图2。MAPBI 3谷物生长。 (a)MAPBI 3成核过程来自半径A的基板表面上的前体,大于临界半径。 晶粒在底物表面生长,生长在损伤后终止。 (b),(c)和(d)MAPBI 3膜在100 O C,130 O C和165 O C退火时的光学显微镜图像(B,C,C,D = 90 µm)。 The dendritic morphology turns spherulitic upon increasing the annealing temperatures, (e) Optical microscope image of MAPbI 3 (scale = 40 μm) crystals spin- coated from 3 M DMSO-based precursors and annealed at 165 o C, (f) SEM Images highlighting the surface morphology of MAPbI 3 crystal film spin-coated over glass from 2M precursor (scale = 100 μm), (g)通过SEM(比例=2μm),(H)Mapbi 3膜的横截面SEM在膜中的三重连接晶界中的变焦,该膜胶片在玻璃上旋转(比例= 1 µm)。MAPBI 3谷物生长。(a)MAPBI 3成核过程来自半径A的基板表面上的前体,大于临界半径。晶粒在底物表面生长,生长在损伤后终止。(b),(c)和(d)MAPBI 3膜在100 O C,130 O C和165 O C退火时的光学显微镜图像(B,C,C,D = 90 µm)。The dendritic morphology turns spherulitic upon increasing the annealing temperatures, (e) Optical microscope image of MAPbI 3 (scale = 40 μm) crystals spin- coated from 3 M DMSO-based precursors and annealed at 165 o C, (f) SEM Images highlighting the surface morphology of MAPbI 3 crystal film spin-coated over glass from 2M precursor (scale = 100 μm), (g)通过SEM(比例=2μm),(H)Mapbi 3膜的横截面SEM在膜中的三重连接晶界中的变焦,该膜胶片在玻璃上旋转(比例= 1 µm)。
图 S4 . MAPbI 3 和处理过的 MAPbI 3 的 X 射线图。a) 10-35 o 范围内的 X 射线光谱仪。b) 和 c) 分别报告了 14.1 o 处 (110) 峰的缩放图和 MAPbI 3 和处理过的 MAPbI 3 的高斯拟合曲线。根据谢乐方程:d=(0.89*λ)/(FWHM*cosθ),其中 λ 是 X 射线的波长,FWHM 是衍射峰的半峰全高,θ 是衍射角。通过高斯拟合评估的14.1 o 处的峰(110)的半峰全宽分别为后处理前后的钙钛矿的0.170±0.002和0.165±0.001,从而计算出的晶体尺寸分别为82.1±0.2nm和86.1±0.1nm。
在许多应用中高质量晶状膜提供高质量薄膜的能源合成。在这里,我们通过利用扩散聚集过程来设计一种无毒溶剂方法来生产高度结晶的Mapbi 3钙钛矿。异丙醇溶液基于三碘化甲基三碘二碘(MAPBI 3),在这种情况下,晶体生长起始开始于远离平衡的不稳定悬浮液开始,随后的结晶驱动于溶解度参数。通过扫描透射电子显微镜(Stem)监测晶体的形成,观察到随着时间的流逝而演变成具有高晶体纯度的大晶粒,生长的小结晶中心。茎模式下的能量色散X射线光谱(EDS)显示新形成的晶粒中有富含Pb的核心壳结构。纳米光束电子衍射(NED)扫描定义的PBI 2晶体在PB富壳中具有新形成的晶粒中的单晶Mapbi 3核心。一周搅拌后,相同的聚集悬浮液仅表现出仅具有单晶体MAPBI 3结构的晶粒。NED分析显示了从核心壳结构到单晶晶粒的动力学缓慢过渡。这项研究对可能导致亚化学计量晶界影响的因素提出了有影响力的见解,从而影响太阳能电池性能。另外,已经提出了钙钛矿晶粒的结构,形态和光学特性。随后通过在低空烤箱中蒸发溶剂来制备高度结晶颗粒的粉末。薄膜Mapbi 3太阳能电池是通过溶解粉末并将其涂在经典制造路线中制造的。MAPBI 3太阳能电池的冠军效率为20%(19.9%),平均效率约为17%,而滞后效应低。在这里突出了制造无毒溶剂的材料结构的策略。这里设计的单晶增长既可以为材料的货架存储以及设备的更灵活的制造。该过程可能会扩展到其他字段,中间多孔框架和大型表面积将对电池或超级电容器材料有益。
摘要近年来,将二维MXENE与钙钛矿太阳能电池掺入引起了很多关注。mxenes由于其表面终止功能组T X而显示出独特的电气功能。此外,将这种材料纳入钙钛矿太阳能电池已导致效率提高并提高了光电性能。在目前的工作中,使用comsol多物理学来模拟由电子传输层(ETL)组成的掺杂的钙钛矿太阳能电池,由钙钛矿(MAPBI 3)和MXENE(TI 3 C 2 T X)和带有配置ETL/ MAPBI 3 + MX的吸收层(MAPBI 3)和孔传输层(HTL)和孔传输层(HTL)。用于材料,将TIO 2(120 nm)用作ETL,并将螺旋形(140 nm)用作HTL。对吸收层(MAPBI 3 + MXENE)的厚度和浓度的影响进行了彻底研究以提高其效率。然后使用理想的厚度和掺杂浓度的理想变化来告知最佳太阳能电池结构的设计,该结构的最大效率为19.87%,填充系数为0.57,开路电压(V OC)为1.10V,短路电流电流密度(J SC)为31.97 mA/cm/cm 2。据我们所知,这是Comsol多物理学首次用于模拟用2D Ti 3 C 2 T X MXENE掺杂的钙钛矿太阳能电池。因此,结果给出了有意义的指导和洞察力,并深入研究了掺杂的钙岩太阳能电池的制造和进一步研究。关键字:Perovskite,mxene,comsol,仿真。
甲脒铅三碘化物 (FAPbI 3 ) 已成为金属卤化物钙钛矿家族中高效、稳定的钙钛矿太阳能电池 (PSC) 的有希望的候选者,尤其是与早期的甲基铵铅三碘化物 (MAPbI 3 ) 原型相比。这是因为 FAPbI 3 具有更窄的带隙能量 ≈ 1.45 eV——更接近 Shockley-Queisser 最优 [1]——并且比 MAPbI 3 更热稳定。[2] 然而,α 相 FAPbI 3 的形成通常需要高温退火 (≥ 150 ° C) 数十分钟,[3] 而获得的 α -FAPbI 3 在室温下是亚稳态的,因为它会迅速降解为光惰性的非钙钛矿同质异形体 (δ-FAPbI 3 )。 [4] 钙钛矿相的亚稳态归因于甲脒(FA +)的尺寸相对较大,导致Gold-schmidt容忍因子> 1,从而驱动六方晶体结构而不是立方晶体结构的形成。[5]
甲脒铅三碘化物 (FAPbI 3 ) 已成为金属卤化物钙钛矿家族中高效、稳定的钙钛矿太阳能电池 (PSC) 的有希望的候选者,尤其是与早期的甲基铵铅三碘化物 (MAPbI 3 ) 原型相比。这是因为 FAPbI 3 具有更窄的带隙能量 ≈ 1.45 eV——更接近 Shockley-Queisser 最优 [1]——并且比 MAPbI 3 更热稳定。[2] 然而,α 相 FAPbI 3 的形成通常需要高温退火 (≥ 150 ° C) 数十分钟,[3] 而获得的 α -FAPbI 3 在室温下是亚稳态的,因为它会迅速降解为光惰性的非钙钛矿同质异形体 (δ-FAPbI 3 )。 [4] 钙钛矿相的亚稳态归因于甲脒(FA +)的尺寸相对较大,导致Gold-schmidt容忍因子> 1,从而驱动六方晶体结构而不是立方晶体结构的形成。[5]
频谱也很明显。很明显,2D层正在3D表面进行快速转换,并在光辐射下失去了其特征。从相似的光照射条件下记录的吸收光谱进一步证实了这一方面(图1D)。在图1E中记录的差异吸收光谱中,可以更好地看到吸收中的这些变化。我们还分别用可见光照射了2D和MAPBI 3膜。在相似的辐照时间下,吸收峰没有重大变化(图S4)。在图1 C和D中光辐射过程中的发射和吸收变化表明,沉积在3D钙钛矿上的2D膜在可见的照射下是不稳定的,并且经历了转化。这进一步表明我们创建的2D/3D接口最初会随着持续的照射而消失。我们将2D钙钛矿层的这种不稳定的行为归因于较大阳离子(pea +)从(PEA)2 PBI 4的扩散到散装MAPBI 3中,从而在3D相中导致同质化。
在钙钛矿光电探测器中产生的光电流(I pH)的频率响应是成像或电信应用中的关键问题,尽管文献中讨论了它。目前的工作是在第一次获得MAPBI 3(MA:甲基氨基)perovskite perovskite polycrystalline薄膜上产生的I pH的完整表达。条件电路用于在平方调节激发激励下的1 V处提取I pH,其灵敏度小于1 nW,线性动态范围LDR> 200 dB;它允许准确确定I pH的模块以及相位,这通常在光电探测器系统中不报告。频域分析表明,I pH可以通过位于低(10 kHz)和高(39-250 kHz)切割频率的两个分数极点进行建模。最佳的几何参数和激发功能是针对更广泛的响应发现的,从而在最高250 kHz的速率上获得了最佳设备,并在高达100 kHz的方形光波的繁殖中繁殖。这些结果代表了对MAPBI 3(或其他钙钛矿材料)进行电气分析的重要策略,以设计后电子阶段,优化设备的优化并确定其功绩。
为了对溶液中的卤化物钙钛矿加工产生详细的理解,在Mapbi 3对Mapbi 3的自旋涂层和插槽-DIE涂层中进行了不同的蒸发速率,以不同的蒸发速率进行了研究。基于光学参数的时间演变,发现两种处理方法最初都形成了溶剂 - 复合结构,然后是钙钛矿结晶。后者分为两个阶段进行自旋涂层,而对于插槽涂层,仅发生一个钙钛矿结晶阶段。对于两种处理方法,发现随着蒸发速率的增加,溶剂复合物结构的结晶动力学和钙钛矿结晶在相对时间尺度上保持恒定,而第二次钙钛矿结晶的持续时间在自旋涂层中增加。第二个钙钛矿结晶由于溶剂 - 复合相形态的差异而受到限制,钙钛矿形成了。工作强调了确切的前体状态特性对钙钛矿形成的重要性。进一步证明,多模式光学原位光谱的详细分析允许对卤化物钙钛矿溶液处理过程中发生的结晶过程进行基本了解,而与特定的处理方法无关。
在太阳能电池的制造过程中限制了半导体中的有害缺陷或将其驱动的已成为太阳能电池社会1 - 4的最根本任务之一。 这种情况在金属卤化物钙钛矿太阳能电池社区中也普遍存在,后者见证了钙钛矿太阳能电池的功率转化效率(PCE)从3.8%的3.8%增加到25.5%,而在不知所措的情况下,在缺陷量允许疫苗策略上据报道了Prog-Ress。 许多报道的钙钛矿太阳能电池现在可以通过1,000 h的操作稳定性测试9,10。 对钙钛矿太阳能电池的效率或稳定性的任何进一步提高都必须依靠对钙钛矿缺陷性质的更深入的理解,以消除所有非辐射电荷重组路径,以消除或忽略它们。 在偏置或照明下太阳能电池的降解与缺陷进化11 - 14密切相关。 但是,在实验中确定钙钛矿中缺陷的化学性质仍然是一个挑战。 近年来已经对钙钛矿中的缺陷进行了深入的研究,但是关于化学性质,它们的分布和降解过程中的演变仍然没有达成共识。 几个计算给出了有争议的结果,即不同的缺陷,包括卤化物间隙(I I-和I i +),金属空位(V Pb)或抗磷酸盐(I MA) - 导致甲基铵三铅三碘化物(MAPBI 3)15-19-15-19。 但是,没有直接的实验方法来识别批量和表面上缺陷的化学性质已成为太阳能电池社会1 - 4的最根本任务之一。这种情况在金属卤化物钙钛矿太阳能电池社区中也普遍存在,后者见证了钙钛矿太阳能电池的功率转化效率(PCE)从3.8%的3.8%增加到25.5%,而在不知所措的情况下,在缺陷量允许疫苗策略上据报道了Prog-Ress。许多报道的钙钛矿太阳能电池现在可以通过1,000 h的操作稳定性测试9,10。对钙钛矿太阳能电池的效率或稳定性的任何进一步提高都必须依靠对钙钛矿缺陷性质的更深入的理解,以消除所有非辐射电荷重组路径,以消除或忽略它们。在偏置或照明下太阳能电池的降解与缺陷进化11 - 14密切相关。但是,在实验中确定钙钛矿中缺陷的化学性质仍然是一个挑战。近年来已经对钙钛矿中的缺陷进行了深入的研究,但是关于化学性质,它们的分布和降解过程中的演变仍然没有达成共识。几个计算给出了有争议的结果,即不同的缺陷,包括卤化物间隙(I I-和I i +),金属空位(V Pb)或抗磷酸盐(I MA) - 导致甲基铵三铅三碘化物(MAPBI 3)15-19-15-19。但是,没有直接的实验方法来识别批量和表面上缺陷的化学性质最近的实验试图鉴定钙壶中缺陷的化学性质,暗示了对MAPBI 3中深层跨度跨性光谱典型表征20; MAPBI 3中深层陷阱的带负电荷的碘化物间质(I-I-),MA空位(V MA-)和MA间隙(MA I +)的可能起源。 i i-作为甲氨基三碘铅(FAPBI 3)中的主要浅阴离子缺陷,具有正电子歼灭光谱测量结果21或fa i antisite作为Fama Perovskite 22的主要表面深陷阱缺陷。