Nature.com تي اچڻ لاءِ مهرباني. توهان جي استعمال ڪيل برائوزر جي ورزن ۾ محدود CSS سپورٽ آهي. بهترين نتيجن لاءِ، اسان توهان جي برائوزر جو نئون ورزن استعمال ڪرڻ جي صلاح ڏيون ٿا (يا انٽرنيٽ ايڪسپلورر ۾ مطابقت واري موڊ کي بند ڪريو). ساڳئي وقت، جاري سپورٽ کي يقيني بڻائڻ لاءِ، اسان سائيٽ کي اسٽائلنگ يا جاوا اسڪرپٽ کان سواءِ ڏيکاري رهيا آهيون.
ليڊ ٽرائيوڊائڊ پيرووسڪائٽ سولر سيلز جي ڪارڪردگي کي بهتر بڻائڻ لاءِ خرابي جي پاسوائيشن کي وڏي پيماني تي استعمال ڪيو ويو آهي، پر α-فيز استحڪام تي مختلف خرابين جو اثر واضح ناهي؛ هتي، کثافت فنڪشنل ٿيوري کي استعمال ڪندي، اسان پهريون ڀيرو فارمامائيڊائن ليڊ ٽرائيوڊائڊ پيرووسڪائٽ جي α-فيز کان δ-فيز تائين تباهي واري رستي جي سڃاڻپ ڪريون ٿا ۽ مرحلي جي منتقلي توانائي جي رڪاوٽ تي مختلف خرابين جي اثر جو مطالعو ڪريون ٿا. سموليشن جا نتيجا اڳڪٿي ڪن ٿا ته آئوڊين خالي جايون تباهي جو سبب بڻجنديون آهن ڇاڪاڻ ته اهي α-δ مرحلي جي منتقلي لاءِ توانائي جي رڪاوٽ کي گهٽ ڪن ٿيون ۽ پيرووسڪائٽ جي مٿاڇري تي گهٽ ۾ گهٽ ٺهڻ واري توانائي رکن ٿيون. پيرووسڪائٽ جي مٿاڇري تي پاڻي ۾ حل نه ٿيندڙ ليڊ آڪساليٽ جي هڪ ٿلهي پرت جو تعارف α-فيز جي سڙڻ کي خاص طور تي روڪي ٿو، آئيوڊين جي منتقلي ۽ اتار چڙهڻ کي روڪي ٿو. اضافي طور تي، هي حڪمت عملي خاص طور تي انٽرفيشل غير ريڊيئيٽو ري ڪمبينيشن کي گهٽائي ٿي ۽ شمسي سيل جي ڪارڪردگي کي 25.39٪ (تصديق ٿيل 24.92٪) تائين وڌائي ٿي. پيڪيج ٿيل ڊوائيس نقلي 1.5 G ايئر ماس شعاع جي تحت 550 ڪلاڪن تائين وڌ ۾ وڌ طاقت تي ڪم ڪرڻ کان پوءِ به پنهنجي اصل 92٪ ڪارڪردگي برقرار رکي سگهي ٿو.
پيرووسڪائٽ سولر سيلز (PSCs) جي پاور ڪنورشن ڪارڪردگي (PCE) 26%1 جي تصديق ٿيل رڪارڊ بلندي تي پهچي وئي آهي. 2015 کان وٺي، جديد پي ايس سيز فارمامائيڊائن ٽرائيوڊائڊ پيرووسڪائٽ (FAPbI3) کي روشني جذب ڪندڙ پرت جي طور تي ترجيح ڏني آهي ڇاڪاڻ ته ان جي بهترين حرارتي استحڪام ۽ شاڪلي-ڪيسر جي حد 2,3,4 جي ويجهو ترجيحي بينڊ گيپ آهي. بدقسمتي سان، FAPbI3 فلمون ٿرموڊائنامڪ طور تي ڪمري جي حرارت 5,6 تي ڪارو α مرحلي کان پيلي غير پيرووسڪائٽ δ مرحلي ۾ هڪ مرحلي جي منتقلي مان گذرن ٿيون. ڊيلٽا مرحلي جي ٺهڻ کي روڪڻ لاءِ، مختلف پيچيده پيرووسڪائٽ ڪمپوزيشن تيار ڪيون ويون آهن. هن مسئلي کي حل ڪرڻ لاءِ سڀ کان عام حڪمت عملي FAPbI3 کي ميٿائل امونيم (MA+)، سيزيم (Cs+) ۽ برومائيڊ (Br-) آئنز 7,8,9 جي ميلاپ سان ملائڻ آهي. جڏهن ته، هائبرڊ پيرووسڪائٽس بينڊ گيپ وسيع ڪرڻ ۽ فوٽو انڊيوسڊ فيز سيپريشن جو شڪار آهن، جيڪي نتيجي ۾ پيدا ٿيندڙ پي ايس سي 10،11،12 جي ڪارڪردگي ۽ آپريشنل استحڪام کي متاثر ڪن ٿا.
تازين مطالعي مان ظاهر ٿيو آهي ته خالص سنگل ڪرسٽل FAPbI3 بغير ڪنهن ڊوپنگ جي بهترين استحڪام رکي ٿو ڇاڪاڻ ته ان جي بهترين ڪرسٽلينٽي ۽ گهٽ خرابيون 13,14 آهن. تنهن ڪري، بلڪ FAPbI3 جي ڪرسٽلينٽي کي وڌائي خرابين کي گهٽائڻ هڪ اهم حڪمت عملي آهي موثر ۽ مستحڪم PSCs2,15 حاصل ڪرڻ لاءِ. بهرحال، FAPbI3 PSC جي آپريشن دوران، ناپسنديده پيلي هيڪساگونل نان-پيروووسڪائيٽ δ مرحلي ۾ گهٽتائي اڃا به ٿي سگهي ٿي16. اهو عمل عام طور تي سطحن ۽ اناج جي حدن تي شروع ٿئي ٿو جيڪي ڪيترن ئي خراب علائقن جي موجودگي جي ڪري پاڻي، گرمي ۽ روشني لاءِ وڌيڪ حساس آهن17. تنهن ڪري، FAPbI318 جي ​​ڪاري مرحلي کي مستحڪم ڪرڻ لاءِ مٿاڇري/اناج جي پاسيويشن ضروري آهي. ڪيتريون ئي خرابي جي پاسيويشن حڪمت عمليون، جن ۾ گهٽ-ڊائيمنشنل پيرووسڪائٽس، ايسڊ-بيس ليوس ماليڪيولز، ۽ امونيم هالائيڊ لوڻ جو تعارف شامل آهي، فارمامائيڊائن PSCs19,20,21,22 ۾ وڏي ترقي ڪئي آهي. اڄ تائين، تقريبن سڀني مطالعي آپٽو اليڪٽرانڪ خاصيتن جي ڪردار تي ڌيان ڏنو آهي جهڙوڪ ڪيريئر ريڪمبينيشن، ڊفيوژن جي ڊيگهه ۽ شمسي سيلز ۾ بينڊ جي جوڙجڪ 22,23,24. مثال طور، کثافت فنڪشنل ٿيوري (DFT) نظرياتي طور تي مختلف خرابين جي ٺهڻ واري توانائي ۽ ٽريپنگ توانائي جي سطحن جي اڳڪٿي ڪرڻ لاءِ استعمال ڪئي ويندي آهي، جيڪا عملي پاسوائيشن ڊيزائن 20,25,26 جي رهنمائي ڪرڻ لاءِ وڏي پيماني تي استعمال ٿيندي آهي. جيئن ته نقصن جو تعداد گهٽجي ٿو، ڊوائيس جي استحڪام عام طور تي بهتر ٿئي ٿي. جڏهن ته، فارمامائيڊائن پي ايس سي ۾، مختلف نقصن جي مرحلي جي استحڪام ۽ فوٽو اليڪٽرڪ خاصيتن تي اثر انداز ٿيڻ جا طريقا مڪمل طور تي مختلف هجڻ گهرجن. اسان جي بهترين ڄاڻ تائين، بنيادي سمجھ ته ڪيئن نقص ڪعبي کي هيڪساگونل (α-δ) مرحلي جي منتقلي ڏانهن راغب ڪن ٿا ۽ α-FAPbI3 پيرووسڪائٽ جي مرحلي جي استحڪام تي سطح جي پاسوائيشن جو ڪردار اڃا تائين خراب طور تي سمجهي نه سگهيو آهي.
هتي، اسان FAPbI3 پيرووسڪائٽ جي ڪاري α-فيز کان پيلي δ-فيز تائين جي تباهي واري رستي ۽ DFT ذريعي α-کان-δ-فيز منتقلي جي توانائي رڪاوٽ تي مختلف خرابين جي اثر کي ظاهر ڪريون ٿا. I خالي جايون، جيڪي فلم جي ٺهڻ ۽ ڊوائيس جي آپريشن دوران آساني سان پيدا ٿين ٿيون، انهن جي α-δ مرحلي جي منتقلي کي شروع ڪرڻ جو امڪان تمام گهڻو آهي. تنهن ڪري، اسان هڪ ان سيٽو رد عمل ذريعي FAPbI3 جي مٿان ليڊ آڪساليٽ (PbC2O4) جي پاڻي ۾ حل نه ٿيندڙ ۽ ڪيميائي طور تي مستحڪم گهاٽي پرت متعارف ڪرائي. ليڊ آڪساليٽ مٿاڇري (LOS) I خالي جاين جي ٺهڻ کي روڪي ٿي ۽ گرمي، روشني ۽ برقي شعبن پاران متحرڪ ٿيڻ تي I آئنز جي منتقلي کي روڪي ٿي. نتيجي ۾ LOS خاص طور تي انٽرفيشل غير ريڊيئيٽو ري ڪمبينيشن کي گھٽائي ٿو ۽ FAPbI3 PSC ڪارڪردگي کي 25.39٪ (24.92٪ تائين تصديق ٿيل) تائين بهتر بڻائي ٿو. پيڪيج ٿيل LOS ڊوائيس 1.5 G تابڪاري جي نقلي هوائي ماس (AM) تي 550 ڪلاڪن کان وڌيڪ عرصي تائين وڌ ۾ وڌ پاور پوائنٽ (MPP) تي ڪم ڪرڻ کان پوءِ پنهنجي اصل ڪارڪردگي جو 92٪ برقرار رکيو.
اسان پهريون ڀيرو FAPbI3 پيرووسڪائٽ جي α مرحلي کان δ مرحلي ۾ منتقلي جي خراب ٿيڻ واري رستي کي ڳولڻ لاءِ ابتدائي حساب ڪتاب ڪيا. هڪ تفصيلي مرحلي جي تبديلي جي عمل ذريعي، اهو معلوم ٿيو ته FAPbI3 جي ڪعبي α مرحلي ۾ هڪ ٽي-dimensional ڪنڊ شيئرنگ [PbI6] آڪٽاهڊرون کان FAPbI3 جي هيڪساگونل δ مرحلي ۾ هڪ-dimensional ڪنڊ شيئرنگ [PbI6] آڪٽاهڊرون ۾ تبديلي حاصل ڪئي وئي آهي. ٽوڙڻ 9. Pb-I پهرين مرحلي ۾ هڪ بانڊ ٺاهيندو آهي (Int-1)، ۽ ان جي توانائي جي رڪاوٽ 0.62 eV/سيل تائين پهچي ٿي، جيئن شڪل 1a ۾ ڏيکاريل آهي. جڏهن آڪٽاهڊرون کي [0\(\bar{1}\)1] هدايت ۾ منتقل ڪيو ويندو آهي، ته هيڪساگونل مختصر زنجير 1×1 کان 1×3، 1×4 تائين وڌندي آهي ۽ آخرڪار δ مرحلي ۾ داخل ٿيندي آهي. پوري رستي جو اورينٽيشن تناسب (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ آهي. توانائي جي ورڇ واري ڊاگرام مان، اهو ڳولي سگهجي ٿو ته هيٺين مرحلن ۾ FAPbI3 جي δ مرحلي جي نيوڪليشن کان پوءِ، توانائي جي رڪاوٽ α مرحلي جي منتقلي جي ڀيٽ ۾ گهٽ آهي، جنهن جو مطلب آهي ته مرحلي جي منتقلي تيز ٿي ويندي. واضح طور تي، جيڪڏهن اسان α-مرحلي جي خرابي کي دٻائڻ چاهيون ٿا ته مرحلي جي منتقلي کي ڪنٽرول ڪرڻ جو پهريون قدم اهم آهي.
هڪ مرحلي جي تبديلي جو عمل کاٻي کان ساڄي طرف - ڪارو FAPbI3 مرحلو (α-مرحلو)، پهريون Pb-I بانڊ ڪليويج (Int-1) ۽ وڌيڪ Pb-I بانڊ ڪليويج (Int-2، Int -3 ۽ Int -4) ۽ پيلو مرحلو FAPbI3 (ڊيلٽا مرحلو). b مختلف اندروني نقطي خرابين جي بنياد تي FAPbI3 جي α کان δ مرحلي جي منتقلي ۾ توانائي رڪاوٽون. ڊاٽ ٿيل لڪير هڪ مثالي ڪرسٽل (0.62 eV) جي توانائي رڪاوٽ ڏيکاري ٿي. c ليڊ پيرووسڪائٽ جي مٿاڇري تي پرائمري پوائنٽ خرابين جي ٺهڻ جي توانائي. ابسيسا محور α-δ مرحلي جي منتقلي جي توانائي رڪاوٽ آهي، ۽ آرڊينيٽ محور خرابي جي ٺهڻ جي توانائي آهي. گرين، پيلي ۽ سائي رنگ ۾ ڇانو ڪيل حصا ترتيب وار قسم I (گهٽ EB-هاءِ FE)، قسم II (هاءِ FE) ۽ قسم III (گهٽ EB-گهٽ FE) آهن. d ڪنٽرول ۾ خرابين جي ٺهڻ جي توانائي VI ۽ FAPbI3 جي LOS. FAPbI3 جي ڪنٽرول ۽ LOS ۾ آئن جي منتقلي ۾ e I رڪاوٽ. f - gf ڪنٽرول ۾ I آئنن (نارنگي گولن) ۽ gLOS FAPbI3 (گرين، ليڊ؛ واڱڻائي (نارنگي)، آئيوڊين (موبائل آئيوڊين)) جي منتقلي جي اسڪيميٽڪ نمائندگي (کاٻي: مٿيون ڏيک؛ ساڄي: ڪراس سيڪشن، ناسي)؛ ڪاربان؛ هلڪو نيرو - نائٽروجن؛ ڳاڙهو - آڪسيجن؛ هلڪو گلابي - هائيڊروجن). ماخذ ڊيٽا ماخذ ڊيٽا فائلن جي صورت ۾ مهيا ڪئي وئي آهي.
پوءِ اسان منظم طريقي سان مختلف اندروني نقطي خرابين (PbFA، IFA، PbI، ۽ IPb اينٽي سائيٽ قبضي سميت؛ Pbi ۽ II انٽرسٽيشل ايٽم؛ ۽ VI، VFA، ۽ VPb خاليين) جي اثر جو مطالعو ڪيو، جيڪي اهم عنصر سمجهيا وڃن ٿا. جيڪي ايٽمي ۽ توانائي جي سطح جي مرحلي جي خرابي جو سبب بڻجن ٿا، شڪل 1b ۽ ضمني جدول 1 ۾ ڏيکاريا ويا آهن. دلچسپ ڳالهه اها آهي ته، سڀئي خرابيون α-δ مرحلي جي منتقلي (شڪل 1b) جي توانائي جي رڪاوٽ کي گهٽ نه ٿيون ڪن. اسان جو يقين آهي ته خرابيون جن ۾ گهٽ ٺهڻ واري توانائي ۽ گهٽ α-δ مرحلي جي منتقلي توانائي جي رڪاوٽون آهن، انهن کي مرحلي جي استحڪام لاءِ نقصانڪار سمجهيو ويندو آهي. جيئن اڳ ۾ ٻڌايو ويو آهي، ليڊ سان مالا مال مٿاڇري کي عام طور تي فارمامائيڊائن PSC27 لاءِ اثرائتو سمجهيو ويندو آهي. تنهن ڪري، اسان ليڊ سان مالا مال حالتن هيٺ PbI2-ختم ٿيل (100) مٿاڇري تي ڌيان ڏيون ٿا. مٿاڇري جي اندروني نقطي خرابين جي خرابي جي ٺهڻ واري توانائي شڪل 1c ۽ ضمني جدول 1 ۾ ڏيکاريل آهي. توانائي جي رڪاوٽ (EB) ۽ مرحلي جي منتقلي جي ٺهڻ واري توانائي (FE) جي بنياد تي، انهن خرابين کي ٽن قسمن ۾ ورهايو ويو آهي. قسم I (گهٽ EB-هاءِ FE): جيتوڻيڪ IPb، VFA ۽ VPb مرحلي جي منتقلي لاءِ توانائي جي رڪاوٽ کي خاص طور تي گھٽ ڪن ٿا، انهن ۾ اعليٰ فارميشن توانائي آهي. تنهن ڪري، اسان جو يقين آهي ته هن قسم جا نقص مرحلي جي منتقلي تي محدود اثر رکن ٿا ڇاڪاڻ ته اهي گهٽ ئي ٺهندا آهن. قسم II (هاءِ EB): بهتر α-δ مرحلي جي منتقلي توانائي جي رڪاوٽ جي ڪري، اينٽي سائيٽ خرابيون PbI، IFA ۽ PbFA α-FAPbI3 پيرووسڪائٽ جي مرحلي جي استحڪام کي نقصان نه پهچائين ٿيون. قسم III (گهٽ EB-گهٽ FE): VI، Ii ۽ Pbi خرابيون نسبتا گهٽ فارميشن توانائي سان ڪارو مرحلي جي خرابي جو سبب بڻجي سگهن ٿيون. خاص طور تي گهٽ ۾ گهٽ FE ۽ EB VI ڏنو وڃي، اسان جو يقين آهي ته سڀ کان وڌيڪ اثرائتي حڪمت عملي I خالي جڳهن کي گهٽائڻ آهي.
VI کي گهٽائڻ لاءِ، اسان FAPbI3 جي مٿاڇري کي بهتر بڻائڻ لاءِ PbC2O4 جي هڪ گهاٽي پرت تيار ڪئي. نامياتي هيلائيڊ لوڻ جي پاسيويٽرز جهڙوڪ فينائلٿيلامونيم آئوڊائيڊ (PEAI) ۽ n-آڪٽيلمونيم آئوڊائيڊ (OAI) جي مقابلي ۾، PbC2O4، جنهن ۾ ڪو به موبائل هيلوجن آئن نه هوندو آهي، ڪيميائي طور تي مستحڪم آهي، پاڻي ۾ حل نه ٿيندو آهي، ۽ محرڪ تي آساني سان غير فعال ٿي ويندو آهي. سطح جي نمي ۽ پيرووسڪائٽ جي برقي ميدان جي سٺي استحڪام. پاڻي ۾ PbC2O4 جي حل پذيري صرف 0.00065 g/L آهي، جيڪا PbSO428 کان به گهٽ آهي. وڌيڪ اهم ڳالهه اها آهي ته، LOS جي گهاٽي ۽ هڪجهڙائي واري پرت کي ان سيٽو ري ايڪشن استعمال ڪندي پيرووسڪائٽ فلمن تي نرمي سان تيار ڪري سگهجي ٿو (هيٺ ڏسو). اسان FAPbI3 ۽ PbC2O4 جي وچ ۾ انٽرفيشل بانڊنگ جي DFT سموليشنز انجام ڏنيون جيئن ضمني شڪل 1 ۾ ڏيکاريل آهي. ضمني جدول 2 LOS انجيڪشن کان پوءِ خرابي جي ٺهڻ واري توانائي پيش ڪري ٿو. اسان ڏٺو ته LOS نه رڳو VI خرابين جي ٺهڻ واري توانائي کي 0.69–1.53 eV وڌائي ٿو (شڪل 1d)، پر منتقلي جي مٿاڇري ۽ نڪرڻ واري مٿاڇري تي I جي چالو ڪرڻ واري توانائي کي پڻ وڌائي ٿو (شڪل 1e). پهرين مرحلي ۾، I آئن پيرووسڪائٽ مٿاڇري سان گڏ منتقل ٿين ٿا، VI آئن کي 0.61 eV جي توانائي رڪاوٽ سان هڪ جالي واري پوزيشن ۾ ڇڏي ڏين ٿا. LOS جي تعارف کان پوءِ، اسٽيرڪ رڪاوٽ جي اثر جي ڪري، I آئن جي منتقلي لاءِ چالو ڪرڻ واري توانائي 1.28 eV تائين وڌي ٿي. پيرووسڪائٽ مٿاڇري کي ڇڏڻ واري I آئن جي منتقلي دوران، VOC ۾ توانائي رڪاوٽ پڻ ڪنٽرول نموني کان وڌيڪ آهي (شڪل 1e). ڪنٽرول ۾ I آئن جي منتقلي جي رستن جا اسڪيميٽڪ ڊاگرام ۽ LOS FAPbI3 ترتيب وار شڪل 1 f ۽ g ۾ ڏيکاريا ويا آهن. سموليشن نتيجا ڏيکارين ٿا ته LOS VI خرابين جي ٺهڻ ۽ I جي اتار چڙهڻ کي روڪي سگهي ٿو، ان ڪري α کان δ مرحلي جي منتقلي جي نيوڪليشن کي روڪي سگهي ٿو.
آڪسالڪ ايسڊ ۽ FAPbI3 پيرووسڪائٽ جي وچ ۾ رد عمل جي جانچ ڪئي وئي. آڪسالڪ ايسڊ ۽ FAPbI3 جي محلولن کي ملائڻ کان پوءِ، وڏي مقدار ۾ اڇو پرسيپيٽ ٺاهيو ويو، جيئن ضمني شڪل 2 ۾ ڏيکاريل آهي. پاؤڊر پراڊڪٽ کي ايڪس ري ڊفرڪشن (XRD) (ضمني شڪل 3) ۽ فوريئر ٽرانسفارم انفراريڊ اسپيڪٽرو اسڪوپي (FTIR) (ضمني شڪل 4) استعمال ڪندي خالص PbC2O4 مواد طور سڃاتو ويو. اسان ڏٺو ته آڪسالڪ ايسڊ آئسوپروپيل الڪوحل (IPA) ۾ ڪمري جي حرارت تي تقريبن 18 mg/mL جي حل پذيري سان تمام گهڻو حل ٿيندڙ آهي، جيئن ضمني شڪل 5 ۾ ڏيکاريل آهي. اهو بعد ۾ پروسيسنگ کي آسان بڻائي ٿو ڇاڪاڻ ته IPA، هڪ عام پاسيويشن سالوينٽ جي طور تي، مختصر وقت کان پوءِ پيرووسڪائٽ پرت کي نقصان نه پهچائيندو آهي 29. تنهن ڪري، پيرووسڪائٽ فلم کي آڪسالڪ ايسڊ محلول ۾ ٻوڙڻ يا پيرووسڪائٽ تي آڪسالڪ ايسڊ محلول کي اسپن ڪوٽنگ ڪرڻ سان، هيٺ ڏنل ڪيميائي مساوات مطابق پيرووسڪائٽ فلم جي مٿاڇري تي پتلي ۽ گهاٽي PbC2O4 کي جلدي حاصل ڪري سگهجي ٿو: H2C2O4 + FAPbI3 = PbC2O4 + FAI +HI. FAI کي IPA ۾ حل ڪري سگهجي ٿو ۽ اهڙي طرح پچائڻ دوران هٽايو وڃي ٿو. LOS جي ٿولهه کي رد عمل جي وقت ۽ اڳڪٿي ڪنسنٽريشن ذريعي ڪنٽرول ڪري سگهجي ٿو.
ڪنٽرول ۽ LOS پيرووسڪائٽ فلمن جون اسڪيننگ اليڪٽران مائڪروسڪوپي (SEM) تصويرون شڪل 2a، b ۾ ڏيکاريل آهن. نتيجا ڏيکارين ٿا ته پيرووسڪائٽ مٿاڇري جي مورفولوجي چڱي طرح محفوظ آهي، ۽ اناج جي مٿاڇري تي وڏي تعداد ۾ نفيس ذرڙا جمع ٿيل آهن، جيڪي ان-سيٽو رد عمل ذريعي ٺهيل PbC2O4 پرت جي نمائندگي ڪن ٿا. LOS پيرووسڪائٽ فلم ۾ ٿوري هموار مٿاڇري (ضمني شڪل 6) ۽ ڪنٽرول فلم (ضمني شڪل 7) جي مقابلي ۾ هڪ وڏو پاڻي جي رابطي جو زاويه آهي. پراڊڪٽ جي مٿاڇري جي پرت کي فرق ڪرڻ لاءِ هاءِ ريزوليوشن ٽرانسورس ٽرانسميشن اليڪٽران مائڪروسڪوپي (HR-TEM) استعمال ڪيو ويو. ڪنٽرول فلم (شڪل 2c) جي مقابلي ۾، LOS پيرووسڪائٽ (شڪل 2d) جي چوٽي تي هڪ يونيفارم ۽ گهاٽي پتلي پرت واضح طور تي نظر اچي ٿي جنهن جي ٿولهه تقريبن 10 nm آهي. PbC2O4 ۽ FAPbI3 جي وچ ۾ انٽرفيس کي جانچڻ لاءِ هاءِ-اينگل اينولر ڊارڪ فيلڊ اسڪيننگ اليڪٽران مائڪروسڪوپي (HAADF-STEM) استعمال ڪندي، FAPbI3 جي ڪرسٽل لائن علائقن ۽ PbC2O4 جي بي شڪل علائقن جي موجودگي کي واضح طور تي ڏسي سگهجي ٿو (ضمني شڪل 8). آڪسالڪ ايسڊ علاج کان پوءِ پيرووسڪائٽ جي مٿاڇري جي جوڙجڪ کي ايڪس ري فوٽو اليڪٽران اسپيڪٽرو اسڪوپي (XPS) ماپن سان منسوب ڪيو ويو، جيئن شڪل 2e-g ۾ ڏيکاريل آهي. شڪل 2e ۾، C 1s چوٽي 284.8 eV ۽ 288.5 eV جي چوڌاري مخصوص CC ۽ FA سگنلن سان تعلق رکي ٿي، ترتيب وار. ڪنٽرول جھلي جي مقابلي ۾، LOS جھلي 289.2 eV تي هڪ اضافي چوٽي ڏيکاري، جيڪا C2O42- سان منسوب آهي. LOS perovskite جو O 1s اسپيڪٽرم 531.7 eV، 532.5 eV، ۽ 533.4 eV تي ٽي ڪيميائي طور تي الڳ O 1s چوٽيون ڏيکاري ٿو، جيڪي OH جزو جي برقرار آڪسيليٽ گروپن 30 ۽ O ايٽمز جي deprotonated COO، C=O سان مطابقت رکن ٿيون (شڪل 2e). )). ڪنٽرول نموني لاءِ، صرف هڪ ننڍڙي O 1s چوٽي ڏٺي وئي، جيڪا مٿاڇري تي آڪسيجن ڪيميس جذب ٿيڻ سان منسوب ٿي سگهي ٿي. Pb 4f7/2 ۽ Pb 4f5/2 جون ڪنٽرول جھلي خاصيتون ترتيب وار 138.4 eV ۽ 143.3 eV تي واقع آهن. اسان ڏٺو ته LOS perovskite Pb چوٽي جي تقريبن 0.15 eV جي شفٽ کي وڌيڪ پابند توانائي ڏانهن ڏيکاري ٿو، جيڪو C2O42- ۽ Pb ايٽمز جي وچ ۾ هڪ مضبوط رابطي کي ظاهر ڪري ٿو (شڪل 2g).
a ڪنٽرول جون SEM تصويرون ۽ b LOS پيرووسڪائٽ فلمون، مٿيون ڏيک. c ڪنٽرول جون هاءِ ريزوليوشن ڪراس سيڪشنل ٽرانسميشن اليڪٽران مائڪروسڪوپي (HR-TEM) ۽ d LOS پيرووسڪائٽ فلمون. e C 1s، f O 1s ۽ g Pb 4f پيرووسڪائٽ فلمن جون هاءِ ريزوليوشن XPS. سورس ڊيٽا سورس ڊيٽا فائلن جي صورت ۾ مهيا ڪئي وئي آهي.
DFT جي نتيجن موجب، نظرياتي طور تي اڳڪٿي ڪئي وئي آهي ته VI خرابيون ۽ I منتقلي آساني سان α کان δ تائين مرحلي جي منتقلي جو سبب بڻجن ٿا. پوئين رپورٽن ۾ ڏيکاريو ويو آهي ته I2 فوٽو امسرشن دوران پي سي تي ٻڌل پيرووسڪائٽ فلمن مان تيزي سان آزاد ٿئي ٿو جڏهن فلمن کي روشني ۽ حرارتي دٻاءُ 31,32,33 ۾ ظاهر ڪيو ويو آهي. پيرووسڪائٽ جي α-فيز تي ليڊ آڪسليٽ جي مستحڪم اثر جي تصديق ڪرڻ لاءِ، اسان ڪنٽرول ۽ LOS پيرووسڪائٽ فلمن کي ٽولين تي مشتمل شفاف شيشي جي بوتلن ۾ ٻوڙيو، ۽ پوءِ انهن کي 24 ڪلاڪن لاءِ 1 سج جي روشني سان شعاع ڪيو. اسان الٽراوائليٽ ۽ نظر ايندڙ روشني (UV-Vis) جي جذب کي ماپيو. ) ٽولين حل، جيئن شڪل 3a ۾ ڏيکاريل آهي. ڪنٽرول نموني جي مقابلي ۾، LOS-پيرووسڪائٽ جي صورت ۾ تمام گهٽ I2 جذب جي شدت ڏٺي وئي، جنهن مان ظاهر ٿئي ٿو ته ڪمپيڪٽ LOS روشني امسرشن دوران پيرووسڪائٽ فلم مان I2 جي ڇڏڻ کي روڪي سگهي ٿو. عمر واري ڪنٽرول ۽ LOS پيرووسڪائٽ فلمن جون تصويرون شڪل 3b ۽ c جي انسٽس ۾ ڏيکاريل آهن. LOS پيرووسڪائٽ اڃا تائين ڪارو آهي، جڏهن ته ڪنٽرول فلم جو گهڻو حصو پيلو ٿي ويو آهي. ٻڏل فلم جو UV-نظر ايندڙ جذب اسپيڪٽرا شڪل 3b، c ۾ ڏيکاريل آهي. اسان ڏٺو ته ڪنٽرول فلم ۾ α سان لاڳاپيل جذب واضح طور تي گهٽجي ويو هو. ڪرسٽل structure جي ارتقا کي دستاويز ڪرڻ لاءِ ايڪس ري ماپون ڪيون ويون. 24 ڪلاڪن جي روشني کان پوءِ، ڪنٽرول پيرووسڪائٽ هڪ مضبوط پيلو δ-فيز سگنل (11.8°) ڏيکاريو، جڏهن ته LOS پيرووسڪائٽ اڃا تائين هڪ سٺو ڪارو مرحلو برقرار رکيو (شڪل 3d).
ٽوليوين محلولن جو UV-نظر ايندڙ جذب اسپيڪٽرا جنهن ۾ ڪنٽرول فلم ۽ LOS فلم کي 24 ڪلاڪن لاءِ 1 سج جي روشني هيٺ ٻوڙيو ويو هو. انسيٽ هڪ شيشي ڏيکاري ٿو جنهن ۾ هر فلم کي ٽوليوين جي برابر مقدار ۾ ٻوڙيو ويو هو. b ڪنٽرول فلم جو UV-Vis جذب اسپيڪٽرا ۽ c LOS فلم 1 سج جي روشني هيٺ 24 ڪلاڪن کان اڳ ۽ پوءِ. انسيٽ ٽيسٽ فلم جي تصوير ڏيکاري ٿو. d ڪنٽرول ۽ LOS فلمن جا ايڪس ري ڊفرڪشن نمونا 24 ڪلاڪن جي نمائش کان اڳ ۽ پوءِ. ڪنٽرول فلم e ۽ فلم f LOS جون SEM تصويرون 24 ڪلاڪن جي نمائش کان پوءِ. سورس ڊيٽا سورس ڊيٽا فائلن جي صورت ۾ مهيا ڪئي وئي آهي.
اسان 24 ڪلاڪن جي روشني کان پوءِ پيرووسڪائٽ فلم جي مائڪرو اسٽرڪچرل تبديلين کي ڏسڻ لاءِ اسڪيننگ اليڪٽران مائڪروسڪوپي (SEM) ماپون ڪيون، جيئن شڪل 3e، f ۾ ڏيکاريل آهي. ڪنٽرول فلم ۾، وڏا اناج تباهه ٿي ويا ۽ ننڍڙن سوئي ۾ تبديل ٿي ويا، جيڪي δ-مرحلي پراڊڪٽ FAPbI3 (شڪل 3e) جي مورفولوجي سان مطابقت رکن ٿا. LOS فلمن لاءِ، پيرووسڪائٽ اناج سٺي حالت ۾ رهن ٿا (شڪل 3f). نتيجن تصديق ڪئي ته I جو نقصان خاص طور تي ڪاري مرحلي کان پيلي مرحلي ڏانهن منتقلي کي متاثر ڪري ٿو، جڏهن ته PbC2O4 ڪاري مرحلي کي مستحڪم ڪري ٿو، I جي نقصان کي روڪي ٿو. ڇاڪاڻ ته مٿاڇري تي خالي کثافت اناج جي بلڪ کان تمام گهڻي آهي، 34 هي مرحلو اناج جي مٿاڇري تي ٿيڻ جو وڌيڪ امڪان آهي. ساڳئي وقت آئوڊين جاري ڪرڻ ۽ VI ٺاهڻ. جيئن DFT پاران پيش ڪيل آهي، LOS VI خرابين جي ٺهڻ کي روڪي سگهي ٿو ۽ I آئنن جي پيرووسڪائٽ مٿاڇري ڏانهن منتقلي کي روڪي سگهي ٿو.
ان کان علاوه، PbC2O4 پرت جو اثر ماحول جي هوا ۾ پيرووسڪائٽ فلمن جي نمي جي مزاحمت تي (نسبتي نمي 30-60٪) جو مطالعو ڪيو ويو. جيئن ضمني شڪل 9 ۾ ڏيکاريل آهي، LOS پيرووسڪائٽ 12 ڏينهن کان پوءِ به ڪارو هو، جڏهن ته ڪنٽرول فلم پيلي ٿي وئي. XRD ماپن ۾، ڪنٽرول فلم FAPbI3 جي δ مرحلي جي مطابق 11.8° تي هڪ مضبوط چوٽي ڏيکاري ٿي، جڏهن ته LOS پيرووسڪائٽ ڪارو α مرحلي کي چڱي طرح برقرار رکي ٿو (ضمني شڪل 10).
پيرووسڪائٽ جي مٿاڇري تي ليڊ آڪسيليٽ جي پاسيويشن اثر جو مطالعو ڪرڻ لاءِ اسٽيڊي اسٽيٽ فوٽوولومينسينس (PL) ۽ ٽائيم-ريزوليوڊ فوٽوولومينسينس (TRPL) استعمال ڪيا ويا. شڪل 4a ۾ ڏيکاري ٿو ته LOS فلم PL جي شدت وڌائي آهي. PL ميپنگ تصوير ۾، 10 × 10 μm2 جي پوري علائقي تي LOS فلم جي شدت ڪنٽرول فلم (ضمني شڪل 11) کان وڌيڪ آهي، جيڪو ظاهر ڪري ٿو ته PbC2O4 هڪجهڙائي سان پيرووسڪائٽ فلم کي غير فعال ڪري ٿو. ڪيريئر لائف ٽائيم هڪ سنگل ايڪسپونينشل فنڪشن (شڪل 4b) سان TRPL ڊيڪي جي لڳ ڀڳ طئي ڪندي طئي ڪيو ويندو آهي. LOS فلم جو ڪيريئر لائف ٽائيم 5.2 μs آهي، جيڪو ڪنٽرول فلم کان گهڻو ڊگهو آهي جنهن جي ڪيريئر لائف ٽائيم 0.9 μs آهي، گهٽ ٿيل سطح جي غير تابڪاري ٻيهر ميلاپ کي ظاهر ڪري ٿو.
شيشي جي سبسٽريٽس تي پيرووسڪائٽ فلمن جي عارضي پي ايل جو مستحڪم-اسٽيٽ پي ايل ۽ بي-اسپيڪٽرا. سي ڊوائيس جو ايس پي وکر (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au). ڊي EQE اسپيڪٽرم ۽ Jsc EQE اسپيڪٽرم سڀ کان وڌيڪ ڪارآمد ڊوائيس مان ضم ٿيل. ڊي Voc ڊاگرام تي پيرووسڪائٽ ڊوائيس جي روشني جي شدت جو انحصار. f ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au صاف سوراخ ڊوائيس استعمال ڪندي عام MKRC تجزيو. VTFL وڌ ۾ وڌ ٽريپ ڀرڻ وولٽيج آهي. انهن ڊيٽا مان اسان ٽريپ کثافت (Nt) جو حساب ڪيو. ذريعو ڊيٽا سورس ڊيٽا فائلن جي صورت ۾ مهيا ڪيو ويو آهي.
ڊوائيس جي ڪارڪردگي تي ليڊ آڪسيليٽ پرت جي اثر جو مطالعو ڪرڻ لاءِ، هڪ روايتي FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au رابطي جي جوڙجڪ استعمال ڪئي وئي. اسان بهتر ڊوائيس جي ڪارڪردگي حاصل ڪرڻ لاءِ ميٿيلامائن هائيڊروڪلورائڊ (MACl) جي بدران پيرووسڪائٽ اڳڪٿي ۾ اضافو طور فارمامائيڊائن ڪلورائڊ (FACl) استعمال ڪندا آهيون، ڇاڪاڻ ته FACl بهتر ڪرسٽل معيار فراهم ڪري سگهي ٿو ۽ FAPbI335 جي بينڊ گيپ کان بچي سگهي ٿو (تفصيلي مقابلي لاءِ ضمني شڪلون 1 ۽ 2 ڏسو). 12-14). IPA کي اينٽي سولوينٽ طور چونڊيو ويو ڇاڪاڻ ته اهو ڊائيٿائل ايٿر (DE) يا ڪلوروبينزين (CB)36 جي مقابلي ۾ پيرووسڪائٽ فلمن ۾ بهتر ڪرسٽل معيار ۽ ترجيحي رخ فراهم ڪري ٿو (اضافي شڪل 15 ۽ 16). PbC2O4 جي ٿولهه کي احتياط سان بهتر ڪيو ويو ته جيئن آڪسالڪ ايسڊ ڪنسنٽريشن کي ترتيب ڏيندي خرابي جي پاسوائيشن ۽ چارج ٽرانسپورٽ کي چڱي طرح متوازن ڪري سگهجي (اضافي شڪل 17). اصلاح ٿيل ڪنٽرول ۽ LOS ڊوائيسز جون ڪراس-سيڪشنل SEM تصويرون ضمني شڪل 18 ۾ ڏيکاريل آهن. ڪنٽرول ۽ LOS ڊوائيسز لاءِ عام موجوده کثافت (CD) وکر شڪل 4c ۾ ڏيکاريل آهن، ۽ ڪڍيل پيرا ميٽر ضمني جدول 3 ۾ ڏنل آهن. وڌ ۾ وڌ پاور ڪنورشن ڪارڪردگي (PCE) ڪنٽرول سيلز 23.43٪ (22.94٪)، Jsc 25.75 mA cm-2 (25.74 mA cm-2)، Voc 1.16 V (1.16 V) ۽ ريورس (فارورڊ) اسڪين. فل فيڪٽر (FF) 78.40٪ (76.69٪) آهي. وڌ ۾ وڌ PCE LOS PSC 25.39٪ (24.79٪) آهي، Jsc 25.77 mA cm-2 آهي، Voc 1.18 V آهي، FF 83.50٪ (81.52٪) آهي ريورس (فارورڊ اسڪين کان). LOS ڊوائيس هڪ قابل اعتماد ٽئين پارٽي فوٽووولٽڪ ليبارٽري ۾ 24.92٪ جي تصديق ٿيل فوٽووولٽڪ ڪارڪردگي حاصل ڪئي (ضمني شڪل 19). خارجي ڪوانٽم ڪارڪردگي (EQE) ترتيب وار 24.90 mA cm-2 (ڪنٽرول) ۽ 25.18 mA cm-2 (LOS PSC) جو هڪ مربوط Jsc ڏنو، جيڪو معياري AM 1.5 G اسپيڪٽرم (شڪل .4d) ۾ ماپيل Jsc سان سٺي معاهدي ۾ هو. ڪنٽرول ۽ LOS PSCs لاءِ ماپيل PCEs جي شمارياتي ورڇ ضمني شڪل 20 ۾ ڏيکاريل آهي.
جيئن شڪل 4e ۾ ڏيکاريل آهي، Voc ۽ روشني جي شدت جي وچ ۾ تعلق کي ٽريپ-اسسٽڊ مٿاڇري جي ٻيهر ميلاپ تي PbC2O4 جي اثر جو مطالعو ڪرڻ لاءِ ڳڻيو ويو. LOS ڊوائيس لاءِ فٽ ٿيل لائن جو ڍلون 1.16 kBT/sq آهي، جيڪو ڪنٽرول ڊوائيس (1.31 kBT/sq) لاءِ فٽ ٿيل لائن جي ڍلون کان گهٽ آهي، اهو تصديق ڪري ٿو ته LOS ڊيڪوز ذريعي مٿاڇري جي ٻيهر ميلاپ کي روڪڻ لاءِ ڪارآمد آهي. اسان سوراخ ڊوائيس (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) جي ڊارڪ IV خاصيت کي ماپڻ سان هڪ پيرووسڪائيٽ فلم جي خراب کثافت کي مقداري طور تي ماپڻ لاءِ اسپيس چارج ڪرنٽ لمٽنگ (SCLC) ٽيڪنالاجي استعمال ڪندا آهيون جيئن شڪل ۾ ڏيکاريل آهي. 4f ڏيکاريو. ٽريپ جي کثافت جو حساب فارمولا Nt = 2ε0εVTFL/eL2 ذريعي ڪيو ويندو آهي، جتي ε پيرووسڪائٽ فلم جو نسبتي ڊائي اليڪٽرڪ ڪانسٽنٽ آهي، ε0 ويڪيوم جو ڊائي اليڪٽرڪ ڪانسٽنٽ آهي، VTFL ٽريپ کي ڀرڻ لاءِ محدود وولٽيج آهي، e چارج آهي، L پيرووسڪائٽ فلم جي ٿولهه آهي (650 nm). VOC ڊوائيس جي خراب کثافت 1.450 × 1015 cm–3 جي حساب سان ڪئي وئي آهي، جيڪا ڪنٽرول ڊوائيس جي خراب کثافت کان گهٽ آهي، جيڪا 1.795 × 1015 cm–3 آهي.
پيڪ ٿيل ڊوائيس کي نائٽروجن جي هيٺان پوري ڏينهن جي روشني ۾ وڌ ۾ وڌ پاور پوائنٽ (MPP) تي آزمايو ويو ته جيئن ان جي ڊگهي مدت جي ڪارڪردگي جي استحڪام کي جانچيو وڃي (شڪل 5a). 550 ڪلاڪن کان پوءِ، LOS ڊوائيس اڃا تائين پنهنجي وڌ ۾ وڌ ڪارڪردگي جو 92٪ برقرار رکيو، جڏهن ته ڪنٽرول ڊوائيس جي ڪارڪردگي ان جي اصل ڪارڪردگي جي 60٪ تائين گهٽجي وئي هئي. پراڻي ڊوائيس ۾ عنصرن جي ورڇ کي پرواز جي وقت جي ثانوي آئن ماس اسپيڪٽروميٽري (ToF-SIMS) (شڪل 5b، c) ذريعي ماپيو ويو. مٿي سون جي ڪنٽرول واري علائقي ۾ آئوڊين جو هڪ وڏو جمع ڏسي سگهجي ٿو. غير فعال گئس جي حفاظت جون حالتون ماحولياتي طور تي خراب ڪندڙ عنصرن جهڙوڪ نمي ۽ آڪسيجن کي خارج ڪن ٿيون، اهو مشورو ڏئي ٿو ته اندروني ميڪانيزم (يعني، آئن لڏپلاڻ) ذميوار آهن. ToF-SIMS نتيجن موجب، Au اليڪٽروڊ ۾ I- ۽ AuI2- آئن ڳوليا ويا، جيڪو I جي پيرووسڪائٽ کان Au ۾ ڦهلاءُ کي ظاهر ڪري ٿو. ڪنٽرول ڊوائيس ۾ I- ۽ AuI2- آئن جي سگنل جي شدت VOC نموني جي ڀيٽ ۾ تقريبن 10 ڀيرا وڌيڪ آهي. پوئين رپورٽن مان ظاهر ٿيو آهي ته آئن جي پرميشن اسپيرو-OMeTAD جي سوراخ جي چالکائي ۾ تيزي سان گهٽتائي ۽ مٿين اليڪٽروڊ پرت جي ڪيميائي سنکنرن جو سبب بڻجي سگهي ٿي، جنهن جي ڪري ڊوائيس ۾ انٽرفيشل رابطي کي خراب ڪري سگهجي ٿو 37,38. آو اليڪٽروڊ کي هٽايو ويو ۽ اسپيرو-OMeTAD پرت کي ڪلوروبينزين محلول سان سبسٽريٽ مان صاف ڪيو ويو. پوءِ اسان فلم کي گريجنگ ايونڊسنس ايڪس ري ڊفرڪشن (GIXRD) (شڪل 5d) استعمال ڪندي بيان ڪيو. نتيجا ڏيکارين ٿا ته ڪنٽرول فلم ۾ 11.8° تي هڪ واضح ڊفرڪشن چوٽي آهي، جڏهن ته LOS نموني ۾ ڪا به نئين ڊفرڪشن چوٽي نظر نٿي اچي. نتيجا ڏيکارين ٿا ته ڪنٽرول فلم ۾ I آئنز جا وڏا نقصان δ مرحلي جي پيداوار ڏانهن وٺي ويندا آهن، جڏهن ته LOS فلم ۾ هي عمل واضح طور تي روڪيو ويندو آهي.
نائٽروجن ماحول ۾ هڪ غير سيل ٿيل ڊوائيس جي 575 ڪلاڪن جي مسلسل MPP ٽريڪنگ ۽ UV فلٽر کان سواءِ 1 سج جي روشني. LOS MPP ڪنٽرول ڊوائيس ۽ عمر جي ڊوائيس ۾ b I- ۽ c AuI2- آئنن جي ToF-SIMS ورڇ. پيلو، سائو ۽ نارنگي جا ڇانو Au، Spiro-OMeTAD ۽ perovskite سان ملن ٿا. MPP ٽيسٽ کان پوءِ perovskite فلم جو GIXRD. ذريعو ڊيٽا ذريعو ڊيٽا فائلن جي صورت ۾ مهيا ڪيو ويو آهي.
گرمي پد تي منحصر چالکائي ماپي وئي ته جيئن تصديق ٿئي ته PbC2O4 آئن جي منتقلي کي روڪي سگهي ٿو (ضمني شڪل 21). آئن جي منتقلي جي چالکائي توانائي (Ea) مختلف درجه حرارت (T) تي FAPbI3 فلم جي چالکائي (σ) ۾ تبديلي کي ماپڻ ۽ نرنسٽ-آئنسٽائن تعلق کي استعمال ڪندي طئي ڪئي ويندي آهي: σT = σ0exp(−Ea/kBT)، جتي σ0 هڪ مستقل آهي، kB بولٽزمان مستقل آهي. اسان Ea جي قيمت ln(σT) جي ڍلون مان حاصل ڪريون ٿا بمقابله 1/T، جيڪو ڪنٽرول لاءِ 0.283 eV ۽ LOS ڊوائيس لاءِ 0.419 eV آهي.
خلاصو، اسان FAPbI3 پيرووسڪائٽ جي تباهي واري رستي ۽ α-δ مرحلي جي منتقلي جي توانائي جي رڪاوٽ تي مختلف خرابين جي اثر کي سڃاڻڻ لاءِ هڪ نظرياتي فريم ورڪ فراهم ڪريون ٿا. انهن خرابين مان، VI خرابين کي نظرياتي طور تي α کان δ تائين مرحلي جي منتقلي جو سبب بڻجڻ جي اڳڪٿي ڪئي وئي آهي. I خالي جڳهن جي ٺهڻ ۽ I آئنز جي منتقلي کي روڪيندي FAPbI3 جي α-مرحلي کي مستحڪم ڪرڻ لاءِ PbC2O4 جي هڪ پاڻي ۾ حل نه ٿيندڙ ۽ ڪيميائي طور تي مستحڪم گهاٽي پرت متعارف ڪرائي وئي آهي. هي حڪمت عملي انٽرفيشل غير ريڊيئيٽو ري ڪمبينيشن کي گهٽائي ٿي، شمسي سيل جي ڪارڪردگي کي 25.39٪ تائين وڌائي ٿي، ۽ آپريٽنگ استحڪام کي بهتر بڻائي ٿي. اسان جا نتيجا خرابي-حوصلہ افزائي α کان δ مرحلي جي منتقلي کي روڪيندي موثر ۽ مستحڪم فارمامائيڊائن PSCs حاصل ڪرڻ لاءِ هدايت فراهم ڪن ٿا.
ٽائيٽينيم (IV) آئسوپروپوڪسائيڊ (TTIP، 99.999٪) سگما-الڊرچ کان خريد ڪيو ويو. هائيڊروڪلورڪ ايسڊ (HCl، 35.0–37.0٪) ۽ ايٿانول (اين هائيڊروس) گوانگزو ڪيميڪل انڊسٽري کان خريد ڪيا ويا. SnO2 (15 wt% ٽين (IV) آڪسائيڊ ڪولائيڊل ڊسپريشن) الفا ايسر کان خريد ڪيو ويو. ليڊ (II) آئوڊائيڊ (PbI2، 99.99٪) TCI شنگھائي (چين) کان خريد ڪيو ويو. فارمامائيڊين آئوڊائيڊ (FAI، ≥99.5٪)، فارمامائيڊين ڪلورائڊ (FACl، ≥99.5٪)، ميٿيلامائن هائيڊرو ڪلورائڊ (MACl، ≥99.5٪)، 2,2′،7,7′-ٽيٽراڪيس-(N، N-di-p))-ميٿوڪسينيلائن)-9,9′-اسپيروبي فلورين (اسپيرو-OMeTAD، ≥99.5٪)، ليٿيم بِس (ٽرائي فلورو ميٿين) سلفوني لمائيڊ (لي-TFSI، 99.95٪)، 4-ٽرٽ -بُٽيل پائريڊائن (tBP، 96٪) شيان پوليمر لائيٽ ٽيڪنالاجي ڪمپني (چين) کان خريد ڪئي وئي هئي. N,N-dimethylformamide (DMF, 99.8%)، dimethyl sulfoxide (DMSO, 99.9%)، isopropyl alcohol (IPA, 99.8%)، chlorobenzene (CB, 99.8%)، acetonitrile (ACN). Sigma-Aldrich کان خريد ڪيو ويو. آڪسالڪ ايسڊ (H2C2O4, 99.9%) ميڪلن کان خريد ڪيو ويو. سڀئي ڪيميڪل ڪنهن به ٻئي ترميم کان سواءِ حاصل ڪيل طور تي استعمال ڪيا ويا.
ITO يا FTO سبسٽريٽ (1.5 × 1.5 cm2) کي الٽراسونڪ طور تي ڊٽرجنٽ، ايسٽون، ۽ ايٿانول سان ترتيب وار 10 منٽن لاءِ صاف ڪيو ويو، ۽ پوءِ نائٽروجن جي وهڪري هيٺ خشڪ ڪيو ويو. هڪ گهاٽي TiO2 رڪاوٽ پرت کي FTO سبسٽريٽ تي ايٿانول (1/25، v/v) ۾ ٽائيٽينيم ڊائيسوپروپوڪسيبس (ايڪٽيليسيٽونيٽ) جي محلول استعمال ڪندي جمع ڪيو ويو جيڪو 60 منٽن لاءِ 500 °C تي جمع ڪيو ويو. SnO2 ڪولائيڊل ڊسپريشن کي 1:5 جي حجم جي تناسب ۾ ڊيونائيزڊ پاڻي سان ملايو ويو. 20 منٽن لاءِ UV اوزون سان علاج ٿيل صاف سبسٽريٽ تي، SnO2 نانو پارٽيڪلز جي هڪ پتلي فلم 4000 rpm تي 30 سيڪنڊن لاءِ جمع ڪئي وئي ۽ پوءِ 150 °C تي 30 منٽن لاءِ اڳي گرم ڪئي وئي. پيرووسڪائٽ اڳواٽ حل لاءِ، 275.2 mg FAI، 737.6 mg PbI2 ۽ FACl (20 mol%) کي DMF/DMSO (15/1) مخلوط محلول ۾ حل ڪيو ويو. پيرووسڪائٽ پرت کي 40 μL پيرووسڪائٽ اڳواٽ محلول کي UV-اوزون-علاج ٿيل SnO2 پرت جي مٿان 5000 rpm تي 25 سيڪنڊن لاءِ سينٽرفيوگ ڪندي تيار ڪيو ويو. آخري ڀيرو 5 سيڪنڊن کان پوءِ، 50 μL MACl IPA محلول (4 mg/mL) کي جلدي سبسٽريٽ تي اينٽي سولوينٽ طور ڇڏيو ويو. پوءِ، تازي تيار ڪيل فلمن کي 150 ° C تي 20 منٽن لاءِ ۽ پوءِ 100 ° C تي 10 منٽن لاءِ اينيل ڪيو ويو. پيرووسڪائٽ فلم کي ڪمري جي حرارت تي ٿڌو ڪرڻ کان پوءِ، H2C2O4 محلول (1، 2، 4 mg 1 mL IPA ۾ حل ٿيل) کي 30 سيڪنڊن لاءِ 4000 rpm تي سينٽرفيوگ ڪيو ويو ته جيئن پيرووسڪائٽ مٿاڇري کي غير فعال ڪري سگهجي. 72.3 mg spiro-OMeTAD، 1 ml CB، 27 µl tBP ۽ 17.5 µl Li-TFSI (1 ml acetonitrile ۾ 520 mg) کي ملائي تيار ڪيل هڪ spiro-OMeTAD محلول کي 30 سيڪنڊن اندر 4000 rpm تي فلم تي اسپن ڪوٽ ڪيو ويو. آخرڪار، هڪ 100 nm ٿلهي Au پرت کي ويڪيوم ۾ 0.05 nm/s (0~1 nm)، 0.1 nm/s (2~15 nm) ۽ 0.5 nm/s (16~100 nm) جي شرح سان بخارات بڻايو ويو. ).
پيرووسڪائٽ سولر سيلز جي ايس سي ڪارڪردگي ڪيٿلي 2400 ميٽر انڊر سولر سموليٽر اليومينيشن (SS-X50) استعمال ڪندي 100 ميگاواٽ/سي ايم 2 جي روشني جي شدت تي ماپي وئي ۽ ڪيليبريٽريڊ معياري سلڪون سولر سيلز استعمال ڪندي تصديق ڪئي وئي. جيستائين ٻي صورت ۾ نه چيو ويو هجي، ايس پي وکر نائٽروجن سان ڀريل دستانو باڪس ۾ ڪمري جي حرارت (~25°C) تي فارورڊ ۽ ريورس اسڪين موڊس ۾ ماپيا ويا (وولٽيج اسٽيپ 20 ايم وي، دير جو وقت 10 ايم ايس). ماپيل پي ايس سي لاءِ 0.067 سينٽي ميٽر 2 جي اثرائتي علائقي کي طئي ڪرڻ لاءِ هڪ شيڊو ماسڪ استعمال ڪيو ويو. اي ڪيو اي ماپون هڪ PVE300-IVT210 سسٽم (انڊسٽريل ويزن ٽيڪنالاجي (ز) پرائيويٽ لميٽيڊ) استعمال ڪندي ايمبيئنٽ ايئر ۾ ڪيون ويون جنهن ۾ ڊوائيس تي مرڪوز مونوڪروميٽڪ روشني هئي. ڊوائيس جي استحڪام لاءِ، غير انڪيپسيليٽڊ سولر سيلز جي جاچ هڪ نائٽروجن دستانو باڪس ۾ 100 ميگاواٽ/سي ايم 2 پريشر تي يو وي فلٽر کان سواءِ ڪئي وئي. ToF-SIMS کي PHI nanoTOFII ٽائيم آف فلائيٽ سمز استعمال ڪندي ماپيو ويندو آهي. ڊيپٿ پروفائلنگ 4 kV آر آئن گن استعمال ڪندي حاصل ڪئي وئي جنهن جي ايراضي 400×400 µm هئي.
ايڪس ري فوٽو اليڪٽران اسپيڪٽروسڪوپي (XPS) ماپون ٿرمو-وي جي سائنٽيفڪ سسٽم (ESCALAB 250) تي مونوڪروميٽائيزڊ Al Kα (XPS موڊ لاءِ) استعمال ڪندي 5.0 × 10–7 Pa جي دٻاءُ تي ڪيون ويون. اسڪيننگ اليڪٽران مائڪروسڪوپي (SEM) هڪ JEOL-JSM-6330F سسٽم تي ڪئي وئي. پيرووسڪائٽ فلمن جي مٿاڇري جي مورفولوجي ۽ رفني کي ايٽمي فورس مائڪروسڪوپي (AFM) (بروڪر ڊائمينشن فاسٽ اسڪين) استعمال ڪندي ماپيو ويو. STEM ۽ HAADF-STEM FEI ٽائيٽن ٿيمس STEM تي رکيل آهن. UV-Vis جذب اسپيڪٽرا کي UV-3600Plus (Shimadzu Corporation) استعمال ڪندي ماپيو ويو. خلائي چارج محدود ڪندڙ ڪرنٽ (SCLC) ڪيٿلي 2400 ميٽر تي رڪارڊ ڪيو ويو. ڪيريئر لائف ٽائم ڊيڪي جي اسٽيڊي اسٽيٽ فوٽوولومينسينس (PL) ۽ وقت-حل ٿيل فوٽوولومينسينس (TRPL) کي FLS 1000 فوٽوولومينسينس اسپيڪٽروميٽر استعمال ڪندي ماپيو ويو. پي ايل ميپنگ تصويرون هڪ هوريبا ليبارام رامن سسٽم ايڇ آر ارتقا استعمال ڪندي ماپيون ويون. فوريئر ٽرانسفارم انفراريڊ اسپيڪٽرو اسڪوپي (ايف ٽي آءِ آر) ٿرمو فشر نڪولٽ اين ايڪس آر 9650 سسٽم استعمال ڪندي ڪئي وئي.
هن ڪم ۾، اسان α-مرحلي کان δ-مرحلي تائين مرحلي جي منتقلي جي رستي جو مطالعو ڪرڻ لاءِ SSW رستي جي نموني جو طريقو استعمال ڪندا آهيون. SSW طريقي ۾، امڪاني توانائي جي مٿاڇري جي حرڪت بي ترتيب نرم موڊ (ٻيو نڪتل) جي هدايت سان طئي ڪئي ويندي آهي، جيڪا امڪاني توانائي جي مٿاڇري جي تفصيلي ۽ مقصدي مطالعي جي اجازت ڏئي ٿي. هن ڪم ۾، رستي جي نموني کي 72-ايٽم سپر سيل تي ڪيو ويندو آهي، ۽ 100 کان وڌيڪ شروعاتي/آخري حالت (IS/FS) جوڙا DFT سطح تي گڏ ڪيا ويندا آهن. IS/FS جوڙي جي ڊيٽا سيٽ جي بنياد تي، ابتدائي ڍانچي ۽ آخري ڍانچي کي ڳنڍيندڙ رستو ايٽم جي وچ ۾ خط و ڪتابت سان طئي ڪري سگهجي ٿو، ۽ پوءِ متغير يونٽ جي مٿاڇري سان ٻه طرفي حرڪت کي منتقلي جي حالت جي طريقي کي آساني سان طئي ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي. (VK-DESV). منتقلي جي حالت جي ڳولا ڪرڻ کان پوءِ، گھٽ ۾ گھٽ رڪاوٽ وارو رستو توانائي جي رڪاوٽن جي درجه بندي ڪندي طئي ڪري سگهجي ٿو.
سڀئي DFT حساب VASP (ورژن 5.3.5) استعمال ڪندي ڪيا ويا، جتي C، N، H، Pb، ۽ I ايٽمن جي اليڪٽران-آئن رابطي کي هڪ پروجيڪٽ ٿيل ايمپليفائيڊ ويو (PAW) اسڪيم ذريعي نمائندگي ڪيو ويو آهي. ايڪسچينج ڪوريئليشن فنڪشن کي پرڊيو-برڪ-ارنزر هاف پيراميٽرائيزيشن ۾ جنرلائيزڊ گريڊينٽ تقريبن ذريعي بيان ڪيو ويو آهي. جهاز جي لهرن لاءِ توانائي جي حد 400 eV تي مقرر ڪئي وئي هئي. مونخورسٽ-پيڪ ڪي-پوائنٽ گرڊ جو سائز (2 × 2 × 1) آهي. سڀني بناوتن لاءِ، لٽيس ۽ ايٽمي پوزيشن کي مڪمل طور تي بهتر بڻايو ويو جيستائين وڌ ۾ وڌ دٻاءُ وارو جزو 0.1 GPa کان گهٽ نه هو ۽ وڌ ۾ وڌ قوت وارو جزو 0.02 eV/Å کان گهٽ نه هو. مٿاڇري جي ماڊل ۾، FAPbI3 جي مٿاڇري ۾ 4 پرتون آهن، هيٺئين پرت ۾ FAPbI3 جي جسم جي نقل ڪندڙ ايٽم مقرر ڪيا ويا آهن، ۽ مٿيون ٽي پرتون اصلاح جي عمل دوران آزاديءَ سان منتقل ٿي سگهن ٿيون. PbC2O4 پرت 1 ML ٿلهي آهي ۽ FAPbI3 جي I-ٽرمينل مٿاڇري تي واقع آهي، جتي Pb 1 I ۽ 4 O سان ڳنڍيل آهي.
مطالعي جي ڊيزائن بابت وڌيڪ معلومات لاءِ، هن مضمون سان لاڳاپيل قدرتي پورٽ فوليو رپورٽ خلاصو ڏسو.
هن مطالعي دوران حاصل ڪيل يا تجزيو ڪيل سڀ ڊيٽا شايع ٿيل مضمون ۾ شامل آهن، انهي سان گڏ معاون معلومات ۽ خام ڊيٽا فائلن ۾. هن مطالعي ۾ پيش ڪيل خام ڊيٽا https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440 تي موجود آهن. هن مضمون لاءِ ماخذ ڊيٽا مهيا ڪيو ويو آهي.
گرين، ايم. وغيره. سولر سيل ايفيشنسي ٽيبلز (57 هين ايڊيشن). پروگرام. فوٽو اليڪٽرڪ. ريسورس. ايپليڪيشن. 29، 3-15 (2021).
پارڪر جي. وغيره. غير مستحڪم الڪائل امونيم ڪلورائڊ استعمال ڪندي پيرووسڪائٽ تہن جي واڌ کي ڪنٽرول ڪرڻ. فطرت 616، 724-730 (2023).
زاؤ وائي وغيره. غير فعال (PbI2)2RbCl اعليٰ ڪارڪردگي واري شمسي سيلز لاءِ پيرووسڪائيٽ فلمن کي مستحڪم ڪري ٿو. سائنس 377، 531–534 (2022).
ٽين، ڪي. وغيره. ڊائميٿيلڪرڊينيل ڊوپنٽ استعمال ڪندي الٽي ٿيل پيرووسڪائٽ سولر سيلز. نيچر، 620، 545-551 (2023).
هان، ڪي. ۽ ٻيا. سنگل ڪرسٽل لائن فارمامائيڊائن ليڊ آئيوڊائيڊ (FAPbI3): ساختياتي، نظري ۽ برقي خاصيتن ۾ بصيرت. صفت. متي 28، 2253–2258 (2016).
ميسي، ايس. ۽ ٻيا. FAPbI3 ۽ CsPbI3 ۾ ڪاري پيرووسڪائيٽ مرحلي جو استحڪام. AKS توانائي ڪميونيڪيشن. 5، 1974–1985 (2020).
توهان، جي جي، وغيره. بهتر ڪيريئر مئنيجمينٽ ذريعي موثر پيرووسڪائيٽ سولر سيلز. فطرت 590، 587–593 (2021).
ساليبا ايم ۽ ٻيا. روبيڊيم ڪيشنز کي پيرووسڪائٽ سولر سيلز ۾ شامل ڪرڻ فوٽووولٽڪ ڪارڪردگي کي بهتر بڻائي ٿو. سائنس 354، 206-209 (2016).
ساليبا ايم ۽ ٻيا. ٽرپل-ڪيٽيشن پيرووسڪائٽ سيزيم سولر سيلز: بهتر استحڪام، پيداوار ۽ اعليٰ ڪارڪردگي. توانائي ماحول. سائنس. 9، 1989-1997 (2016).
Cui X. وغيره. اعليٰ ڪارڪردگي واري پيرووسڪائٽ سولر سيلز ۾ FAPbI3 مرحلي جي استحڪام ۾ تازيون اڳڀرائيون Sol. RRL 6، 2200497 (2022).
ڊيلاگيٽا ايس. ۽ ٻيا. مخلوط هالائيڊ نامياتي-غير نامياتي پيرووسڪائٽس جي ريشنلائيزڊ فوٽو انڊيوسڊ فيز سيپريشن. نيٽ. ڪميونيڪيشن. 8، 200 (2017).
سلاٽ ڪيويج، ڊي جي ۽ ٻيا. هلائڊ پيرووسڪائٽ جاذب ۾ روشني-حوصلہ افزائي مرحلو علحدگي. AKS توانائي ڪميونيڪيشن. 1، 1199-1205 (2016).
چن، ايل. وغيره. فارمامائيڊائن ليڊ ٽرائيوڊائڊ پيرووسڪائٽ سنگل ڪرسٽل جو اندروني مرحلو استحڪام ۽ اندروني بينڊ گيپ. انجيو. ڪيميڪل. بين الاقواميت. ايڊ. 61. e202212700 (2022).
ڊوئنسٽي، اي اي وغيره. ميٿيلينيڊي امونيم جي خراب ٿيڻ ۽ ليڊ ٽرائيوڊائڊ فارمامائيڊائن جي مرحلي جي استحڪام ۾ ان جي ڪردار کي سمجھو. جي. ڪيم. بيچ. 18، 10275–10284 (2023).
لو، ايڇ زي ۽ ٻيا. ڪاري پيرووسڪائيٽ سولر سيلز جي موثر ۽ مستحڪم بخارات جي جمع FAPbI3. سائنس 370، 74 (2020).
ڊوهرٽي، ٽي اي ايس وغيره. مستحڪم جھڪيل آڪٽيڊرل هالائيڊ پيرووسڪائٽس محدود خاصيتن سان مرحلن جي مقامي ٺهڻ کي دٻائي ڇڏيندا آهن. سائنس 374، 1598-1605 (2021).
هو، ڪي. وغيره. نمي ۽ روشني جي اثر هيٺ فارمامائيڊائن اناج ۽ سيزيم ۽ ليڊ آئيوڊائيڊ پيرووسڪائٽس جي تبديلي ۽ تباهي جا طريقا. AKS انرجي ڪميونيڪيشن. 6، 934-940 (2021).
زينگ جي. ۽ ٻيا. α-FAPbI3 پيرووسڪائٽ سولر سيلز لاءِ سيوڊو هالائيڊ اينائنز جي ترقي. فطرت 592، 381–385 (2021).