 oñembojoja hagua detallado). ). 12-14-pe). IPA ojeporavo antisolvente ramo ome egui calidad cristalina iporãvéva ha orientación ojeiporavóva umi película perovsquita-pe oñembojojávo éter dietílico (DE) térã clorobenceno (CB)36 rehe (Figuras Suplementarias 15 ha 16). Pe PbC2O4 grueso oñeoptimiza porã ojeequilibrávo porã pasivación defecto ha transporte de carga ojeajustávo concentración ácido oxálico rehegua (Figura Suplementaria 17). Ta anga SEM sección transversal umi dispositivo control optimizado ha LOS rehegua ojehechauka figura Suplementaria 18. Curva típica densidad de corriente (CD) umi dispositivo control ha LOS-pe guarã ojehechauka figura 4c-pe, ha umi parámetro ojeipe a va ekue oñeme e cuadro Suplementario 3. Umi célula control eficiencia máxima conversión de potencia (PCE) 23,43% (22,94%), Jsc 25,75 mA cm-2 (25,74 mA cm-2), Voc 1,16 V (1,16 V) ha escaneo inverso (tenonde gotyo). Factor de relleno (FF) ha'e 78,40% (76,69%). Máximo PCE LOS PSC ha'e 25,39% (24,79%), Jsc ha'e 25,77 mA cm-2, Voc ha'e 1,18 V, FF ha'e 83,50% (81,52%) reverso guive (Escanear tenonde gotyo peve). Pe dispositivo LOS ohupyty peteî rendimiento fotovoltaico certificado 24,92% peteî laboratorio fotovoltaico tercero ojegueroviahápe (Figura Suplementaria 19). Pe eficiencia cuántica externa (EQE) ome e petet Jsc integrado 24,90 mA cm-2 (control) ha 25,18 mA cm-2 (LOS PSC), petettet, oîva en acuerdo porã Jsc oñemediva ekue espectro AM 1,5 G estándar-pe (Fig. .4d). ) . Pe distribución estadística umi PCE oñemediva ekue umi PSC control ha LOS-pe guarã ojehechauka Figura Suplementaria 20-pe.
Ohechaukaháicha ta anga 4e-pe, oñecalcula pe relación Voc ha intensidad tesape rehegua oestudia hagua efecto orekóva PbC2O4 recombinación superficial asistida trampa rehe. Pe pendiente línea ajustada dispositivo LOS-pe guarã ha'e 1,16 kBT/sq, péva imbovyvéva pendiente línea ajustada dispositivo de control-pe guarã (1,31 kBT/sq), omoañetéva LOS útil ombotovévo recombinación superficial umi señuelo rupive. Jaipuru tecnología limitante de corriente de carga espacial (SCLC) ñamedi hagua cuantitativamente densidad defecto petet película perovsquita rehegua ñamedivo característica IV iñypytûva petet dispositivo agujero rehegua (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) ojehechaháicha ta angape. 4f Ohechauka. Pe densidad trampa rehegua ojekalkula fórmula Nt = 2ε0εVTFL/eL2 rupive, upépe ε ha e pe constante dieléctrica relativa pe película perovsquita rehegua, ε0 ha e pe constante dieléctrica vacío rehegua, VTFL ha e pe tensión limitante oñemyenyhẽ hagua pe trampa, e ha e pe carga, L ha e pe grueso pe película perovsquita rehegua (650 nm). Pe densidad defecto rehegua pe dispositivo VOC rehegua ojekalkula ha e 1,450 × 1015 cm–3, ha e imbovyvéva pe densidad defecto rehegua pe dispositivo control reheguagui, ha e 1,795 × 1015 cm–3.
Pe dispositivo noñembohysýiva oñeha ã punto de potencia máximo (MPP)-pe ára pukukue nitrógeno guýpe ojehecha haguã estabilidad desempeño ipukúva (Figura 5a). Ohasávo 550 aravo, dispositivo LOS omantene gueteri 92% eficiencia máxima orekóva, ha katu pe dispositivo control rendimiento oguejy 60% rendimiento original orekóvagui. Pe distribución elementokuéra rehegua pe dispositivo tujápe oñemedi espectrometría de masas de iones secundarios tiempo de vuelo rupive (ToF-SIMS) (Fig. 5b, c). Tuicha acumulación yodo rehegua ikatu ojehecha pe área control de oro yvateguápe. Umi condición protección gas inerte omboyke umi factor degradante ambiental ha'eháicha humedad ha oxígeno, ohechaukáva mecanismo interno (he'iséva, migración iones) ha'éva responsable. Según resultado ToF-SIMS, ojehechakuaa iones I- ha AuI2- electrodo Au-pe, ohechaukáva difusión I perovsquita-gui Au-pe. Pe intensidad señal rehegua umi ion I- ha AuI2- rehegua pe dispositivo de control-pe, haimete 10 jey tuichave pe muestra VOC reheguagui. Umi marandu ojejapo va ekue ymave ohechauka permeación iones ikatuha ogueru disminución pya e conductividad agujero espiro-OMeTAD ha corrosión química capa electrodo yvategua, upéicha oñembyai contacto interfacial dispositivo-pe37,38. Ojepe a pe electrodo Au ha oñembohyru pe capa espiro-OMeTAD pe sustratogui petet solución clorobenceno reheve. Upéi rokarakterisa pe película roiporúvo difracción de rayos X incidencia de pastoreo (GIXRD) (Figura 5d). Umi resultado ohechauka pe película control oguerekoha petet pico de difracción ojehechakuaáva 11,8°-pe, ha katu ndojehechái pico de difracción pyahu muestra LOS-pe. Umi resultado ohechauka tuicha pérdida iones I rehegua pe película control-pe ogueraha generación fase δ rehegua, ha katu pe película LOS-pe ko proceso ojejoko porã.
575 aravo seguimiento continuo MPP peteî dispositivo no sellado atmósfera nitrógeno ha 1 kuarahy resape filtro UV ÿme. ToF-SIMS distribución iones b I- ha c AuI2- rehegua pe dispositivo de control LOS MPP ha dispositivo envejecimiento-pe. Umi sombra hovy, verde ha naranja okorresponde Au, Spiro-OMeTAD ha perovsquita-pe. d GIXRD película perovsquita rehegua ojejapo rire prueba MPP. Umi dato fuente rehegua oñemeꞌe archivo de datos fuente rehegua.
Ojemedi conductividad dependiente temperatura rehegua oñemoañete hagua PbC2O4 ikatuha ombotove migración iones rehegua (Figura Suplementaria 21). Pe energía activación (Ea) migración ion rehegua ojehechakuaa oñemedi rupi pe cambio conductividad rehegua (σ) película FAPbI3 rehegua temperatura iñambuévape (T) ha ojeporúvo relación Nernst-Einstein: σT = σ0exp(−Ea/kBT), upépe σ0 ha e constante, kB ha e constante Boltzmann. Jahupyty Ea valor pendiente ln(σT) versus 1/T-gui, ha e 0,283 eV control-pe guarã ha 0,419 eV dispositivo LOS-pe guarã.
Oñembojoapývo, rome'ë peteî marco teórico ojehechakuaa haguã tape degradación perovsquita FAPbI3 ha influencia opáichagua defecto barrera energética transición fase α-δ rehe. Ko ã defecto apytépe, umi defecto VI rehegua ojepredici teóricamente ojapoha fácilmente peteĩ transición fase α guive δ peve. Oñemoinge peteî capa densa PbC2O4 insoluble ype ha químicamente estable oestabiliza haguã fase α FAPbI3 ombotovévo formación vacante I ha migración iones I. Ko estrategia tuicha omboguejy recombinación interfacial no radiativa, ombohetave eficiencia célula solar 25,39%, ha omohenda porãve estabilidad operativa. Ore resultado ome'ë orientación ojehupyty haguã PSC formamidina eficiente ha estable ombotovévo transición fase α a δ inducida defecto.
Isopropóxido de titanio(IV) (TTIP, 99,999%) ojejogua Sigma-Aldrich-gui. Ácido clorhídrico (HCl, 35,0–37,0%) ha etanol (anhidro) ojejogua Industria Química Guangzhou-gui. SnO2 (15 wt% dispersión coloidal óxido de estaño(IV)) ojejogua Alfa Aesar-gui. Yoduro de plomo(II) (PbI2, 99,99%) ojejogua TCI Shanghai (China)-gui. Yoduro de formamidina (FAI, ≥99,5%), cloruro de formamidina (FACl, ≥99,5%), cloruro de metilamina (MACl, ≥99,5%), 2,2′,7,7′-tetrakis-(N, N-di-p) )-metoxianilina)-9,9′-espirobifluoreno (Spiro-OMeTAD, ≥99,5%), litio bis(trifluorometano)sulfonilimida (Li-TFSI, 99,95%), 4-tert -butilpiridina (tBP, 96%) ojejogua Xi'an Polymer Light Technology Company (China)-gui. N,N-dimetilformamida (DMF, 99,8%), sulfóxido de dimetilo (DMSO, 99,9%), alcohol isopropílico (IPA, 99,8%), clorobenceno (CB, 99,8%), acetonitrilo (ACN). Ojejogua Sigma-Aldrich-gui. Ácido oxálico (H2C2O4, 99,9%) ojejogua Macklin-gui. Opaite químico ojeporu ojehupyty haguéicha ambue modificación ÿre.
Umi sustrato ITO téra FTO (1,5 × 1,5 cm2) oñembohyru ultrasónico detergente, acetona ha etanol reheve 10 min aja, petettet, ha upéi ojejoso petet corriente nitrógeno guýpe. Ojedeposita petet capa densa barrera TiO2 petet sustrato FTO rehe ojeporúvo petet solución titanio diisopropoxybis(acetilacetonato) etanol-pe (1/25, v/v) oñedepositáva 500 °C-pe 60 min aja. Pe dispersión coloidal SnO2 ojedilui y desionizada reheve petet relación volumen 1:5-pe. Peteí sustrato ipotívape oñembohapéva ozono UV reheve 20 minuto aja, oñedeposita petet película fina nanopartícula SnO2 rehegua 4000 rpm 30 segundo aja ha upéi oñembohyku 150 °C-pe 30 minuto aja. Pe solución precursor perovsquita rehegua, ojejoso 275,2 mg FAI, 737,6 mg PbI2 ha FACl (20 mol%) disolvente mezclado DMF/DMSO (15/1)-pe. Pe capa perovsquita rehegua oñembosako i oñecentrifugávo 40 μL solución precursora perovsquita rehegua pe capa SnO2 tratada ozono UV reheve ári 5000 rpm aire ambiente-pe 25 s aja. 5 segundo rire ipahaite, ojeity pya e 50 μL solución IPA MACl (4 mg/mL) sustrato ári antisolvente ramo. Upéi, oñembojehe a umi película oñembosako i pyahúva 150°C-pe 20 min aja ha upéi 100°C-pe 10 min aja. Oñembopiro y rire pe película perovsquita temperatura ambiente peve, oñecentrifugá solución H2C2O4 (1, 2, 4 mg ojedisuelva 1 mL IPA-pe) 4000 rpm-pe 30 s aja ojepasiva hagua perovsquita superficie. Peteí solución espiro-OMeTAD oñembosako i va ekue oñembojehe ávo 72,3 mg spiro-OMeTAD, 1 ml CB, 27 μl tBP ha 17,5 μl Li-TFSI (520 mg 1 ml acetonitrilo-pe) oñembojehe a pe película ári 4000 rpm-pe 30 s ryepýpe. Ipahápe, oñembohyku vacío-pe peteĩ capa Au ipukúva 100 nm peteĩ velocidad 0,05 nm/s (0~1 nm), 0,1 nm/s (2~15 nm) ha 0,5 nm/s (16~100 nm) . ).
Ojekuaa rendimiento SC umi célula solar perovsquita ojeporúvo Keithley 2400 metro iluminación simulador solar (SS-X50) guýpe intensidad de luz 100 mW/cm2 ha ojeverifika ojeporúvo células solares de silicio estándar calibrado. Ndaipóriramo ambue hendáicha, oñemedi umi curva SP peteĩ guantera henyhẽva nitrógeno-gui temperatura ambiente-pe (~25°C) umi modo escaneo tenonde ha tapykue gotyo (paso de tensión 20 mV, tiempo de retraso 10 ms). Ojeporu máscara sombra ojekuaa haguã área efectiva 0,067 cm2 PSC oñemediva'ekuépe guarã. Ojejapo medición EQE aire ambiente-pe ojeporúvo sistema PVE300-IVT210 (Industrial Vision Technology(s) Pte Ltd) orekóva tesape monocromática ojesarekóva dispositivo rehe. Estabilidad dispositivo rehegua, ojejapo prueba células solares no encapsuladas rehegua peteĩ guantera nitrógeno rehegua presión 100 mW/cm2-pe filtro UV ÿre. ToF-SIMS oñemedi ojeporúvo PHI nanoTOFII SIMS tiempo de vuelo. Ojehupyty perfilado pypuku ojeporúvo arma iones Ar 4 kV orekóva área 400×400 μm.
Ojejapo medición espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS) sistema Thermo-VG Scientific (ESCALAB 250)-pe ojeporúvo Al Kα monocromatizado (modo XPS-pe guarã) presión 5,0 × 10–7 Pa. Ojejapo microscopía electrónica de escaneo (SEM) sistema JEOL-JSM-6330F-pe. Ojekuaa pe morfología superficial ha rugosidad umi película perovsquita rehegua ojeporúvo microscopía fuerza atómica (AFM) (Bruker Dimension FastScan). STEM ha HAADF-STEM ojejapo FEI Titan Themis STEM-pe. Ojemedi espectro absorción UV–Vis rehegua ojeporúvo UV-3600Plus (Shimadzu Corporation). Ojeregistra corriente limitante de carga espacial (SCLC) peteî metro Keithley 2400-pe. Ojemedi fotoluminescencia estado estacionario (PL) ha fotoluminescencia tiempo resolución (TRPL) decadencia portador rekove pukukue ojeporúvo espectrómetro fotoluminescencia FLS 1000. Ojemedi ta anga mapeo PL rehegua ojeporúvo sistema Horiba LabRam Raman HR Evolution. Ojejapo espectroscopia infrarroja transformada de Fourier (FTIR) ojeporúvo sistema Thermo-Fisher Nicolet NXR 9650.
Ko tembiapope jaipuru pe método muestreo tape SSW rehegua jastudia hagua pe tape transición fase rehegua α-fase guive δ-fase peve. Pe método SSW-pe, pe movimiento superficie energía potencial rehegua ojedetermina dirección rupive pe modo blando aleatorio (mokõiha derivado), opermitíva ojejapo estudio detallado ha objetivo pe superficie energía potencial rehegua. Ko tembiapope ojejapo muestreo tape rehegua petet supercélula 72 átomo rehegua, ha oñembyaty hetave 100 pares estado inicial/final (IS/FS) nivel DFT-pe. Oñemopyendáva conjunto de datos IS/FS pares rehe, ikatu ojekuaa tape ombojoajúva estructura ñepyrũrã ha estructura paha correspondencia átomo apytépe, ha upéi ojeporu movimiento mokõiha gotyo superficie unidad variable pukukue ojekuaa haguã suavemente método estado de transición. (VK-DESV) rehegua. Ojeheka rire estado de transición, ikatu ojekuaa tape oguerekóva barrera ijyvatevéva oñembohapévo umi barrera energética.
Opaite cálculo DFT rehegua ojejapo ojeporúvo VASP (versión 5.3.5), upépe ojehechauka umi interacción electron–ion átomo C, N, H, Pb ha I rehegua peteĩ esquema onda amplificada proyectada (PAW) rupive. Pe función correlación intercambio rehegua oñemombe u pe aproximación gradiente generalizado rupive pe parametrización Perdue-Burke-Ernzerhoff-pe. Pe límite energía rehegua umi onda plana rehegua oñemohenda 400 eV-pe. Pe cuadrícula punto k Monkhorst–Pack oguereko peteĩ tuichakue (2 × 2 × 1). Opaite estructurape guará, umi posición rejilla ha atómica oñeoptimizapaite peve componente tensión máximo oî peve 0,1 GPa guýpe ha componente fuerza máxima oî peve 0,02 eV/Å guýpe. Pe modelo superficial-pe, FAPbI3 superficie oguereko 4 capa, capa inferior oguereko átomo fijo osimuláva FAPbI3 rete, ha umi mbohapy capa yvategua ikatu omýi sãsõme proceso de optimización aja. Pe capa PbC2O4 ipukukue 1 ML ha oñemohenda FAPbI3 superficie I-terminal rehe, upépe Pb ojoaju 1 I ha 4 O rehe.
Ojekuaave haguã diseño estudio rehegua, ehecha Resumen Informe de Cartera Natural ojoajúva ko artículo rehe.
Opaite dato ojehupytýva térã oñeanalisáva ko estudio jave oike artículo oñemoherakuãvape, avei umi marandu oipytyvõva ha umi archivo de datos brutos. Umi dato bruto opresentáva ko estudio-pe ojeguereko https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440. Oñeme'ê dato fuente ko artículo-pe guarã.
Green, M. ha ambuekuéra. Tablas de Eficiencia Célula Solar rehegua (57a ed.). programa rehegua. fotoeléctrico rehegua. recurso rehegua. porupyrã. 29, 3–15 (2021) rehegua.
Parker J. ha ambuekuéra. Ojejoko hagua okakuaa hagua capas perovsquita rehegua ojeporúvo cloruros alquilo amonio volátil. Naturaleza 616, 724-730 (2023) rehegua.
Zhao Y. ha ambuekuéra. Inactivo (PbI2)2RbCl oestabiliza umi película perovsquita rehegua umi célula solar eficiencia yvate rehegua. Ciencia 377, 531-534 (2022) rehegua.
Tan, K. ha ambuekuéra. Células solares perovsquita invertida oiporúva dopante dimetilacridinil. Naturaleza, 620, 545-551 (2023) Ñe’ẽpoty ha ñe’ẽpoty.
Han, K. ha ambuekuéra. Yoduro de plomo formamidina única (FAPbI3): ojehechakuaáva propiedad estructural, óptica ha eléctrica rehegua. ñe'ẽteykéva. Mat. 28, 2253 – 2258 (2016) Ñe’ẽpoty ha ñe’ẽpoty.
Massey, S. ha ambuekuéra. Estabilización fase perovsquita morotĩ rehegua FAPbI3 ha CsPbI3-pe. AKS Ñe’ẽmondo Energía rehegua. 5, 1974–1985 (2020) Ñe’ẽpoty ha ñe’ẽpoty.
Nde, JJ, ha ambuekuéra. Células solares perovsquita eficiente gestión portadora oñemyatyrõva rupive. Naturaleza 590, 587-593 (2021) rehegua.
Saliba M. ha ambuekuéra. Oñemoinge ramo cationes rubidio umi célula solar perovsquita-pe, omoporãve rendimiento fotovoltaico. Ciencia 354, 206-209 (2016) rehegua.
Saliba M. ha ambuekuéra. Células solares cesio perovsquita triple catiónico: estabilidad oñemyatyrõ, reproducibilidad ha eficiencia yvate. tekoha energía rehegua. pe ciencia rehegua. 9, 1989–1997 (2016) Ñe’ẽpoty ha ñe’ẽpoty.
Cui X. ha ambuekuéra. Umi avance nda’aréi ojejapóva estabilización fase FAPbI3 rehegua umi célula solar perovsquita de alto rendimiento-pe Sol. RRL 6, 2200497 (2022) rehegua.
Delagetta S. ha ambuekuéra. Separación de fase fotoinducida racionalizada umi perovsquita orgánica-inorgánica haluro mixto rehegua. Nat. mombeupy. 8, 200 (2017)-pe.
Slotcavage, D. J. ha ambuekuéra. Separación de fases inducidas tesape rupive umi absorbente perovsquita haluro rehegua. AKS Ñe’ẽmondo Energía rehegua. 1, 1199 – 1205 (2016) Ñe’ẽpoty ha ñe’ẽpoty.
Chen, L. ha ambuekuéra. Estabilidad fase intrínseca ha brecha de banda intrínseca formamidina triyoduro de plomo perovsquita cristal único rehegua. Anjiva. Químico rehegua. internacionalidad rehegua. Ed. Ñe’ẽpoty ha ñe’ẽpoty. 61. e202212700 (2022) rehegua.
Duinsti, EA etc. Oikuaa porã descomposición metilendiamonio rehegua ha hembiapo estabilización fase rehegua triyoduro de plomo formamidina rehegua. J. Química rehegua. Perra. 18, 10275 – 10284 (2023) Ñe’ẽpoty ha ñe’ẽpoty.
Lu, HZ ha ambuekuéra. Deposición de vapor eficiente ha estable umi célula solar perovsquita morotĩ FAPbI3 rehegua. Ciencia 370, 74 (2020) rehegua.
Doherty, TAS etc.. Umi perovsquita haluro octaédrico inclinado estable osuprimi formación localizada fase orekóva característica limitada. Ciencia 374, 1598-1605 (2021) rehegua.
Ho, K. ha ambuekuéra. Mecanismos de transformación ha degradación umi grano formamidina ha perovsquita cesio ha yoduro de plomo influencia humedad ha tesape guýpe. AKS Ñe’ẽmondo Energía rehegua. 6, 934-940 (2021) rehegua.
Zheng J. ha ambuekuéra. Anión pseudohalido ñemoheñói umi célula solar perovsquita α-FAPbI3-pe guarã. Naturaleza 592, 381-385 (2021) rehegua.