Nature.comን ስለጎበኙ እናመሰግናለን። የሚጠቀሙበት የአሳሽ ስሪት የተወሰነ የCSS ድጋፍ አለው። ለተሻለ ውጤት፣ የአሳሽዎን አዲስ ስሪት (ወይም በኢንተርኔት ኤክስፕሎረር ውስጥ የተኳሃኝነት ሁነታን ማጥፋት) እንዲጠቀሙ እንመክራለን። ይህ በእንዲህ እንዳለ፣ ቀጣይነት ያለው ድጋፍ ለማረጋገጥ፣ ጣቢያውን ያለ ቅጥ ወይም ጃቫስክሪፕት እያሳየን ነው።
የሊድ ትሪዮዳይድ ፔሮቭስኪት የፀሐይ ሴሎችን አፈፃፀም ለማሻሻል በስፋት ጥቅም ላይ ውሏል፣ ነገር ግን የተለያዩ ጉድለቶች በα-ደረጃ መረጋጋት ላይ ያላቸው ተጽእኖ ግልጽ አይደለም፤ እዚህ፣ የጥግግት ተግባራዊ ቲዎሪ በመጠቀም፣ ለመጀመሪያ ጊዜ የፎርማሚዲን ሊድ ትሪዮዳይድ ፔሮቭስኪት የመበላሸት መንገድን ከα-ደረጃ ወደ δ-ደረጃ እንለያለን እና የተለያዩ ጉድለቶች በደረጃ ሽግግር የኃይል መከላከያ ላይ ያላቸውን ተጽእኖ እናጠናለን። የማስመሰል ውጤቶች የአዮዲን ክፍት ቦታዎች የመበላሸት ዕድላቸው ከፍተኛ እንደሆነ ይገምታሉ ምክንያቱም ለα-δ የደረጃ ሽግግር የኃይል መከላከያን በእጅጉ ስለሚቀንሱ እና በፔሮቭስኪት ወለል ላይ ዝቅተኛው የመፍጠር ኃይል ስላላቸው። ጥቅጥቅ ያለ የውሃ-የማይሟሟ እርሳስ ኦክሳሌት ንብርብር በፔሮቭስኪት ወለል ላይ ማስገባት የα-ደረጃ መበስበስን በእጅጉ ይከለክላል፣ ይህም የአዮዲን ፍልሰት እና የመለዋወጥ ሁኔታን ይከላከላል። በተጨማሪም፣ ይህ ስትራቴጂ የፊት ለፊት ያልሆነ ራዲያቲቭ ዳግም ውህደትን በእጅጉ ይቀንሳል እና የፀሐይ ሕዋስ ቅልጥፍናን ወደ 25.39% (የተመሰከረለት 24.92%) ይጨምራል። የታሸገው መሳሪያ ከፍተኛ ኃይል ባለው 1.5 ግራም የአየር ብዛት ጨረር በመጠቀም ለ550 ሰዓታት ከሰራ በኋላ የመጀመሪያውን 92% ቅልጥፍናውን መጠበቅ ይችላል።
የፔሮቭስኪት የፀሐይ ሴሎች (PSCs) የኃይል ልወጣ ቅልጥፍና (PCE) 26%1 የሆነ ከፍተኛ ሪከርድ ደርሷል። ከ2015 ጀምሮ፣ ዘመናዊ PSCዎች ፎርማሚዲን ትሪዮዳይድ ፔሮቭስኪት (FAPbI3)ን እንደ ብርሃን የሚስብ ንብርብር አድርገው መርጠዋል ምክንያቱም እጅግ በጣም ጥሩ የሙቀት መረጋጋት እና ከሾክሌይ-ኬይሰር ገደብ 2,3,4 ጋር ቅርብ የሆነ የቅድሚያ ባንድ ክፍተት ስላለው። እንደ አለመታደል ሆኖ፣ የFAPbI3 ፊልሞች በቴርሞዳይናሚክ ሁኔታ ከጥቁር α ደረጃ ወደ ቢጫ ያልሆነ ፔሮቭስኪት δ ደረጃ በክፍል ሙቀት 5,6 የደረጃ ሽግግር ያደርጋሉ። የዴልታ ደረጃ እንዳይፈጠር ለመከላከል የተለያዩ ውስብስብ የፔሮቭስኪት ውህዶች ተዘጋጅተዋል። ይህንን ችግር ለማሸነፍ በጣም የተለመደው ስትራቴጂ FAPbI3ን ከሜቲል አሞኒየም (MA+)፣ ሴሲየም (Cs+) እና ብሮሚድ (Br-) ions7,8,9 ጥምረት ጋር ማዋሃድ ነው። ይሁን እንጂ፣ ሃይብሪድ ፔሮቭስኪቶች የባንድ ክፍተት መስፋፋት እና የፎቶ-ኢንደስት የደረጃ መለያየት ይሰቃያሉ፣ ይህም የሚመጣውን PSCs10,11,12 አፈፃፀም እና የአሠራር መረጋጋትን ያበላሻል።
የቅርብ ጊዜ ጥናቶች እንደሚያሳዩት ንፁህ ነጠላ ክሪስታል FAPbI3 ያለ ምንም ዶፒንግ እጅግ በጣም ጥሩ ክሪስታል በመሆኑ እና ዝቅተኛ ጉድለቶች ምክንያት እጅግ በጣም ጥሩ መረጋጋት አለው። ስለዚህ የጅምላ FAPbI3 ክሪስታሊንነትን በመጨመር ጉድለቶችን መቀነስ ቀልጣፋ እና የተረጋጋ PSCs2,15 ለማግኘት አስፈላጊ ስትራቴጂ ነው። ሆኖም፣ የFAPbI3 PSC በሚሠራበት ጊዜ፣ ወደማይፈለገው ቢጫ ሄክሳጎናል ያልሆነ ፔሮቭስኪት δ ምዕራፍ መበላሸት አሁንም ሊከሰት ይችላል። ሂደቱ ብዙውን ጊዜ የሚጀምረው ብዙ ጉድለት ያለባቸው አካባቢዎች በመኖራቸው ለውሃ፣ ለሙቀት እና ለብርሃን የበለጠ ተጋላጭ በሆኑ ቦታዎች እና የእህል ወሰኖች ላይ ነው። ስለዚህ፣ የFAPbI318 ጥቁር ምዕራፍን ለማረጋጋት የገጽታ/እህል ፓሲቭሽን አስፈላጊ ነው። ዝቅተኛ ልኬት ያላቸው ፔሮቭስኪቶች፣ የአሲድ-ቤዝ ሉዊስ ሞለኪውሎች እና የአሞኒየም ሃሊድ ጨዎችን ማስተዋወቅን ጨምሮ ብዙ የጉድለት ፓስቪዥን ስልቶች በፎርማሚዲን PSCs19,20,21,22 ላይ ከፍተኛ እድገት አሳይተዋል። እስካሁን ድረስ፣ ሁሉም ማለት ይቻላል ጥናቶች እንደ ተሸካሚ ዳግም ውህደት፣ የስርጭት ርዝመት እና በፀሐይ ሴሎች ውስጥ የባንድ መዋቅር ያሉ የተለያዩ ጉድለቶችን በመወሰን ረገድ የኦፕቶኤሌክትሮኒክ ባህሪያትን ሚና ላይ ያተኩራሉ። ለምሳሌ፣ የጥግግት ተግባራዊ ቲዎሪ (DFT) የተለያዩ ጉድለቶችን የመፍጠር ኃይል እና የማጥመድ የኃይል ደረጃዎችን በቲዎሪ ለመተንበይ ጥቅም ላይ ይውላል፣ ይህም ተግባራዊ የማለፊያ ዲዛይንን ለመምራት በስፋት ጥቅም ላይ ይውላል20,25,26። የጉድለቶች ብዛት እየቀነሰ ሲሄድ የመሳሪያው መረጋጋት ብዙውን ጊዜ ይሻሻላል። ሆኖም፣ በፎርማሚዲን PSCዎች ውስጥ፣ የተለያዩ ጉድለቶች በደረጃ መረጋጋት እና በፎቶኤሌክትሪክ ባህሪያት ላይ የሚያሳድሩት ተጽዕኖ ዘዴዎች ሙሉ በሙሉ የተለየ መሆን አለባቸው። እስከምናውቀው ድረስ፣ ጉድለቶች ከኩቢክ ወደ ስድስት ጎን (α-δ) የደረጃ ሽግግርን እንዴት እንደሚያስከትሉ እና የገጽታ ማለፊያ ሚና በα-FAPbI3 ፔሮቭስኪት የደረጃ መረጋጋት ላይ እንዴት እንደሚጫወቱ መሠረታዊ ግንዛቤ አሁንም በደንብ አልተረዳም።
እዚህ፣ ከጥቁር α-ደረጃ ወደ ቢጫ δ-ደረጃ የFAPbI3 ፔሮቭስኪት የመበላሸት መንገድ እና በDFT በኩል ከα-ወደ-δ-ደረጃ ሽግግር የኃይል መከላከያ ላይ የተለያዩ ጉድለቶች ያላቸውን ተጽዕኖ እናሳያለን። በፊልም ማምረቻ እና በመሳሪያ አሠራር ወቅት በቀላሉ የሚፈጠሩ I ክፍት ቦታዎች የα-δ ደረጃ ሽግግርን ለመጀመር በጣም ዕድላቸው ከፍተኛ እንደሆነ ይገመታል። ስለዚህ፣ በFAPbI3 ላይ በውሃ የማይሟሟ እና በኬሚካል የተረጋጋ ጥቅጥቅ ያለ የሊድ ኦክሳሌት (PbC2O4) ንብርብር አስተዋውቀናል። የሊድ ኦክሳሌት ወለል (LOS) የI ክፍት ቦታዎች መፈጠርን ይከለክላል እና በሙቀት፣ በብርሃን እና በኤሌክትሪክ መስኮች ሲነቃቁ የI ion ፍልሰትን ይከላከላል። የተገኘው LOS የፊት ለፊት ያልሆኑ ራዲያቲቭ ዳግም ውህደትን በእጅጉ ይቀንሳል እና የFAPbI3 PSC ቅልጥፍናን ወደ 25.39% (በ24.92% የተረጋገጠ) ያሻሽላል። የታሸገው የኤልኦኤስ መሳሪያ ከፍተኛውን የኃይል ነጥብ (ኤምፒፒ) ላይ ለ550 ሰዓታት በ1.5 ግራም የጨረር ጨረር (ኤኤም) ከተመሳሰለ የአየር ክብደት (ኤኤም) ጋር ከሠራ በኋላ የመጀመሪያውን ቅልጥፍና 92% ያህል ቆይቷል።
የFAPbI3 ፔሮቭስኪት የመበታተን መንገድን ከα ደረጃ ወደ δ ደረጃ ለመሸጋገር በመጀመሪያ የab initio ስሌቶችን አድርገናል። በዝርዝር የደረጃ ለውጥ ሂደት፣ በFAPbI3 ኩቢክ α-ደረጃ ውስጥ ከሶስት-ልኬት ጥግ-ማጋሪያ [PbI6] ኦክታድሮን ወደ አንድ-ልኬት ጠርዝ-ማጋሪያ [PbI6] ኦክታድሮን በFAPbI3 ሄክሳጎናል δ-ደረጃ ውስጥ የሚደረግ ለውጥ ተገኝቷል። 9. Pb-I በመጀመሪያው ደረጃ (Int-1) ትስስር ይፈጥራል፣ እና የኃይል መከላከያው በምስል 1a ላይ እንደሚታየው 0.62 eV/ሴል ይደርሳል። ኦክታድሮን በ[0\(\bar{1}\)1] አቅጣጫ ሲቀየር፣ የሄክሳጎን አጭር ሰንሰለት ከ1×1 ወደ 1×3፣ 1×4 ይዘልቃል እና በመጨረሻም ወደ δ ደረጃ ይገባል። የጠቅላላው መንገድ የአቅጣጫ ጥምርታ (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ ነው። ከኃይል ስርጭት ዲያግራም፣ የFAPbI3 δ ምዕራፍ በሚከተሉት ደረጃዎች ውስጥ ከኑክሌር በኋላ የኃይል መከላከያው ከα ምዕራፍ ሽግግር ያነሰ መሆኑን ማግኘት ይቻላል፣ ይህም ማለት የደረጃ ሽግግር ፍጥነት ይጨምራል ማለት ነው። በግልጽ ለማየት እንደሚቻለው፣ የα-ደረጃ መበላሸትን ለመግታት ከፈለግን የደረጃ ሽግግርን የመቆጣጠር የመጀመሪያው እርምጃ ወሳኝ ነው።
አንድ የደረጃ ለውጥ ሂደት ከግራ ወደ ቀኝ - ጥቁር FAPbI3 ምዕራፍ (α-ደረጃ)፣ የመጀመሪያው Pb-I ትስስር ክሊቫጅ (Int-1) እና ተጨማሪ Pb-I ትስስር ክሊቫጅ (Int-2፣ Int-3 እና Int-4) እና ቢጫ ምዕራፍ FAPbI3 (ዴልታ ምዕራፍ)። b በተለያዩ ውስጣዊ የነጥብ ጉድለቶች ላይ በመመስረት የFAPbI3 α ወደ δ ምዕራፍ ሽግግር የኃይል እንቅፋቶች። የነጥብ መስመሩ ተስማሚ ክሪስታል የኃይል እንቅፋትን ያሳያል (0.62 eV)። c በሊድ ፔሮቭስኪት ወለል ላይ የመጀመሪያ ነጥብ ጉድለቶች የመፍጠር ኃይል። የabscissa ዘንግ የα-δ ምዕራፍ ሽግግር የኃይል እንቅፋት ሲሆን የኦርትሬንት ዘንግ ደግሞ የጉድለት መፈጠር ኃይል ነው። በግራጫ፣ ቢጫ እና አረንጓዴ የተሸፈኑት ክፍሎች በቅደም ተከተል ዓይነት I (ዝቅተኛ EB-ከፍተኛ FE)፣ ዓይነት II (ከፍተኛ FE) እና ዓይነት III (ዝቅተኛ EB-ዝቅተኛ FE) ናቸው። መ የጉድለቶች VI እና የFAPbI3 LOS የመፍጠር ኃይል በቁጥጥር ውስጥ። የአይዮን ፍልሰትን ለመቆጣጠር የኢ I እንቅፋት እና የFAPbI3 LOS። f - የI ions (ብርቱካናማ ሉሎች) እና gLOS FAPbI3 (ግራጫ፣ እርሳስ፤ ቫዮሌት (ብርቱካናማ)፣ አዮዲን (ተንቀሳቃሽ አዮዲን)) ፍልሰት ንድፍ ውክልና በጂኤፍ ቁጥጥር (ግራ፡ የላይኛው እይታ፤ ቀኝ፡ የመስቀል ክፍል፣ ቡናማ)፤ ካርቦን፤ ፈዛዛ ሰማያዊ - ናይትሮጅን፤ ቀይ - ኦክስጅን፤ ፈዛዛ ሮዝ - ሃይድሮጂን)። የምንጭ መረጃ የሚቀርበው በምንጭ የውሂብ ፋይሎች መልክ ነው።
ከዚያም የተለያዩ ውስጣዊ የነጥብ ጉድለቶችን (PbFA፣ IFA፣ PbI እና IPb ፀረ-ጣቢያ መኖርን ጨምሮ፤ የPbi እና Ii ኢንተርስቲሻል አቶሞች፤ እና VI፣ VFA እና VPb ክፍት ቦታዎችን ጨምሮ) በስርዓት አጥንተናል፤ እነዚህም የአቶሚክ እና የኢነርጂ ደረጃ የደረጃ መበላሸት የሚያስከትሉ ቁልፍ ነገሮች እንደሆኑ ተደርገው ይወሰዳሉ። በስእል 1ለ እና ተጨማሪ ሠንጠረዥ 1 ላይ ይታያሉ። የሚገርመው ነገር፣ ሁሉም ጉድለቶች የα-δ የደረጃ ሽግግር የኃይል መከላከያን አይቀንሱም (ምስል 1ለ)። ዝቅተኛ የመፍጠር ኃይል እና ዝቅተኛ የα-δ የደረጃ ሽግግር የኃይል እንቅፋቶች ያላቸው ጉድለቶች ለደረጃ መረጋጋት ጎጂ እንደሆኑ እናምናለን። ቀደም ሲል እንደተዘገበው፣ በእርሳስ የበለፀጉ ቦታዎች በአጠቃላይ ለፎርማሚዲን PSC27 ውጤታማ እንደሆኑ ይቆጠራሉ። ስለዚህ፣ በእርሳስ የበለፀጉ ሁኔታዎች ውስጥ በPbI2-የተቋረጠ (100) ወለል ላይ እናተኩራለን። የገጽታ ውስጣዊ የነጥብ ጉድለቶች ጉድለት የመፍጠር ኃይል በስእል 1ሐ እና ተጨማሪ ሠንጠረዥ 1 ላይ ይታያል። በኢነርጂ መከላከያ (EB) እና በደረጃ ሽግግር ምስረታ ኃይል (FE) ላይ በመመስረት፣ እነዚህ ጉድለቶች በሦስት ዓይነቶች ይመደባሉ። ዓይነት I (ዝቅተኛ EB-ከፍተኛ FE): ምንም እንኳን IPb፣ VFA እና VPb ወደ ምዕራፍ ሽግግር የሚወስደውን የኃይል እንቅፋት በእጅጉ ቢቀንሱም፣ ከፍተኛ የመፍጠር ኃይል አላቸው። ስለዚህ፣ እነዚህ አይነት ጉድለቶች አልፎ አልፎ ስለሚፈጠሩ በደረጃ ሽግግሮች ላይ የተወሰነ ተጽዕኖ እንዳላቸው እናምናለን። ዓይነት II (ከፍተኛ EB): በተሻሻለው የα-δ ደረጃ ሽግግር የኃይል እንቅፋት ምክንያት፣ ፀረ-ጣቢያ ጉድለቶች PbI፣ IFA እና PbFA የα-FAPbI3 ፔሮቭስኪት የደረጃ መረጋጋትን አያበላሹም። ዓይነት III (ዝቅተኛ EB-ዝቅተኛ FE): በአንጻራዊ ሁኔታ ዝቅተኛ የመፍጠር ኃይል ያላቸው VI፣ Ii እና Pbi ጉድለቶች ጥቁር የደረጃ መበላሸት ሊያስከትሉ ይችላሉ። በተለይም ዝቅተኛውን FE እና EB VI ከግምት ውስጥ በማስገባት፣ በጣም ውጤታማው ስትራቴጂ የ I ክፍት ቦታዎችን መቀነስ ነው ብለን እናምናለን።
VIን ለመቀነስ፣ የFAPbI3ን ገጽታ ለማሻሻል ጥቅጥቅ ያለ የPbC2O4 ንብርብር አዘጋጅተናል። እንደ ፌኒልኢታሊአሞኒየም አዮዳይድ (PEAI) እና n-ኦክቲላሞኒየም አዮዳይድ (OAI) ካሉ ኦርጋኒክ ሃላይድ የጨው ፓሲቫተሮች ጋር ሲነጻጸር፣ PbC2O4 ምንም ተንቀሳቃሽ ሃሎጅን አየኖች የሌሉት፣ በኬሚካል የተረጋጋ፣ በውሃ ውስጥ የማይሟሟ እና በማነቃቂያ ጊዜ በቀላሉ የሚጠፋ ነው። የፔሮቭስኪት የገጽታ እርጥበት እና የኤሌክትሪክ መስክ ጥሩ ማረጋጊያ። የPbC2O4 በውሃ ውስጥ የመሟሟት አቅም 0.00065 ግ/ሊ ብቻ ነው፣ ይህም ከPbSO428 ያነሰ ነው። ከሁሉም በላይ፣ ጥቅጥቅ ያሉ እና ወጥ የሆኑ የLOS ንብርብሮች በፔሮቭስኪት ፊልሞች ላይ በቦታ ምላሾችን በመጠቀም በቀስታ ሊዘጋጁ ይችላሉ (ከታች ይመልከቱ)። በተጨማሪ ምስል 1 ላይ እንደሚታየው በFAPbI3 እና PbC2O4 መካከል ያለውን የኢንተርፌሻል ትስስር የDFT ማስመሰያዎችን አድርገናል። ተጨማሪ ሰንጠረዥ 2 LOS መርፌ ከተደረገ በኋላ የጉድለት መፈጠር ኃይልን ያቀርባል። LOS የVI ጉድለቶችን የመፍጠር ኃይል በ0.69–1.53 eV (ምስል 1d) ብቻ ሳይሆን በፍልሰት ወለል እና በመውጫ ወለል ላይ የI የማግበር ኃይልን ይጨምራል (ምስል 1e)። በመጀመሪያው ደረጃ፣ I ions በፔሮቭስኪት ወለል ላይ ይፈልሳሉ፣ VI ionsን በ0.61 eV የኃይል መከላከያ ቦታ ላይ ይተዋቸዋል። LOS ከገባ በኋላ፣ በስቴሪክ እንቅፋት ውጤት ምክንያት፣ የI ions ፍልሰት የማግበር ኃይል ወደ 1.28 eV ይጨምራል። I ions ከፔሮቭስኪት ወለል ሲወጡ፣ በVOC ውስጥ ያለው የኃይል መከላከያ ከቁጥጥር ናሙናው (ምስል 1e) ከፍ ያለ ነው። በቁጥጥር ውስጥ ያሉ I ion ፍልሰት መንገዶች ንድፍ ንድፎች እና LOS FAPbI3 በቅደም ተከተል በምስል 1 f እና g ላይ ይታያሉ። የማስመሰል ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት LOS የVI ጉድለቶችን መፈጠር እና የI α ወደ δ የደረጃ ሽግግርን መከላከል ይችላል።
በኦክሳሊክ አሲድ እና በFAPbI3 ፔሮቭስኪት መካከል ያለው ምላሽ ተፈትኗል። የኦክሳሊክ አሲድ እና የFAPbI3 መፍትሄዎችን ከተቀላቀለ በኋላ፣ ተጨማሪ ምስል 2 ላይ እንደሚታየው ከፍተኛ መጠን ያለው ነጭ ዝናብ ተፈጠረ። የዱቄቱ ምርት እንደ ንፁህ PbC2O4 ቁሳቁስ በኤክስሬይ ዲፍራክሽን (XRD) (ተጨማሪ ምስል 3) እና የፉሪየር ትራንስፎርም ኢንፍራሬድ ስፔክትሮስኮፒ (FTIR) በመጠቀም ተለይቷል (ተጨማሪ ምስል 4)። ኦክሳሊክ አሲድ በክፍል ሙቀት ውስጥ በአይሶፕሮፒል አልኮሆል (IPA) ውስጥ በጣም የሚሟሟ እና በግምት 18 mg/mL የሚሟሟ መሆኑን አግኝተናል፣ ተጨማሪ ምስል 5 ላይ እንደሚታየው። ይህ ቀጣይ ሂደትን ቀላል ያደርገዋል ምክንያቱም IPA፣ እንደ የተለመደ ፓስሲቭሽን ሟሟት፣ የፔሮቭስኪት ንብርብርን ከአጭር ጊዜ በኋላ አይጎዳውም። ስለዚህ፣ የፔሮቭስኪት ፊልምን በኦክሳሊክ አሲድ መፍትሄ ውስጥ በማስገባት ወይም የኦክሳሊክ አሲድ መፍትሄውን በፔሮቭስኪት ላይ በማጣበቅ፣ ቀጭን እና ጥቅጥቅ ያለ PbC2O4 በፔሮቭስኪት ፊልም ወለል ላይ በሚከተለው የኬሚካል እኩልታ መሠረት በፍጥነት ማግኘት ይቻላል፡ H2C2O4 + FAPbI3 = PbC2O4 + FAI +HI። FAI በIPA ውስጥ ሊሟሟ እና በዚህም በማብሰያ ጊዜ ሊወገድ ይችላል። የLOS ውፍረት በምላሽ ጊዜ እና በፕሪከርሰር ክምችት ሊቆጣጠር ይችላል።
የቁጥጥር እና የLOS ፔሮቭስኪት ፊልሞችን የመቃኘት ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (SEM) ምስሎች በስእል 2a፣ ለ ላይ ይታያሉ። ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት የፔሮቭስኪት ወለል ሞርፎሎጂ በጥሩ ሁኔታ የተጠበቀ ሲሆን ብዙ ቁጥር ያላቸው ጥቃቅን ቅንጣቶች በእህል ወለል ላይ ይቀመጣሉ፣ ይህም በቦታው ምላሽ የተፈጠረውን የPbC2O4 ንብርብር መወከል አለበት። የLOS ፔሮቭስኪት ፊልም ከቁጥጥር ፊልሙ ጋር ሲነጻጸር ትንሽ ለስላሳ ወለል (ተጨማሪ ምስል 6) እና ትልቅ የውሃ ግንኙነት አንግል አለው (ተጨማሪ ምስል 7)። የምርቱን የገጽታ ንብርብር ለመለየት ከፍተኛ ጥራት ያለው ትራንስፎርሜሽን ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (HR-TEM) ጥቅም ላይ ውሏል። ከቁጥጥር ፊልሙ ጋር ሲነጻጸር (ምስል 2ሐ)፣ 10 nm ውፍረት ያለው ወጥ የሆነ እና ጥቅጥቅ ያለ ቀጭን ንብርብር በLOS ፔሮቭስኪት አናት ላይ በግልጽ ይታያል (ምስል 2መ)። በPbC2O4 እና FAPbI3 መካከል ያለውን ግንኙነት ለመመርመር ከፍተኛ-አንግል አንጸባራቂ ጨለማ-መስክ ቅኝት ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (HAADF-STEM) በመጠቀም፣ የFAPbI3 ክሪስታላይን ክልሎች እና የPbC2O4 አሞርፎስ ክልሎች መኖር በግልጽ ሊታይ ይችላል (ተጨማሪ ምስል 8)። በኦክሳሊክ አሲድ ህክምና በኋላ የፔሮቭስኪት የገጽታ ስብጥር በምስል 2e-ሰ እንደሚታየው በኤክስሬይ ፎቶኤሌክትሮን ስፔክትሮስኮፒ (XPS) መለኪያዎች ተለይቶ ይታወቃል። በምስል 2e፣ የC1s ጫፎች በቅደም ተከተል 284.8 eV እና 288.5 eV ናቸው። ከቁጥጥር ሽፋን ጋር ሲነጻጸር፣ የLOS ሽፋን በ289.2 eV ላይ ተጨማሪ ጫፍ አሳይቷል፣ ይህም ለC2O42- ተመድቧል። የLOS ፔሮቭስኪት የO1s ስፔክትረም በ531.7 eV፣ 532.5 eV እና 533.4 eV ላይ ሶስት በኬሚካል የተለዩ የO1s ጫፎችን ያሳያል፣ ይህም ከOH ክፍል ያልተሟሉ የኦክሳሌት ቡድኖች 30 እና O አቶሞች ጋር የሚዛመድ ነው (ምስል 2e) ()።))። ለቁጥጥር ናሙናው፣ ትንሽ የO1s ጫፍ ብቻ ታይቷል፣ ይህም በገጽታ ላይ ባለው ኬሚሶር ኦክስጅን ምክንያት ሊመጣ ይችላል። የPb 4f7/2 እና Pb 4f5/2 የቁጥጥር ሽፋን ባህሪያት በቅደም ተከተል በ138.4 eV እና 143.3 eV ላይ ይገኛሉ። LOS ፔሮቭስኪት የPb ጫፍ ወደ ከፍተኛ ትስስር ኃይል 0.15 eV እንደሚቀየር አስተውለናል፣ ይህም በC2O42- እና Pb አቶሞች መካከል ጠንካራ መስተጋብር መኖሩን ያሳያል (ምስል 2ግ)።
የቁጥጥር እና የቢ LOS ፔሮቭስኪት ፊልሞች የSEM ምስሎች፣ የላይኛው እይታ። ሐ የቁጥጥር እና የ d LOS ፔሮቭስኪት ፊልሞች ከፍተኛ ጥራት ያለው የመስቀል-ክፍል ማስተላለፊያ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (HR-TEM)። ከፍተኛ ጥራት ያለው XPS e C1s፣ f O1s እና g Pb 4f ፔሮቭስኪት ፊልሞች። የምንጭ መረጃ የሚቀርበው በምንጭ የውሂብ ፋይሎች መልክ ነው።
በዲኤፍቲ ውጤቶች መሠረት፣ የVI ጉድለቶች እና የ1 ፍልሰት በቀላሉ ከα ወደ δ የደረጃ ሽግግርን እንደሚያስከትሉ በንድፈ ሀሳብ ተንብዮአል። ቀደም ሲል የተደረጉ ሪፖርቶች እንደሚያሳዩት I2 ፊልሞቹን ለብርሃን እና ለሙቀት ውጥረት ካጋለጠ በኋላ በፎቶኢምፕሬሽን ወቅት ከፒሲ-ተኮር ፔሮቭስኪት ፊልሞች በፍጥነት ይለቀቃል31,32,33። የእርሳስ ኦክሳሌት በፔሮቭስኪት α-ደረጃ ላይ ያለውን የማረጋጋት ውጤት ለማረጋገጥ፣ የቁጥጥር እና የLOS ፔሮቭስኪት ፊልሞችን በቅደም ተከተል ቶሉይን በያዙ ግልጽ የመስታወት ጠርሙሶች ውስጥ አጥለቅን እና ከዚያም ለ24 ሰዓታት በ1 የፀሐይ ብርሃን አበራናቸው። በምስል 3a ላይ እንደሚታየው የአልትራቫዮሌት እና የሚታይ ብርሃን (UV-Vis) የቶሉይን መፍትሄን መምጠጥን ለክን። ከቁጥጥር ናሙናው ጋር ሲነጻጸር፣ በLOS-ፔሮቭስኪት ሁኔታ በጣም ዝቅተኛ የI2 የመምጠጥ ጥንካሬ ታይቷል፣ ይህም የታመቀ LOS በብርሃን መጥለቅ ወቅት ከፔሮቭስኪት ፊልም I2 እንዳይለቀቅ ሊከለክል እንደሚችል ያሳያል። የአሮጌ ቁጥጥር እና የLOS ፔሮቭስኪት ፊልሞች ፎቶግራፎች በምስል 3ለ እና ሐ ውስጥ ይታያሉ። የLOS ፔሮቭስኪት አሁንም ጥቁር ሲሆን፣ አብዛኛው የቁጥጥር ፊልሙ ወደ ቢጫነት ተቀይሯል። የተጠመቀው ፊልም የአልትራቫዮሌት-የሚታይ የመምጠጥ ስፔክትራ በምስል 3ለ፣ ሐ ላይ ይታያል። በቁጥጥር ፊልሙ ውስጥ ካለው α ጋር የሚዛመደው የመምጠጥ ቅልጥፍና በግልጽ እንደቀነሰ አስተውለናል። የክሪስታል መዋቅር ዝግመተ ለውጥን ለመመዝገብ የኤክስሬይ መለኪያዎች ተከናውነዋል። ለ24 ሰዓታት ብርሃን ከታየ በኋላ የቁጥጥር ፔሮቭስኪት ጠንካራ ቢጫ δ-ደረጃ ምልክት (11.8°) አሳይቷል፣ የLOS ፔሮቭስኪት ግን አሁንም ጥሩ ጥቁር ምዕራፍ ሆኖ ቆይቷል (ምስል 3d)።
የቁጥጥር ፊልሙ እና የሎስ አንጀለስ ፊልም ለ24 ሰዓታት በአንድ የፀሐይ ብርሃን ስር የተጠመቁበት የቶሉይን መፍትሄዎች UV-visual assistance spectra። ኢንሴቱ እያንዳንዱ ፊልም በእኩል መጠን ቶሉይን ውስጥ የተጠመቀበትን ብልቃጥ ያሳያል። b የቁጥጥር ፊልም እና የሎስ አንጀለስ ፊልም UV-Vis absorption spectra በ1 የፀሐይ ብርሃን ስር ከ24 ሰዓታት በፊት እና በኋላ። ኢንሴቱ የፈተና ፊልሙን ፎቶግራፍ ያሳያል። d የቁጥጥር ኤክስ-ሬይ diffraction ቅጦች እና የሎስ አንጀለስ ፊልሞች ከ24 ሰዓታት በፊት እና በኋላ። የቁጥጥር ፊልም e እና ፊልም f LOS ከ24 ሰዓታት በኋላ የSEM ምስሎች። የምንጭ መረጃ የሚቀርበው በምንጭ መረጃ ፋይሎች መልክ ነው።
በሥዕሎች 3e,f ላይ እንደሚታየው የፔሮቭስኪት ፊልም ማይክሮስትራክቸራል ለውጦችን ለ24 ሰዓታት ከብርሃን በኋላ ለመመልከት የስካኒንግ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (SEM) መለኪያዎችን አድርገናል። በቁጥጥር ፊልሙ ውስጥ ትላልቅ እህሎች ተደምስሰው ወደ ትናንሽ መርፌዎች ተለውጠዋል፣ ይህም ከδ-ደረጃ ምርት FAPbI3 ሞርፎሎጂ ጋር የሚዛመድ ነው (ሥዕል 3e)። ለLOS ፊልሞች፣ የፔሮቭስኪት እህሎች በጥሩ ሁኔታ ላይ ይቆያሉ (ሥዕል 3f)። ውጤቶቹ የI መጥፋት ከጥቁር ምዕራፍ ወደ ቢጫ ምዕራፍ ሽግግርን በእጅጉ እንደሚያመጣ አረጋግጠዋል፣ PbC2O4 ደግሞ ጥቁር ምዕራፍን ያረጋጋል፣ ይህም የI መጥፋትን ይከላከላል። በላዩ ላይ ያለው ክፍት ቦታ ጥግግት ከእህል ብዛት በጣም ከፍ ያለ ስለሆነ፣34 ይህ ምዕራፍ በእህል ወለል ላይ የመከሰት ዕድሉ ከፍተኛ ነው። በተመሳሳይ ጊዜ አዮዲንን በመልቀቅ እና VI በመፍጠር። በDFT እንደተነበየው፣ LOS የVI ጉድለቶችን መፈጠርን ሊገታ እና የI ions ወደ ፔሮቭስኪት ወለል እንዳይዛወር ሊያደርግ ይችላል።
በተጨማሪም፣ የPbC2O4 ንብርብር በከባቢ አየር አየር ውስጥ በሚገኙ የፔሮቭስኪት ፊልሞች የእርጥበት መቋቋም ላይ የሚያሳድረው ተጽዕኖ (አንጻራዊ እርጥበት 30-60%) ጥናት ተደርጎበታል። በተጨማሪ ምስል 9 ላይ እንደሚታየው፣ የLOS ፔሮቭስኪት ከ12 ቀናት በኋላ አሁንም ጥቁር ሆኖ የመቆጣጠሪያ ፊልሙ ቢጫ ሆነ። በXRD መለኪያዎች፣ የመቆጣጠሪያ ፊልሙ ከFAPbI3 δ ምዕራፍ ጋር የሚዛመድ በ11.8° ላይ ጠንካራ ጫፍ ያሳያል፣ የLOS ፔሮቭስኪት ደግሞ ጥቁር α ምዕራፍን በደንብ ይይዛል (ተጨማሪ ምስል 10)።
በፔሮቭስኪት ወለል ላይ የእርሳስ ኦክሳሌትን የመተላለፍ ውጤት ለማጥናት የተረጋጋ-ሁኔታ ፎቶሉሚኒሰንስ (PL) እና ጊዜ-የተፈታ የፎቶሉሚኒሰንስ (TRPL) ጥቅም ላይ ውለዋል። በምስል 4a ላይ የLOS ፊልም የPL ጥንካሬን እንደጨመረ ያሳያል። በPL ካርታ ምስል ውስጥ፣ በ10 × 10 μm2 አካባቢ ላይ ያለው የLOS ፊልም ጥንካሬ ከቁጥጥር ፊልሙ የበለጠ ነው (ተጨማሪ ምስል 11)፣ ይህም PbC2O4 የፔሮቭስኪት ፊልምን በእኩልነት እንደሚያስተላልፍ ያሳያል። ተሸካሚው የህይወት ዘመን የሚወሰነው የTRPL መበስበስን በአንድ ኤክስፖኔንታል ተግባር በመገመት ነው (ምስል 4ለ)። የLOS ፊልም ተሸካሚ የህይወት ዘመን 5.2 μs ሲሆን ይህም ከ0.9 μs ተሸካሚ የህይወት ዘመን ጋር ካለው የቁጥጥር ፊልሙ በጣም ይረዝማል፣ ይህም የገጽታ ጨረራ የሌለው ዳግም ውህደት መቀነስን ያሳያል።
በመስታወት ንጣፎች ላይ የፔሮቭስኪት ፊልሞች ጊዜያዊ PL ቋሚ PL እና b-ስፔክትራ። c የመሳሪያው SP ኩርባ (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au)። d EQE ስፔክትረም እና Jsc EQE ስፔክትረም በጣም ቀልጣፋ ከሆነው መሳሪያ የተዋሃዱ። d የፔሮቭስኪት መሳሪያ የብርሃን ጥንካሬ ጥገኛነት በVoc ዲያግራም ላይ። f የITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au clean hole deviceን በመጠቀም የተለመደው MKRC ትንተና። VTFL ከፍተኛው የትራፕ ሙሌት ቮልቴጅ ነው። ከእነዚህ መረጃዎች የትራፕ ጥግግት (Nt) አስልተናል። የምንጭ መረጃ የሚቀርበው በምንጭ የውሂብ ፋይሎች መልክ ነው።
የእርሳስ ኦክሳሌት ንብርብር በመሳሪያው አፈጻጸም ላይ ያለውን ተጽእኖ ለማጥናት፣ ባህላዊ የFTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au የግንኙነት መዋቅር ጥቅም ላይ ውሏል። የተሻለ የመሳሪያ አፈፃፀም ለማግኘት ፎርማሚዲን ክሎራይድ (FACl) ከሜቲላሚን ሃይድሮክሎራይድ (MACl) ይልቅ ለፔሮቭስኪት ፕሪከርሰር እንደ ተጨማሪ ነገር እንጠቀማለን፣ ምክንያቱም FACl የተሻለ የክሪስታል ጥራት ሊያቀርብ እና የFAPbI335 የባንድ ክፍተትን ሊያስወግድ ስለሚችል (ለዝርዝር ንጽጽር ተጨማሪ ምስሎች 1 እና 2ን ይመልከቱ)። 12-14)። IPA እንደ ፀረ-ሶልቨንቱ የተመረጠው ከዲኤቲል ኤተር (DE) ወይም ክሎሮቤንዜን (CB)36 ጋር ሲነጻጸር በፔሮቭስኪት ፊልሞች ውስጥ የተሻለ የክሪስታል ጥራት እና ተመራጭ አቅጣጫ ስለሚሰጥ ነው (ተጨማሪ ምስሎች 15 እና 16)። የPbC2O4 ውፍረት የኦክሳሊክ አሲድ ክምችትን በማስተካከል የጉድለት ማለስለሻ እና የኃይል መጓጓዣን በደንብ ለማመጣጠን በጥንቃቄ ተሻሽሏል (ተጨማሪ ምስል 17)። የተመቻቹ የቁጥጥር እና የLOS መሳሪያዎች የመስቀል-ክፍል የSEM ምስሎች በተጨማሪ ምስል 18 ላይ ይታያሉ። ለቁጥጥር እና ለLOS መሳሪያዎች የተለመዱ የአሁን ጥግግት (ሲዲ) ኩርባዎች በምስል 4c ላይ ይታያሉ፣ እና የተወጡት መለኪያዎች በተጨማሪ ሰንጠረዥ 3 ውስጥ ተሰጥተዋል። ከፍተኛው የኃይል ልወጣ ቅልጥፍና (PCE) የቁጥጥር ሴሎች 23.43% (22.94%)፣ Jsc 25.75 mA cm-2 (25.74 mA cm-2)፣ Voc 1.16 V (1.16 V) እና Reverse (ወደፊት) ቅኝት። የመሙያ ፋክተር (FF) 78.40% (76.69%) ነው። ከፍተኛው PCE LOS PSC 25.39% (24.79%)፣ Jsc 25.77 mA cm-2 ነው፣ Voc 1.18 V ነው፣ FF 83.50% (81.52%) ነው ከተገላቢጦሽ (ወደፊት ቅኝት)። የLOS መሳሪያው በታመነ የሶስተኛ ወገን የፎቶቮልታይክ ላቦራቶሪ ውስጥ 24.92% የተረጋገጠ የፎቶቮልታይክ አፈጻጸም አስመዝግቧል (ተጨማሪ ምስል 19)። ውጫዊው የኳንተም ቅልጥፍና (EQE) በቅደም ተከተል 24.90 mA cm-2 (ቁጥጥር) እና 25.18 mA cm-2 (LOS PSC) የተቀናጀ Jsc ሰጥቷል፣ ይህም በመደበኛ AM 1.5 G ስፔክትረም ከተለካው Jsc ጋር በጥሩ ሁኔታ የሚስማማ ነበር (ምስል .4d)። ለቁጥጥር እና ለLOS PSCዎች የተለኩ PCEዎች የስታቲስቲክስ ስርጭት በተጨማሪ ምስል 20 ላይ ይታያል።
በስእል 4e ላይ እንደሚታየው፣ በቮክ እና በብርሃን ጥንካሬ መካከል ያለው ግንኙነት የተሰላው በወጥመድ በሚታገዝ የገጽታ ውህደት ላይ የPbC2O4ን ተጽእኖ ለማጥናት ነው። ለLOS መሳሪያ የተገጠመው መስመር ቁልቁለት 1.16 kBT/ስኩዌር ሲሆን ይህም ለመቆጣጠሪያ መሳሪያው ከተገጠመው መስመር ቁልቁለት (1.31 kBT/ስኩዌር) ያነሰ ሲሆን፣ LOS በማታለያዎች የገጽታ ዳግም ውህደትን ለመግታት ጠቃሚ መሆኑን ያረጋግጣል። በሥዕሉ ላይ እንደሚታየው የቀዳዳ መሳሪያ (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) የጨለማ IV ባህሪን በመለካት የፔሮቭስኪት ፊልም የጉድለት ጥግግት በቁጥር ለመለካት የቦታ ክፍያ የአሁኑ ገደብ (SCLC) ቴክኖሎጂን እንጠቀማለን። 4f አሳይ። የወጥመዱ ጥግግት የሚሰላው በNt = 2ε0εVTFL/eL2 ቀመር ሲሆን፣ ε የፔሮቭስኪት ፊልም አንጻራዊ ዳይኤሌክትሪክ ቋሚ ሲሆን፣ ε0 የቫክዩም ዳይኤሌክትሪክ ቋሚ ሲሆን፣ VTFL ወጥመዱን ለመሙላት የሚገድበው ቮልቴጅ ነው፣ e ቻርጅ ነው፣ L የፔሮቭስኪት ፊልም ውፍረት ነው (650 nm)። የVOC መሳሪያው ጉድለት ጥግግት 1.450 × 1015 ሴ.ሜ–3 ሲሆን ይህም ከመቆጣጠሪያ መሳሪያው ጉድለት ጥግግት ያነሰ ነው፣ ይህም 1.795 × 1015 ሴ.ሜ–3 ነው።
ያልታሸገው መሳሪያ የረጅም ጊዜ የአፈጻጸም መረጋጋትን ለመመርመር በከፍተኛው የኃይል ነጥብ (MPP) በናይትሮጅን ስር በሙሉ የቀን ብርሃን ተፈትኗል (ምስል 5a)። ከ550 ሰዓታት በኋላ የLOS መሳሪያው ከፍተኛውን ቅልጥፍና 92% ጠብቆ ቆይቷል፣ የመቆጣጠሪያ መሳሪያው አፈፃፀም ደግሞ ከመጀመሪያው አፈጻጸም ወደ 60% ወርዷል። በአሮጌው መሳሪያ ውስጥ የንጥረ ነገሮች ስርጭት የሚለካው በበረራ ጊዜ ሁለተኛ ደረጃ አዮን የጅምላ ስፔክትሮሜትሪ (ToF-SIMS) ነው (ምስል 5ለ፣ ሐ)። በላይኛው የወርቅ መቆጣጠሪያ አካባቢ ከፍተኛ የአዮዲን ክምችት ይታያል። የማይንቀሳቀስ የጋዝ መከላከያ ሁኔታዎች እንደ እርጥበት እና ኦክስጅን ያሉ የአካባቢን ጎጂ ነገሮች አያካትቱም፣ ይህም ውስጣዊ ዘዴዎች (ማለትም፣ የአዮን ፍልሰት) ተጠያቂ እንደሆኑ ያሳያል። በToF-SIMS ውጤቶች መሠረት፣ I- እና AuI2-አዮኖች በAu electrode ውስጥ ተገኝተዋል፣ ይህም I ከፔሮቭስኪት ወደ Au መሰራጨትን ያሳያል። በቁጥጥር መሳሪያው ውስጥ የI- እና AuI2-አዮኖች የምልክት ጥንካሬ ከVOC ናሙና በግምት 10 እጥፍ ከፍ ያለ ነው። ቀደም ሲል የተደረጉ ሪፖርቶች እንደሚያሳዩት የአዮን ዘልቆ መግባት የ spiro-OMeTAD ቀዳዳ ኮንዳክሽን እና የላይኛው የኤሌክትሮድ ንብርብር የኬሚካል ዝገት በፍጥነት እንዲቀንስ ሊያደርግ ይችላል፣ በዚህም ምክንያት በመሳሪያው ውስጥ ያለውን የፊት ለፊት ግንኙነት ያበላሻል37,38። የ Au electrode ተወግዶ የ spiro-OMeTAD ንብርብር ከንጣፉ በክሎሮቤንዜን መፍትሄ ተጸዳ። ከዚያም ፊልሙን በ grazing incidence X-ray diffraction (GIXRD) በመጠቀም ለይተናል (ምስል 5d)። ውጤቶቹ የቁጥጥር ፊልሙ በ11.8° ግልጽ የሆነ የዲፍራክሽን ጫፍ እንዳለው ያሳያሉ፣ በ LOS ናሙና ውስጥ አዲስ የዲፍራክሽን ጫፍ ግን አይታይም። ውጤቶቹ እንደሚያሳዩት በቁጥጥር ፊልሙ ውስጥ ያሉ I ions ከፍተኛ ኪሳራዎች ወደ δ ምዕራፍ እንዲመነጩ ያደርሳሉ፣ በ LOS ፊልም ውስጥ ግን ይህ ሂደት በግልጽ የተገደበ ነው።
ያልተዘጋ መሳሪያን በናይትሮጅን ከባቢ አየር ውስጥ 575 ሰዓታት የተከታታይ MPP ክትትል እና ያለ UV ማጣሪያ 1 የፀሐይ ብርሃን። በLOS MPP መቆጣጠሪያ መሳሪያ እና በእርጅና መሳሪያ ውስጥ የb I- እና c AuI2- ions ToF-SIMS ስርጭት። የቢጫ፣ አረንጓዴ እና ብርቱካናማ ጥላዎች ከAu፣ Spiro-OMeTAD እና perovskite ጋር ይዛመዳሉ። d የፔሮቭስኪት ፊልም GIXRD ከMPP ሙከራ በኋላ። የምንጭ መረጃ የሚቀርበው በምንጭ የውሂብ ፋይሎች መልክ ነው።
የሙቀት-ጥገኛ ኮንዳክሽን የተለካው PbC2O4 የአዮን ፍልሰትን ሊገታ እንደሚችል ለማረጋገጥ ነው (ተጨማሪ ምስል 21)። የአዮን ፍልሰት የማግበር ኃይል (Ea) የሚወሰነው የFAPbI3 ፊልም የኮንዳክሽን (σ) ለውጥን በተለያዩ የሙቀት መጠኖች (T) በመለካት እና የNernst-Einstein ግንኙነትን በመጠቀም ነው፡ σT = σ0exp(−Ea/kBT)፣ σ0 ቋሚ ሲሆን kB ደግሞ የቦልትዝማን ቋሚ ነው። የEa እሴትን የምናገኘው ከln(σT) ቁልቁለት እና ከ1/T ጋር ሲነጻጸር ሲሆን ይህም ለቁጥጥር 0.283 eV እና ለLOS መሳሪያ 0.419 eV ነው።
ባጭሩ፣ የFAPbI3 ፔሮቭስኪት የመበላሸት መንገድን እና የተለያዩ ጉድለቶች በα-δ የደረጃ ሽግግር የኃይል መከላከያ ላይ ያላቸውን ተጽእኖ ለመለየት የቲዎሬቲካል ማዕቀፍ እናቀርባለን። ከእነዚህ ጉድለቶች መካከል፣ የVI ጉድለቶች ከα ወደ δ የደረጃ ሽግግርን በቀላሉ እንደሚያስከትሉ በንድፈ ሀሳብ ተተንብየዋል። የFAPbI3 የα-ደረጃ ክፍተቶችን በመፍጠር እና የI ions ፍልሰትን በመከልከል የFAPbI3 α-ደረጃን ለማረጋጋት በውሃ የማይሟሟ እና በኬሚካል የተረጋጋ ጥቅጥቅ ያለ የPbC2O4 ንብርብር አስተዋውቋል። ይህ ስትራቴጂ የፊት ለፊት ያልሆነ የጨረር ዳግም ውህደትን በእጅጉ ይቀንሳል፣ የፀሐይ ሕዋስ ቅልጥፍናን ወደ 25.39% ይጨምራል፣ እና የአሠራር መረጋጋትን ያሻሽላል። ውጤቶቻችን ጉድለት የፈጠረውን የα ወደ δ የደረጃ ሽግግርን በመከልከል ቀልጣፋ እና የተረጋጋ የፎርማሚዲን PSCዎችን ለማሳካት መመሪያ ይሰጣሉ።
ቲታኒየም(IV) አይሶፕሮፖሮክሳይድ (TTIP፣ 99.999%) የተገዛው ከሲግማ-አልድሪች ነው። ሃይድሮክሎሪክ አሲድ (HCl፣ 35.0–37.0%) እና ኤታኖል (አንሃይድሮስ) ከጓንግዙ ኬሚካል ኢንዱስትሪ ተገዝተዋል። SnO2 (15 wt% tin(IV) ኦክሳይድ ኮሎይዳል ስርጭት) የተገዛው ከአልፋ ኤሳር ነው። ሊድ(II) አዮዳይድ (PbI2፣ 99.99%) የተገዛው ከTCI ሻንጋይ (ቻይና) ነው። ፎርማሚዲን አዮዳይድ (FAI፣ ≥99.5%)፣ ፎርማሚዲን ክሎራይድ (FACl፣ ≥99.5%)፣ ሜቲላሚን ሃይድሮክሎራይድ (MACl፣ ≥99.5%)፣ 2,2′፣ 7,7′-ቴትራኪስ-(N፣ N-di-p) )-ሜቶክሲያኒሊን)-9,9′-ስፒሮቢፍሎረኔ (ስፒሮ-ኦሜታድ፣ ≥99.5%)፣ ሊቲየም ቢስ(ትሪፍሎሮሜቴን)ሰልፎኒሊሚድ (ሊ-ቲኤፍኤስአይ፣ 99.95%)፣ 4-ተርት-ቡቲልፒሪዲን (tBP፣ 96%) የተገዛው ከዢያን ፖሊመር ላይት ቴክኖሎጂ ኩባንያ (ቻይና) ነው። N,N-dimethylformamide (DMF, 99.8%)፣ ዳይሜቲል ሰልፋይድ (DMSO, 99.9%)፣ አይሶፕሮፒል አልኮሆል (IPA, 99.8%)፣ ክሎሮቤንዜን (CB, 99.8%)፣ አሴቶኒትሪል (ACN)። ከሲግማ-አልድሪች የተገዛ። ኦክሳሊክ አሲድ (H2C2O4, 99.9%) ከማክሊን የተገዛ ነው። ሁሉም ኬሚካሎች ያለ ምንም ሌላ ማሻሻያ እንደተቀበሏቸው ጥቅም ላይ ውለዋል።
የአይቲኦ ወይም የኤፍቲኦ ንጣፎች (1.5 × 1.5 ሴ.ሜ2) በቅደም ተከተል ለ10 ደቂቃዎች በሶዳ፣ በአሴቶን እና በኤታኖል ታጥበው ከዚያም በናይትሮጅን ዥረት ስር ደርቀዋል። ጥቅጥቅ ያለ የቲኦ2 መከላከያ ንብርብር በኤፍቲኦ ንጣፎች ላይ በኤታኖል (1/25፣ v/v) ውስጥ ለ60 ደቂቃዎች በ500 °C ውስጥ የቲታኒየም ዳይሶፕሮፖክሲቢስ (አሲቴላሴቶኔት) መፍትሄ በመጠቀም ተቀምጧል። የኤስኤንኦ2 ኮሎይዳል ስርጭት በ1፡5 መጠን ጥምርታ በዲአዮኒዝድ ውሃ ተበርዟል። ለ20 ደቂቃዎች በ UV ኦዞን በታከመ ንጹህ ንጣፍ ላይ፣ ቀጭን የSnO2 ናኖፓርቲክሎች ፊልም በ4000 rpm ለ30 ሰከንዶች ተቀምጦ ከዚያም በ150 °C ለ30 ደቂቃዎች ሞቅቷል። ለፔሮቭስኪት ፕሪኮርንሰር መፍትሄ፣ 275.2 mg FAI፣ 737.6 mg PbI2 እና FACl (20 mol%) በDMF/DMSO (15/1) ድብልቅ ሟሟት ውስጥ ተሟጠዋል። የፔሮቭስኪት ንብርብር የተዘጋጀው በUV-ozone-በታከመው SnO2 ንብርብር ላይ ለ25 ሰከንድ በ5000 rpm በአየር ውስጥ ለ5 ሰከንድ በማጣሪያ በማጣሪያ በማጣሪያ ሲሆን፣ 50 μL የMACl IPA መፍትሄ (4 mg/mL) እንደ ፀረ-ሶልቨንት በፍጥነት ወደ ንጣፉ ተጥሏል። ከዚያም፣ አዲስ የተዘጋጁት ፊልሞች በ150°ሴ ለ20 ደቂቃ እና ከዚያም በ100°ሴ ለ10 ደቂቃ ተደርገዋል። የፔሮቭስኪት ፊልም ወደ ክፍል ሙቀት ከቀዘቀዘ በኋላ፣ የH2C2O4 መፍትሄ (1፣ 2፣ 4 mg በ1 mL IPA ውስጥ የሟሟት) በ4000 rpm ለ30 ሰከንድ በሴንትሪፉጅ ተደርገዋል። 72.3 ሚ.ግ. ስፒሮ-ኦሜታድ፣ 1 ሚሊ ሊትር CB፣ 27 µl tBP እና 17.5 µl Li-TFSI (520 ሚ.ግ. በ1 ሚሊ ሊትር አሴቶኒትሪል) በማደባለቅ የተዘጋጀ የስፒሮ-ኦሜታድ መፍትሄ በ30 ሰከንድ ውስጥ በ4000 rpm በፊልሙ ላይ ተሸፍኗል። በመጨረሻም፣ 100 nm ውፍረት ያለው የAu ንብርብር በ0.05 nm/s (0~1 nm)፣ 0.1 nm/s (2~15 nm) እና 0.5 nm/s (16~100 nm) ፍጥነት በቫክዩም ውስጥ ተተነ።
የፔሮቭስኪት የፀሐይ ሴሎች የSC አፈጻጸም በ100 mW/cm2 የብርሃን ጥንካሬ በሶላር ሲሙሌተር ብርሃን (SS-X50) ስር በኪትሊ 2400 ሜትር በመጠቀም ተለክቶ በተስተካከለ መደበኛ የሲሊኮን የፀሐይ ሴሎች ተረጋግጧል። ሌላ ካልተገለጸ በስተቀር፣ የSP ኩርባዎች በክፍል ሙቀት (~25°ሴ) በናይትሮጅን በተሞላ የጓንት ሳጥን ውስጥ ወደፊት እና በተገላቢጦሽ የፍተሻ ሁነታዎች (የቮልቴጅ ደረጃ 20 mV፣ የዘገየ ጊዜ 10 ms) ተለክተዋል። ለተለካው PSC 0.067 ሴ.ሜ2 ውጤታማ ቦታ ለመወሰን የጥላ ጭንብል ጥቅም ላይ ውሏል። EQE መለኪያዎች በመሳሪያው ላይ ያተኮረ ሞኖክሮማቲክ ብርሃን ባለው PVE300-IVT210 ስርዓት (ኢንዱስትሪያል ቪዥን ቴክኖሎጂ(ዎች) Pte Ltd) በአከባቢ አየር ውስጥ ተካሂደዋል። ለመሳሪያ መረጋጋት፣ ያልተሸፈኑ የፀሐይ ሴሎችን መሞከር በ100 mW/cm2 ግፊት ያለ UV ማጣሪያ በናይትሮጅን ጓንትቦክስ ውስጥ ተካሂዷል። ToF-SIMS የሚለካው በPHI nanoTOFII የበረራ ጊዜ ሲኤምኤስ በመጠቀም ነው። የጥልቀት መገለጫ የተገኘው 400×400 µm ስፋት ባለው 4 ኪ.ቮ የአር አዮን ሽጉጥ በመጠቀም ነው።
የኤክስሬይ ፎቶኤሌክትሮን ስፔክትሮስኮፒ (XPS) መለኪያዎች በThermo-VG ሳይንቲፊክ ሲስተም (ESCALAB 250) ላይ በ5.0 × 10–7 ፓ ግፊት ሞኖክሮማዝድ አል Kα (ለXPS ሁነታ) በመጠቀም ተካሂደዋል። የስካኒንግ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (SEM) በJEOL-JSM-6330F ሲስተም ላይ ተካሂዷል። የፔሮቭስኪት ፊልሞች የገጽታ ሞርፎሎጂ እና ሸካራነት በአቶሚክ ኃይል ማይክሮስኮፒ (AFM) (Bruker Dimension FastScan) በመጠቀም ተለክተዋል። STEM እና HAADF-STEM በFEI Titan Themis STEM ላይ ይያዛሉ። UV-Vis የመምጠጥ ስፔክትራ የተለኩት በUV-3600Plus (Shimadzu Corporation) በመጠቀም ነው። የቦታ ክፍያ የሚገድብ ጅረት (SCLC) በኪትሊ 2400 ሜትር ላይ ተመዝግቧል። የተረጋጋ-ግዛት ፎቶሉሚኒሴንስ (PL) እና የጊዜ-የተፈታ የፎቶሉሚኒሴንስ (TRPL) የተሸካሚ ​​የህይወት ዘመን መበስበስ የተለኩት በFLS 1000 የፎቶሉሚኒሴንስ ስፔክትሮሜትር በመጠቀም ነው። የፒኤል ካርታ ምስሎች የተለኩት የሆሪባ ላብራም ራማን ሲስተም HR Evolution በመጠቀም ነው። የፉሪየር ትራንስፎርም ኢንፍራሬድ ስፔክትሮስኮፒ (FTIR) የተከናወነው በቴርሞ-ፊሸር ኒኮሌት NXR 9650 ሲስተም በመጠቀም ነው።
በዚህ ሥራ ውስጥ፣ ከα-ደረጃ ወደ δ-ደረጃ የደረጃ ሽግግር መንገድን ለማጥናት የኤስኤስደብሊው መንገድ ናሙና ዘዴን እንጠቀማለን። በኤስኤስደብሊው ዘዴ፣ የእምቅ ኃይል ወለል እንቅስቃሴ የሚወሰነው በዘፈቀደ ለስላሳ ሁነታ (ሁለተኛ ተዋጽኦ) አቅጣጫ ነው፣ ይህም እምቅ የኃይል ወለል ዝርዝር እና ተጨባጭ ጥናት ያስችላል። በዚህ ሥራ፣ የመንገድ ናሙና በ72-አቶም ሱፐርሴል ላይ ይከናወናል፣ እና ከ100 በላይ የመጀመሪያ/የመጨረሻ ሁኔታ (IS/FS) ጥንዶች በዲኤፍቲ ደረጃ ይሰበሰባሉ። በIS/FS ጥንድ የውሂብ ስብስብ ላይ በመመስረት፣ የመጀመሪያውን መዋቅር እና የመጨረሻውን መዋቅር የሚያገናኘው መንገድ በአቶሞች መካከል ባለው ተመሳሳይነት ሊወሰን ይችላል፣ እና ከዚያም በተለዋዋጭ አሃድ ወለል ላይ ያለው የሁለት መንገድ እንቅስቃሴ የሽግግር ሁኔታ ዘዴን በተቀላጠፈ ሁኔታ ለመወሰን ጥቅም ላይ ይውላል። (VK-DESV)። የሽግግር ሁኔታን ከተፈለገ በኋላ፣ ዝቅተኛው እንቅፋት ያለው መንገድ የኢነርጂ እንቅፋቶችን ደረጃ በመስጠት ሊወሰን ይችላል።
ሁሉም የDFT ስሌቶች የተከናወኑት VASP (ስሪት 5.3.5) በመጠቀም ሲሆን የC፣ N፣ H፣ Pb እና I አቶሞች የኤሌክትሮን-አዮን መስተጋብሮች በፕሮጀክት አምፕሊፋይድ ሞገድ (PAW) እቅድ ይወከላሉ። የልውውጥ ትስስር ተግባር በፐርዱ-ቡርክ-ኤርንዘርሆፍ ፓራሜትሪዜሽን ውስጥ ባለው አጠቃላይ የግራዲየንት ግምታዊነት ይገለጻል። የፕላን ሞገዶች የኃይል ገደብ ወደ 400 eV ተቀናብሯል። የሞንኮርስት-ፓክ ​​k-ነጥብ ፍርግርግ መጠን (2 × 2 × 1) አለው። ለሁሉም መዋቅሮች፣ ከፍተኛው የጭንቀት ክፍል ከ0.1 GPa በታች እስኪሆን እና ከፍተኛው የኃይል ክፍል ከ0.02 eV/Å በታች እስኪሆን ድረስ የላቲስ እና የአቶሚክ አቀማመጦች ሙሉ በሙሉ ተመቻችተዋል። በገጽታ ሞዴል ውስጥ፣ የFAPbI3 ወለል 4 ንብርብሮች አሉት፣ የታችኛው ንብርብር የFAPbI3 አካልን የሚያስመስሉ ቋሚ አቶሞች አሉት፣ እና የላይኛው ሶስት ንብርብሮች በማመቻቸት ሂደት ውስጥ በነፃነት ሊንቀሳቀሱ ይችላሉ። የPbC2O4 ንብርብር 1 ሚሊ ሊትር ውፍረት ያለው ሲሆን በFAPbI3 I-ተርሚናል ወለል ላይ የሚገኝ ሲሆን Pb ከ1 I እና 4 O ጋር የተሳሰረ ነው።
ስለ ጥናቱ ዲዛይን ተጨማሪ መረጃ ለማግኘት፣ ከዚህ ጽሑፍ ጋር የተያያዘውን የተፈጥሮ ፖርትፎሊዮ ሪፖርት አጭር መግለጫ ይመልከቱ።
በዚህ ጥናት ወቅት የተገኘ ወይም የተተነተነው ሁሉም መረጃ በታተመው ጽሑፍ ውስጥ እንዲሁም በድጋፍ ሰጪ መረጃዎች እና በጥሬ ውሂብ ፋይሎች ውስጥ ተካትቷል። በዚህ ጥናት ውስጥ የቀረቡት ጥሬ መረጃዎች በ https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440 ላይ ይገኛሉ። የምንጭ መረጃ ለዚህ ጽሑፍ ቀርቧል።
ግሪን፣ ኤም. እና ሌሎችም። የፀሐይ ሴል ቅልጥፍና ሰንጠረዦች (57ኛ እትም)። ፕሮግራም። ፎቶኤሌክትሪክ። ግብዓት። አተገባበር። 29፣ 3–15 (2021)።
ፓርከር ጄ. እና ሌሎችም። ተለዋዋጭ የአልኪል አሞኒየም ክሎራይድ በመጠቀም የፔሮቭስኪት ንብርብሮችን እድገት መቆጣጠር። ኔቸር 616፣ 724–730 (2023)።
ዣኦ ዋይ. እና ሌሎችም። ንቁ ያልሆኑ (PbI2)2RbCl ከፍተኛ ብቃት ላላቸው የፀሐይ ሴሎች የፔሮቭስኪት ፊልሞችን ያረጋጋል። ሳይንስ 377፣ 531–534 (2022)።
ታን፣ ኬ. እና ሌሎችም። ዲሜቲላካሪዲኒል ዶፓንት በመጠቀም የተገለበጡ የፔሮቭስኪት የፀሐይ ሴሎች። ኔቸር፣ 620፣ 545–551 (2023)።
ሃን፣ ኬ. እና ሌሎችም። ነጠላ ክሪስታሊን ፎርማሚዲን ሊድ አዮዳይድ (FAPbI3)፡ ስለ መዋቅራዊ፣ ኦፕቲካል እና ኤሌክትሪክ ባህሪያት ግንዛቤዎች። ተውሳክ። ማቴ. 28፣ 2253–2258 (2016)።
ማሴይ፣ ኤስ. እና ሌሎችም። በFAPbI3 እና CsPbI3 ውስጥ የጥቁር ፔሮቭስኪት ምዕራፍ መረጋጋት። AKS Energy Communications። 5፣ 1974–1985 (2020)።
እርስዎ፣ ጄጄ፣ እና ሌሎችም። በተሻሻለ የአገልግሎት አቅራቢ አስተዳደር አማካኝነት ውጤታማ የፔሮቭስኪት የፀሐይ ሴሎች። ኔቸር 590፣ 587–593 (2021)።
ሳሊባ ኤም. እና ሌሎችም። የሩቢዲየም ካቴሽኖችን በፔሮቭስኪት የፀሐይ ሴሎች ውስጥ ማካተት የፎቶቮልታይክ አፈፃፀምን ያሻሽላል። ሳይንስ 354፣ 206–209 (2016)።
ሳሊባ ኤም. እና ሌሎችም። ትሪፕል-ካሽን ፔሮቭስኪት ሴሲየም የፀሐይ ሴሎች፡ የተሻሻለ መረጋጋት፣ የመራባት አቅም እና ከፍተኛ ቅልጥፍና። የኢነርጂ አካባቢ። ሳይንስ። 9፣ 1989–1997 (2016)።
Cui X. እና ሌሎችም ከፍተኛ አፈጻጸም ባላቸው የፔሮቭስኪት የፀሐይ ሴሎች ውስጥ የFAPbI3 ደረጃ መረጋጋት የቅርብ ጊዜ እድገቶች Sol. RRL 6, 2200497 (2022)።
ዴላጌታ ኤስ. እና ሌሎችም። የተደባለቀ ሃሊድ ኦርጋኒክ-ኢንኦርጋኒክ ፔሮቭስኪቶች ምክንያታዊ በሆነ መልኩ በፎቶግራሚድ የተፈጠረ የደረጃ መለያየት። ናታል ኮሙኒኬሽን። 8, 200 (2017)።
ስሎትካቬጅ፣ ዲጄ እና ሌሎችም። በሃላይድ ፔሮቭስኪት አምጪዎች ውስጥ በብርሃን የሚመጣ የደረጃ መለያየት። AKS Energy Communications. 1, 1199–1205 (2016)።
ቼን፣ ኤል. እና ሌሎችም። የፎርማሚዲን እርሳስ ትሪዮዳይድ ፔሮቭስኪት ነጠላ ክሪስታል ውስጣዊ የደረጃ መረጋጋት እና ውስጣዊ ባንድ ክፍተት። አንጂቫ። ኬሚካል። ዓለም አቀፍነት። እትም 61. e202212700 (2022).
ዱይንስቲ፣ ኢኤ ወዘተ. የሚቲሌይዲያሞኒየም መበስበስን እና የሊድ ትሪዮዳይድ ፎርማሚዲን የደረጃ መረጋጋት ውስጥ ያለውን ሚና ይረዱ። ጄ. ኬም። ቢች. 18፣ 10275–10284 (2023)።
ሉ፣ ኤችዜድ እና ሌሎችም። የጥቁር ፔሮቭስኪት የፀሐይ ሴሎች ቀልጣፋ እና የተረጋጋ የእንፋሎት ክምችት FAPbI3። ሳይንስ 370፣ 74 (2020)።
ዶሄርቲ፣ ቲኤኤስ ወዘተ. የተረጋጉ ዘንበል ያሉ ኦክታሄድራል ሃሊድ ፔሮቭስኪቶች የተገደቡ ባህሪያት ያላቸውን የደረጃዎች አካባቢያዊ ምስረታ ያግዳሉ። ሳይንስ 374፣ 1598–1605 (2021)።
ሆ፣ ኬ. እና ሌሎችም። የፎርማሚዲን እህሎች፣ ሴሲየም እና ሊድ አዮዳይድ ፔሮቭስኪቶች በእርጥበት እና በብርሃን ተጽዕኖ ስር የመለወጥ እና የመበላሸት ዘዴዎች። AKS Energy Communications. 6, 934–940 (2021).
ዜንግ ጄ. እና ሌሎችም ለα-FAPbI3 ፔሮቭስኪት የፀሐይ ሴሎች የፕሴዱኦሃላይድ አኒየኖች ልማት። ኔቸር 592፣ 381–385 (2021)።