Nature.com इत्यत्र गमनार्थं धन्यवादः। भवान् यत् ब्राउजर् उपयुज्यते तस्य संस्करणस्य CSS समर्थनं सीमितम् अस्ति । उत्तमपरिणामानां कृते वयं भवतः ब्राउजर् इत्यस्य नूतनतरं संस्करणं (अथवा Internet Explorer इत्यस्मिन् संगतताविधिं निष्क्रियं कर्तुं) अनुशंसयामः । तावत्पर्यन्तं निरन्तरं समर्थनं सुनिश्चित्य वयं स्टाइलिंग् अथवा जावास्क्रिप्ट् विना साइट् दर्शयामः ।
सीसत्रिआयोडाइड् पेरोव्स्काइट् सौरकोशिकानां कार्यक्षमतां सुधारयितुम् दोषनिष्क्रियीकरणस्य व्यापकरूपेण उपयोगः कृतः अस्ति, परन्तु α-चरणस्थिरतायां विविधदोषाणां प्रभावः अस्पष्टः एव अस्ति अत्र घनत्वकार्यात्मकसिद्धान्तस्य उपयोगेन वयं प्रथमवारं α-चरणतः δ-चरणपर्यन्तं फॉर्मामिडिनसीसात्रिआयोडाइडपेरोव्स्काइटस्य अपघटनमार्गस्य पहिचानं कुर्मः तथा च चरणसंक्रमणशक्तिबाधायां विविधदोषाणां प्रभावस्य अध्ययनं कुर्मः। अनुकरणपरिणामाः पूर्वानुमानं कुर्वन्ति यत् आयोडीन-रिक्तस्थानानि क्षयस्य कारणं भवितुं सर्वाधिकं सम्भाव्यन्ते यतोहि ते α-δ चरण-संक्रमणस्य ऊर्जा-बाधां महत्त्वपूर्णतया न्यूनीकरोति तथा च पेरोव्स्काइट्-पृष्ठे न्यूनतमा निर्माण-ऊर्जा भवति पेरोव्स्काइट्-पृष्ठे जल-अघुलनशीलस्य सीस-ऑक्सालेट्-सघन-स्तरस्य प्रवेशेन α-चरणस्य अपघटनं महत्त्वपूर्णतया निरुद्धं भवति, येन आयोडीनस्य प्रवासनं वाष्पीकरणं च निवारितं भवति तदतिरिक्तं, एषा रणनीतिः अन्तरफलकीय-अविकिरणीयपुनर्संयोजनं महत्त्वपूर्णतया न्यूनीकरोति तथा च सौरकोशिकानां दक्षतां २५.३९% (प्रमाणित २४.९२%) यावत् वर्धयति अनुकरणीय-१.५ जी-वायु-द्रव्यमान-विकिरणस्य अन्तर्गतं ५५० घण्टापर्यन्तं अधिकतम-शक्त्या कार्यं कृत्वा अपि अपैकेज-कृतं यन्त्रं स्वस्य मूल-९२%-दक्षतां निर्वाहयितुं शक्नोति
पेरोव्स्काइट् सौरकोशिकानां (PSCs) विद्युत्रूपान्तरणदक्षता (PCE) २६%1 इत्यस्य प्रमाणितं अभिलेखं उच्चतमं प्राप्तवती अस्ति । २०१५ तमे वर्षात् आधुनिकपीएससी-संस्थाः २,३,४ इत्यस्य शॉक्ले-केइसर-सीमायाः समीपे उत्तम-ताप-स्थिरतायाः, प्राधान्य-बैण्डगैप्-इत्यस्य च कारणेन प्रकाश-शोषक-स्तररूपेण फॉर्मामिडिन्-त्रिआयोडाइड् पेरोव्स्काइट् (FAPbI3) इत्येतत् प्राधान्यं दत्तवन्तः दुर्भाग्यवशं, FAPbI3 चलच्चित्रेषु उष्मागतिकीरूपेण कक्षतापमाने कृष्णवर्णीयस्य α चरणात् पीतवर्णीयस्य गैर-पेरोव्स्काइट् δ चरणस्य कृते चरणसंक्रमणं भवति5,6 । डेल्टा-चरणस्य निर्माणं निवारयितुं विविधाः जटिलाः पेरोव्स्काइट्-रचनाः विकसिताः सन्ति । एतस्याः समस्यायाः निवारणाय सर्वाधिकं सामान्यं रणनीतिः अस्ति यत् FAPbI3 इत्यस्य मिश्रणं मिथाइल अमोनियम (MA+), सीजियम (Cs+) तथा ब्रोमाइड (Br-) आयनानां संयोजनेन सह करणीयम्7,8,9 परन्तु संकर पेरोव्स्काइट्स् बैण्डगैप् ब्रॉडेनिंग् तथा प्रकाशप्रेरितचरणपृथक्करणेन पीडिताः भवन्ति, येन परिणामी PSCs10,11,12 इत्यस्य कार्यक्षमतायाः परिचालनस्थिरतायाः च क्षतिः भवति
अद्यतन अध्ययनेन ज्ञातं यत् शुद्धैकस्फटिकस्य FAPbI3 इत्यस्य उत्तमस्फटिकत्वस्य न्यूनदोषस्य च कारणेन उत्तमस्थिरता भवति13,14 अतः बल्क FAPbI3 इत्यस्य स्फटिकतां वर्धयित्वा दोषाणां न्यूनीकरणं कुशलं स्थिरं च PSCs2,15 प्राप्तुं महत्त्वपूर्णा रणनीतिः अस्ति। परन्तु FAPbI3 PSC इत्यस्य संचालनस्य समये अवांछनीयपीतषट्कोणीय-अ-पेरोव्स्काइट् δ-चरणं प्रति अवनतिः अद्यापि भवितुम् अर्हति16 । प्रक्रिया प्रायः तेषु पृष्ठेषु धान्यसीमासु च आरभ्यते येषु अनेकदोषक्षेत्राणां उपस्थित्या जलस्य, तापस्य, प्रकाशस्य च अधिकं प्रवणता भवति17 अतः FAPbI318 इत्यस्य कृष्णचरणस्य स्थिरीकरणाय पृष्ठीय/धान्यस्य निष्क्रियीकरणं आवश्यकम् अस्ति । निम्न-आयामी पेरोव्स्काइट्स्, अम्ल-आधारित-लुईस्-अणुः, अमोनियम-हैलाइड्-लवणं च इत्यादीनां परिचयः सहितं बहवः दोष-निष्क्रियीकरण-रणनीतयः फॉर्मामिडिन्-पीएससी-मध्ये महतीं प्रगतिम् अकरोत्19,20,21,22 अद्यपर्यन्तं प्रायः सर्वे अध्ययनाः सौरकोशिकासु वाहकपुनर्संयोजनं, प्रसारदीर्घता, पट्टिकासंरचना इत्यादीनां प्रकाशविद्युत्गुणानां निर्धारणे विविधदोषाणां भूमिकायां केन्द्रीकृताः सन्ति22,23,24 उदाहरणार्थं, घनत्वकार्यात्मकसिद्धान्तस्य (DFT) उपयोगः विविधदोषाणां निर्माणशक्तयः, फन्दे ऊर्जास्तरस्य च सैद्धान्तिकरूपेण पूर्वानुमानं कर्तुं भवति, यस्य व्यापकरूपेण उपयोगः व्यावहारिकनिष्क्रियीकरणनिर्माणस्य मार्गदर्शनार्थं भवति20,25,26 यथा यथा दोषाणां संख्या न्यूना भवति तथा तथा प्रायः यन्त्रस्य स्थिरता सुधरति । परन्तु फॉर्मामिडिन् पीएससीषु चरणस्थिरतायां प्रकाशविद्युत्गुणेषु च विभिन्नदोषाणां प्रभावस्य तन्त्राणि सर्वथा भिन्नानि भवेयुः अस्माकं ज्ञाने दोषाः घनतः षट्कोणपर्यन्तं (α-δ) चरणसंक्रमणं कथं प्रेरयन्ति इति मौलिकसमझः तथा च α-FAPbI3 पेरोव्स्काइट् इत्यस्य चरणस्थिरतायां पृष्ठीयनिष्क्रियीकरणस्य भूमिका अद्यापि दुर्बलतया अवगता अस्ति
अत्र वयं FAPbI3 पेरोव्स्काइटस्य कृष्णवर्णीय α-चरणतः पीतस्य δ-चरणपर्यन्तं क्षयमार्गं तथा च DFT मार्गेण α-तः δ-चरणसंक्रमणस्य ऊर्जाबाधायां विविधदोषाणां प्रभावं च प्रकाशयामः। I रिक्तस्थानानि, ये चलचित्रनिर्माणस्य यन्त्रसञ्चालनस्य च समये सहजतया उत्पद्यन्ते, तेषां α-δ चरणसंक्रमणस्य आरम्भस्य अधिकसंभावना भविष्यति इति पूर्वानुमानं भवति अतः वयं FAPbI3 इत्यस्य उपरि सीस-ऑक्सालेट् (PbC2O4) इत्यस्य जल-अघुलनशीलं रासायनिकरूपेण स्थिरं च घनस्तरं स्थाने एव विक्रियाद्वारा प्रवर्तयामः सीस-ऑक्सालेट्-पृष्ठं (LOS) I रिक्तस्थानानां निर्माणं निरुध्यते तथा च ताप-प्रकाश-विद्युत्-क्षेत्रैः उत्तेजितस्य I आयनानां प्रवासं निवारयति परिणामस्वरूपं LOS अन्तरफलकीय-अविकिरणीय-पुनर्संयोजनं महत्त्वपूर्णतया न्यूनीकरोति तथा च FAPbI3 PSC-दक्षतां 25.39% (24.92% यावत् प्रमाणितं) यावत् सुधारयति अपैकेजितं LOS-यन्त्रं 1.5 G विकिरणस्य अनुकरणीयवायुद्रव्यमानस्य (AM) अधिकतमशक्तिबिन्दौ (MPP) 550 घण्टाभ्यः अधिकं यावत् कार्यं कृत्वा स्वस्य मूलदक्षतायाः 92% भागं धारयति स्म
वयं प्रथमं α चरणात् δ चरणं प्रति संक्रमणं कर्तुं FAPbI3 पेरोव्स्काइट् इत्यस्य अपघटनमार्गं ज्ञातुं ab initio गणनाः कृतवन्तः। विस्तृतचरणरूपान्तरणप्रक्रियायाः माध्यमेन एतत् ज्ञायते यत् FAPbI3 इत्यस्य घन α-चरणस्य त्रिविमकोणसाझेदारी [PbI6] अष्टफलकात् FAPbI3 इत्यस्य षट्कोणीय δ-चरणस्य एकविमीयधारसाझेदारी [PbI6] अष्टफलकं प्रति परिवर्तनं प्राप्तं भवति breaking 9. Pb-I प्रथमे चरणे (Int-1) बन्धनं निर्माति, तस्य ऊर्जाबाधा च 0.62 eV/कोशिकापर्यन्तं भवति, यथा चित्रे 1a दर्शितम् अस्ति । यदा अष्टभुजं [0\(\bar{1}\)1] दिशि स्थानान्तरितम् अस्ति तदा षट्कोणीयलघुशृङ्खला 1×1 तः 1×3, 1×4 पर्यन्तं विस्तारं प्राप्नोति अन्ते च δ चरणं प्रविशति सम्पूर्णमार्गस्य अभिमुखीकरणानुपातः (०११)α//(००१)δ + [१००]α//[१००]δ भवति । ऊर्जावितरणचित्रात् ज्ञातुं शक्यते यत् निम्नलिखितपदेषु FAPbI3 इत्यस्य δ चरणस्य नाभिकीकरणानन्तरं ऊर्जाबाधा α चरणसंक्रमणस्य अपेक्षया न्यूनः भवति, यस्य अर्थः अस्ति यत् चरणसंक्रमणं त्वरितं भविष्यति स्पष्टतया यदि वयं α-चरणस्य अवनतिं दमनं कर्तुम् इच्छामः तर्हि चरणसंक्रमणस्य नियन्त्रणस्य प्रथमं सोपानं महत्त्वपूर्णम् अस्ति ।
a वामतः दक्षिणतः चरणरूपान्तरणप्रक्रिया – कृष्णवर्णीयः FAPbI3 चरणः (α-चरणः), प्रथमं Pb-I बन्धनविच्छेदनं (Int-1) तथा च अग्रे Pb-Iबन्धविच्छेदनं (Int-2, Int -3 तथा Int -4) तथा पीतचरणस्य FAPbI3 (डेल्टाचरणम्) b विभिन्नानां आन्तरिकबिन्दुदोषाणां आधारेण FAPbI3 इत्यस्य α तः δ पर्यन्तं चरणसंक्रमणस्य ऊर्जाबाधाः । बिन्दुरेखा आदर्शस्फटिकस्य ऊर्जाबाधं (0.62 eV) दर्शयति । ग सीसस्य पेरोव्स्काइटस्य पृष्ठभागे प्राथमिकबिन्दुदोषाणां निर्माणस्य ऊर्जा। अब्सिसा अक्षः α-δ चरणसंक्रमणस्य ऊर्जाबाधा अस्ति, अङ्कीयअक्षः च दोषनिर्माणस्य ऊर्जा अस्ति । ग्रे, पीत, हरितवर्णेषु छायाकृताः भागाः क्रमशः प्रथमप्रकारः (कम EB-उच्च FE), द्वितीयप्रकारः (उच्च FE) तथा तृतीयप्रकारः (कम EB-कम FE) च सन्ति । d नियन्त्रणे FAPbI3 इत्यस्य दोषाणां VI तथा LOS इत्यस्य निर्माणस्य ऊर्जा। e I FAPbI3 इत्यस्य नियन्त्रणे आयनप्रवासस्य बाधा तथा LOS। च – gf नियन्त्रणे I आयनानां (नारंगीगोले) तथा gLOS FAPbI3 (धूसर, सीसा; वायलेट (नारंगी), आयोडीन (मोबाइल आयोडीन)) इत्यस्य प्रवासनस्य योजनाबद्धं प्रतिनिधित्वं (वाम: शीर्षदृश्य; दक्षिण: क्रॉस सेक्शन, भूरा) कार्बनम्; हल्के नीले – नाइट्रोजन; रक्त – प्राणवायुः; हल्के गुलाबी – हाइड्रोजन)। स्रोतदत्तांशः स्रोतदत्तांशसञ्चिकारूपेण प्रदत्तः भवति ।
ततः वयं व्यवस्थितरूपेण विभिन्नानां आन्तरिकबिन्दुदोषाणां प्रभावस्य अध्ययनं कृतवन्तः (यत्र PbFA, IFA, PbI, IPb च एंटीसाइट् कब्जा; Pbi तथा Ii अन्तरालपरमाणुः; तथा च VI, VFA, VPb च रिक्तस्थानानि सन्ति), ये प्रमुखकारकाः इति मन्यन्ते ये परमाणु-ऊर्जा-स्तरस्य चरण-क्षयस्य कारणं भवन्ति, ते चित्रे 1b तथा पूरकसारणी 1 मध्ये दर्शिताः सन्ति रोचकं यत् सर्वे दोषाः α-δ-चरण-संक्रमणस्य ऊर्जा-बाधां न न्यूनीकरोति (चित्रम् 1b) अस्माकं मतं यत् येषु दोषेषु न्यूननिर्माणशक्तयः न्यूनाः α-δ चरणसंक्रमणशक्तिबाधाः च सन्ति, ते चरणस्थिरतायाः हानिकारकाः इति मन्यन्ते यथा पूर्वं ज्ञापितं, सीससमृद्धाः पृष्ठाः सामान्यतया फॉर्मामिडिन् PSC27 इत्यस्य कृते प्रभाविणः इति मन्यन्ते । अतः वयं सीस-समृद्ध-स्थितौ PbI2-समाप्तस्य (100) पृष्ठस्य विषये ध्यानं दद्मः । पृष्ठीय आन्तरिकबिन्दुदोषाणां दोषनिर्माण ऊर्जा चित्रे 1c तथा पूरकसारणी 1 दर्शिता ऊर्जाबाधा (EB) तथा चरणसंक्रमणनिर्माण ऊर्जा (FE) इत्येतयोः आधारेण एते दोषाः त्रयः प्रकाराः वर्गीकृताः सन्ति। प्रथमप्रकारः (कम EB-उच्च FE): यद्यपि IPb, VFA, VPb च चरणसंक्रमणस्य ऊर्जाबाधां महत्त्वपूर्णतया न्यूनीकरोति तथापि तेषु उच्चनिर्माणशक्तयः सन्ति । अतः अस्माकं मतं यत् एतादृशानां दोषाणां चरणसंक्रमणेषु सीमितः प्रभावः भवति यतः ते दुर्लभाः एव भवन्ति । द्वितीयप्रकारः (उच्च EB): उन्नतस्य α-δ चरणसंक्रमण ऊर्जाबाधायाः कारणात्, एंटी-साइटदोषाः PbI, IFA तथा PbFA α-FAPbI3 पेरोव्स्काइट् इत्यस्य चरणस्थिरतां क्षतिं न कुर्वन्ति तृतीयप्रकारः (कम EB-कम FE): अपेक्षाकृतं न्यूननिर्माणशक्तियुक्ताः VI, Ii तथा Pbi दोषाः कृष्णचरणस्य क्षयस्य कारणं भवितुम् अर्हन्ति । विशेषतः न्यूनतमं FE तथा EB VI दृष्ट्वा वयं मन्यामहे यत् सर्वाधिकं प्रभावी रणनीतिः I रिक्तस्थानानां न्यूनीकरणं भवति।
VI इत्यस्य न्यूनीकरणाय वयं FAPbI3 इत्यस्य पृष्ठभागं सुधारयितुम् PbC2O4 इत्यस्य सघनस्तरं विकसितवन्तः । कार्बनिक-हैलाइड-लवण-निष्क्रियकर्तृणां यथा फिनाइलएथिलअमोनियम-आयोडाइड् (PEAI) तथा n-ऑक्टिलामोनियम-आयोडाइड् (OAI) इत्यादीनां तुलने PbC2O4, यस्मिन् कोऽपि चल-हैलोजन-आयनः नास्ति, सः रासायनिकरूपेण स्थिरः, जले अघुलनशीलः, उत्तेजने सहजतया निष्क्रियः च भवति पेरोव्स्काइट् इत्यस्य पृष्ठीय-आर्द्रतायाः विद्युत्-क्षेत्रस्य च उत्तमं स्थिरीकरणं । जले PbC2O4 इत्यस्य विलयनक्षमता केवलं 0.00065 g/L भवति, यत् PbSO428 इत्यस्य अपेक्षया अपि न्यूना भवति । अतः अपि महत्त्वपूर्णं यत्, LOS इत्यस्य सघनानि एकरूपाणि च स्तराः पेरोव्स्काइट्-चलच्चित्रेषु मृदुतया निर्मितुं शक्यन्ते, यत्र in situ प्रतिक्रियाः उपयुज्यन्ते (अधः पश्यन्तु) । अस्माभिः FAPbI3 तथा PbC2O4 इत्येतयोः मध्ये अन्तरफलकबन्धनस्य DFT अनुकरणं कृतम् यथा पूरकचित्रे 1 दर्शितम् पूरकसारणी 2 LOS-इञ्जेक्शनस्य अनन्तरं दोषनिर्माणशक्तिं प्रस्तुतं करोति। अस्माभिः ज्ञातं यत् LOS न केवलं VI दोषाणां निर्माणशक्तिं 0.69–1.53 eV (चित्रं 1d) वर्धयति, अपितु प्रवासपृष्ठे निर्गमनपृष्ठे च I इत्यस्य सक्रियीकरणशक्तिं वर्धयति (चित्रम् 1e) प्रथमे चरणे I आयनानि पेरोव्स्काइट्-पृष्ठेन सह प्रवासं कुर्वन्ति, VI आयनानि 0.61 eV ऊर्जाबाधायुक्ते जालीस्थाने त्यजन्ति । LOS इत्यस्य प्रवर्तनानन्तरं स्टीरिकबाधायाः प्रभावात् I आयनानां प्रवासार्थं सक्रियीकरणशक्तिः 1000 यावत् वर्धते । १.२८ एवम् । पेरोव्स्काइट् पृष्ठतः निर्गच्छन् I आयनानां प्रवासस्य समये VOC इत्यस्मिन् ऊर्जाबाधा अपि नियन्त्रणनमूनापेक्षया अधिकः भवति (चित्रम् 1e) नियन्त्रणे I आयनप्रवासमार्गस्य योजनाबद्धचित्रं तथा LOS FAPbI3 क्रमशः चित्रे 1 f तथा g दर्शितम् अस्ति । अनुकरणपरिणामाः दर्शयन्ति यत् LOS VI दोषाणां निर्माणं I इत्यस्य वाष्पीकरणं च निवारयितुं शक्नोति, तस्मात् α तः δ पर्यन्तं चरणसंक्रमणस्य नाभिकीकरणं निवारयितुं शक्नोति
आक्सालिक अम्लस्य FAPbI3 पेरोव्स्काइट् च मध्ये विक्रियायाः परीक्षणं कृतम् । ऑक्सालिक-अम्लस्य FAPbI3-इत्यस्य च घोलस्य मिश्रणं कृत्वा, पूरक-चित्रे 2 दर्शितवत्, बृहत्-मात्रायां श्वेत-अवक्षेपः निर्मितः अस्माभिः ज्ञातं यत् ऑक्सालिक अम्लं कक्षतापमाने समप्रोपाइल-अल्कोहले (IPA) अत्यन्तं घुलनशीलं भवति यस्य घुलनशीलता प्रायः 18 mg/mL भवति, यथा पूरकचित्रे 5. एतेन अनन्तरं प्रसंस्करणं सुलभं भवति यतः IPA, सामान्यनिष्क्रियविलायकत्वेन, अल्पसमयात् परं पेरोव्स्काइटस्तरं क्षतिं न करोति अतः पेरोव्स्काइट्-पटलं ऑक्सालिक-अम्ल-विलयने विसर्जयित्वा वा पेरोव्स्काइट्-उपरि आक्सालिक-अम्ल-विलयनं स्पिन-लेपनं कृत्वा निम्नलिखित-रासायनिकसमीकरणानुसारं पेरोव्स्काइट्-पटलस्य पृष्ठे पतली-घन-PbC2O4 शीघ्रं प्राप्तुं शक्यते : H2C2O4 + FAPbI3 = PbC2O4 + FAI +HI FAI इत्येतत् IPA इत्यस्मिन् विलीनं कर्तुं शक्यते तथा च पाककाले निष्कासितुं शक्यते । LOS इत्यस्य मोटाई प्रतिक्रियासमयेन, पूर्ववर्तीसान्द्रतायाः च द्वारा नियन्त्रितुं शक्यते ।
नियन्त्रणस्य तथा LOS पेरोव्स्काइट्-चलच्चित्रस्य स्कैनिङ्ग इलेक्ट्रॉन-माइक्रोस्कोपी (SEM) चित्राणि चित्रेषु 2a,b दर्शितानि सन्ति । परिणामानि दर्शयन्ति यत् पेरोव्स्काइट् पृष्ठस्य आकृतिविज्ञानं सुसंरक्षितं भवति, तथा च धान्यपृष्ठे बहूनां सूक्ष्मकणानां निक्षेपणं भवति, ये स्थानिकविक्रियाद्वारा निर्मितस्य PbC2O4 स्तरस्य प्रतिनिधित्वं कर्तव्यम् LOS पेरोव्स्काइट्-पटलस्य पृष्ठभागः किञ्चित् चिकना भवति (पूरकचित्रम् ६) तथा च नियन्त्रणपटलस्य (पूरकचित्रम् ७) तुलने जलसंपर्ककोणः बृहत्तरः भवति उत्पादस्य पृष्ठीयस्तरस्य भेदार्थं उच्च-संकल्प-अनुप्रस्थ-संचरण-इलेक्ट्रॉन-सूक्ष्मदर्शनस्य (HR-TEM) उपयोगः कृतः । नियन्त्रणपटलस्य (चित्रम् २ ग) तुलने LOS पेरोव्स्काइट् (चित्रम् २d) इत्यस्य उपरि प्रायः १० एनएम मोटाईयुक्तः एकरूपः सघनः च पतलीस्तरः स्पष्टतया दृश्यते PbC2O4 तथा FAPbI3 इत्येतयोः मध्ये अन्तरफलकस्य परीक्षणार्थं उच्चकोणकुण्डलाकार-अन्धकार-क्षेत्र-स्कैनिङ्ग-इलेक्ट्रॉन-सूक्ष्मदर्शनस्य (HAADF-STEM) उपयोगेन FAPbI3 इत्यस्य स्फटिकीयक्षेत्राणां तथा PbC2O4 इत्यस्य अनाकारक्षेत्राणां उपस्थितिः स्पष्टतया अवलोकिता भवति (पूरकचित्रम् ८) ऑक्सालिक अम्लस्य उपचारस्य अनन्तरं पेरोव्स्काइट् इत्यस्य पृष्ठीयसंरचना एक्स-रे प्रकाश इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) मापनेन लक्षणीयः आसीत्, यथा चित्रेषु 2e–g दर्शितम् अस्ति चित्रे २e मध्ये २८४.८ eV तथा २८८.५ eV परितः C 1s शिखराः क्रमशः विशिष्टानां CC तथा FA संकेतानां सन्ति । नियन्त्रणझिल्लीयाः तुलने LOS झिल्ली २८९.२ eV इत्यत्र अतिरिक्तं शिखरं प्रदर्शितवती, यत् C2O42- इत्यस्य कारणम् अस्ति । LOS पेरोव्स्काइट् इत्यस्य O 1s स्पेक्ट्रम् 531.7 eV, 532.5 eV, 533.4 eV इत्यत्र रासायनिकरूपेण विशिष्टानि O 1s शिखराणि प्रदर्शयति, ये अक्षुण्णऑक्सालेट् समूहानां 30 इत्यस्य डिप्रोटोनेटेड COO, C=O तथा OH घटकस्य O परमाणुनां अनुरूपाः सन्ति (चित्र 2e) )). नियन्त्रणनमूनायाः कृते केवलं लघु O 1s शिखरं अवलोकितम्, यत् पृष्ठे रसायनशोषितस्य प्राणवायुस्य कारणं भवितुम् अर्हति । Pb 4f7/2 तथा Pb 4f5/2 इत्येतयोः नियन्त्रणझिल्लीलक्षणं क्रमशः १३८.४ eV तथा १४३.३ eV इत्यत्र स्थितम् अस्ति । अस्माभिः अवलोकितं यत् LOS पेरोव्स्काइट् उच्चतरबन्धनशक्तिं प्रति प्रायः 0.15 eV इत्यस्य Pb शिखरस्य परिवर्तनं प्रदर्शयति, यत् C2O42- तथा Pb परमाणुयोः मध्ये सशक्तं अन्तरक्रियां सूचयति (चित्रम् 2g)।
a नियन्त्रणस्य SEM चित्राणि तथा b LOS पेरोव्स्काइट् चलच्चित्राणि, शीर्षदृश्यम्। c नियन्त्रणस्य उच्च-रिजोल्यूशन-क्रॉस-सेक्शनल-संचरण-इलेक्ट्रॉन-माइक्रोस्कोपी (HR-TEM) तथा d LOS पेरोव्स्काइट्-चलच्चित्रस्य। e C 1s, f O 1s तथा g Pb 4f पेरोव्स्काइट् चलच्चित्रस्य उच्च-रिजोल्यूशन-XPS ​​। स्रोतदत्तांशः स्रोतदत्तांशसञ्चिकारूपेण प्रदत्तः भवति ।
DFT परिणामानुसारं सैद्धान्तिकरूपेण पूर्वानुमानं भवति यत् VI दोषाः I प्रवासनं च सहजतया α तः δ यावत् चरणसंक्रमणं जनयन्ति । पूर्वप्रतिवेदनेषु ज्ञातं यत् प्रकाशविसर्जनस्य समये पीसी-आधारितपेरोव्स्काइट्-चलच्चित्रेभ्यः I2 द्रुतगत्या मुक्तः भवति, ततः परं चलच्चित्रं प्रकाशस्य ताप-तनावस्य च संपर्कं कृत्वा भवति31,32,33 पेरोव्स्काइट् इत्यस्य α-चरणस्य उपरि सीस-ऑक्सालेट् इत्यस्य स्थिरीकरण-प्रभावस्य पुष्ट्यर्थं वयं क्रमशः टोल्यूइन-युक्तेषु पारदर्शी-काच-बोतलेषु नियन्त्रण-एलओएस-पेरोव्स्काइट्-पटलयोः विसर्जनं कृतवन्तः, ततः २४ घण्टापर्यन्तं १ सूर्यप्रकाशेन विकिरणं कृतवन्तः वयं पराबैंगनी-दृश्यप्रकाशस्य (UV-Vis) अवशोषणं मापितवन्तः । ) टोल्यूनिन् विलयनम्, यथा चित्रे ३ क दर्शितम् अस्ति । नियन्त्रणनमूनायाः तुलने LOS-पेरोव्स्काइट् इत्यस्य सन्दर्भे I2 अवशोषणतीव्रता बहु न्यूना अवलोकिता, यत् सूचयति यत् संकुचितः LOS प्रकाशविसर्जनस्य समये पेरोव्स्काइट्-चलच्चित्रात् I2-विमोचनं निरुद्धं कर्तुं शक्नोति वृद्धनियन्त्रणस्य तथा LOS पेरोव्स्काइट्-चलच्चित्रस्य छायाचित्रं चित्र 3b तथा c इत्येतयोः इन्सेट्-मध्ये दर्शितम् अस्ति । LOS पेरोव्स्काइट् अद्यापि कृष्णवर्णीयः अस्ति, यदा तु अधिकांशः नियन्त्रणचलच्चित्रः पीतः जातः । विसर्जितस्य पटलस्य पराबैंगनी–दृश्यमानशोषणवर्णक्रमाः चित्रेषु दर्शिताः सन्ति । ३ख, ग. वयं अवलोकितवन्तः यत् नियन्त्रणपटलस्य α अनुरूपं अवशोषणं स्पष्टतया न्यूनीकृतम् अस्ति । स्फटिकसंरचनायाः विकासस्य दस्तावेजीकरणार्थं क्ष-किरणमापनं कृतम् । २४ घण्टानां प्रकाशनानन्तरं नियन्त्रणपेरोव्स्काइट् इत्यनेन प्रबलं पीतं δ-चरणसंकेतं (११.८°) दर्शितम्, यदा तु LOS पेरोव्स्काइट् इत्यनेन अद्यापि उत्तमं कृष्णचरणं निर्वाहितम् (चित्रम् ३d)
टोल्यूइन-विलयनस्य पराबैंगनी-दृश्यमान-शोषण-वर्णक्रमाः यस्मिन् नियन्त्रण-पटलं LOS-पटलं च १ सूर्यप्रकाशस्य अधः २४ घण्टापर्यन्तं विसर्जितम् आसीत् । इन्सेट् मध्ये एकं शीशकं दृश्यते यस्मिन् प्रत्येकं पटलं समानमात्रायां टोल्यूनिने निमज्जितम् आसीत् । b नियन्त्रणपटलस्य तथा c LOS चलचित्रस्य UV-Vis अवशोषणवर्णक्रमाः 1 सूर्यप्रकाशस्य अधः 24 h विसर्जनात् पूर्वं पश्चात् च। इन्सेट् मध्ये परीक्षणचलच्चित्रस्य छायाचित्रं दृश्यते । d नियन्त्रणस्य तथा LOS चलच्चित्रस्य क्ष-किरणविवर्तनप्रतिमानाः २४ घण्टाभ्यः पूर्वं पश्चात् च। 24 घण्टानां एक्सपोजरस्य अनन्तरं नियन्त्रणपटलस्य e तथा चलच्चित्रस्य f LOS इत्यस्य SEM चित्रम्। स्रोतदत्तांशः स्रोतदत्तांशसञ्चिकारूपेण प्रदत्तः भवति ।
वयं 24 घण्टानां प्रकाशनानन्तरं पेरोव्स्काइट्-चलच्चित्रस्य सूक्ष्मसंरचनात्मकपरिवर्तनानां अवलोकनार्थं स्कैनिङ्ग इलेक्ट्रॉनमाइक्रोस्कोपी (SEM) मापनं कृतवन्तः, यथा चित्रेषु 3e,f दर्शितम् अस्ति नियन्त्रणपटलस्य बृहत्कणिकाः नष्टाः भूत्वा लघुसुईषु परिणताः, ये δ-चरणस्य उत्पादस्य FAPbI3 (चित्रम् 3e) इत्यस्य आकृतिविज्ञानस्य अनुरूपाः आसन् LOS चलच्चित्रेषु पेरोव्स्काइट्-कणिकाः उत्तमस्थितौ एव तिष्ठन्ति (चित्रम् ३ च) । परिणामेषु पुष्टिः अभवत् यत् I इत्यस्य हानिः कृष्णचरणात् पीतचरणं प्रति संक्रमणं महत्त्वपूर्णतया प्रेरयति, यदा तु PbC2O4 कृष्णचरणं स्थिरं करोति, येन I इत्यस्य हानिः निवारिता भवति यतः पृष्ठे रिक्तस्थानघनत्वं धान्यबल्कस्य अपेक्षया बहु अधिकं भवति,34 अयं चरणः धान्यस्य पृष्ठभागे अधिकः भवति युगपत् आयोडीनं मुक्त्वा VI. यथा DFT द्वारा पूर्वानुमानं कृतम्, LOS VI दोषाणां निर्माणं निवारयितुं शक्नोति तथा च I आयनानां पेरोव्स्काइट् पृष्ठे प्रवासं निवारयितुं शक्नोति ।
तदतिरिक्तं वायुमण्डलीयवायुषु (सापेक्षिकं आर्द्रता ३०-६०%) पेरोव्स्काइट्-पटलस्य आर्द्रताप्रतिरोधे PbC2O4-स्तरस्य प्रभावस्य अध्ययनं कृतम् यथा पूरकचित्रे ९ दर्शितं, LOS पेरोव्स्काइट् १२ दिवसाभ्यन्तरे अपि कृष्णवर्णीयः आसीत्, यदा तु नियन्त्रणपटलं पीतं जातम् । XRD मापनेषु नियन्त्रणपटलः FAPbI3 इत्यस्य δ चरणस्य अनुरूपं 11.8° इत्यत्र सशक्तं शिखरं दर्शयति, यदा तु LOS पेरोव्स्काइट् कृष्णवर्णीयं α चरणं सम्यक् धारयति (पूरकचित्रम् १०)
पेरोव्स्काइट्-पृष्ठे सीस-ऑक्सालेट्-इत्यस्य निष्क्रियीकरण-प्रभावस्य अध्ययनार्थं स्थिर-स्थिति-प्रकाश-प्रकाश-प्रकाशस्य (PL) तथा समय-समाधान-प्रकाश-प्रकाश-प्रकाशस्य (TRPL) उपयोगः कृतः चित्रे चित्रे ४ क दृश्यते यत् LOS-चलच्चित्रे PL-तीव्रता वर्धिता अस्ति । PL मैपिंग इमेजे 10 × 10 μm2 इत्यस्य सम्पूर्णक्षेत्रे LOS फिल्मस्य तीव्रता नियन्त्रणपटलस्य अपेक्षया अधिका भवति (पूरकचित्रं 11), यत् सूचयति यत् PbC2O4 पेरोव्स्काइट् चलच्चित्रं एकरूपेण निष्क्रियं करोति एकेन घातीयकार्येण TRPL क्षयस्य अनुमानं कृत्वा वाहकजीवनकालः निर्धारितः भवति (चित्रम् ४ख) । LOS-पटलस्य वाहक-आयुः ५.२ μs भवति, यत् ०.९ μs वाहक-आयुषः नियन्त्रण-पटलस्य अपेक्षया बहु दीर्घं भवति, यत् पृष्ठीय-अविकिरणीय-पुनर्संयोजनं न्यूनीकृतं सूचयति
काचस्य उपधातुषु पेरोव्स्काइट्-चलच्चित्रेषु अस्थायी-पीएलस्य स्थिर-स्थिति-पीएल तथा बी-स्पेक्ट्रा। c यन्त्रस्य SP वक्रम् (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au)। d EQE स्पेक्ट्रम तथा Jsc EQE स्पेक्ट्रम अत्यन्तं कुशलयन्त्रात् एकीकृतम्। d Voc चित्रे पेरोव्स्काइट्-यन्त्रस्य प्रकाशतीव्रतायां निर्भरता । f ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au स्वच्छछिद्रयन्त्रस्य उपयोगेन विशिष्टं MKRC विश्लेषणम्। VTFL अधिकतमः जालपूरणवोल्टेजः अस्ति । एतेभ्यः दत्तांशेभ्यः वयं जालघनत्वं (Nt) गणितवन्तः । स्रोतदत्तांशः स्रोतदत्तांशसञ्चिकारूपेण प्रदत्तः भवति ।
उपकरणस्य कार्यक्षमतायाः उपरि सीसा-ऑक्सालेट्-स्तरस्य प्रभावस्य अध्ययनार्थं पारम्परिकस्य FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au सम्पर्कसंरचनायाः उपयोगः कृतः वयं उत्तमयन्त्रप्रदर्शनं प्राप्तुं मिथाइलमाइन् हाइड्रोक्लोराइड् (MACl) इत्यस्य स्थाने पेरोव्स्काइट् पूर्ववर्तीयां फॉर्मामिडिनक्लोराइड् (FACl) इत्यस्य उपयोगं कुर्मः, यतः FACl उत्तमं स्फटिकगुणवत्तां प्रदातुं शक्नोति तथा च FAPbI335 इत्यस्य बैण्डगैपं परिहरितुं शक्नोति (विस्तृततुलनार्थं पूरकचित्रं 1 तथा 2 पश्यन्तु)। ). १२-१४) इति । IPA इत्यस्य चयनं प्रतिविलायकरूपेण कृतम् यतः एतत् डायथिल ईथर (DE) अथवा क्लोरोबेन्जीन् (CB)36 इत्यस्य तुलने पेरोव्स्काइट् चलच्चित्रेषु उत्तमं स्फटिकगुणवत्तां प्राधान्यं च प्रदाति (पूरकचित्रं १५ तथा १६) PbC2O4 इत्यस्य मोटाई ऑक्सालिक अम्लसान्द्रतां समायोजयित्वा दोषनिष्क्रियीकरणं आभारपरिवहनं च सम्यक् संतुलितं कर्तुं सावधानीपूर्वकं अनुकूलितं कृतम् (पूरकचित्रं 17)। अनुकूलितनियन्त्रणस्य तथा LOS उपकरणानां क्रॉस-सेक्शनल SEM चित्राणि पूरकचित्रे 18 दर्शितानि सन्ति नियन्त्रणस्य LOS उपकरणानां च विशिष्टधाराघनत्व (CD) वक्राणि चित्रे 4c दर्शितानि सन्ति, तथा च निष्कासितमापदण्डाः पूरकसारणी 3 मध्ये दत्ताः सन्ति अधिकतमशक्तिरूपान्तरणदक्षता (PCE) नियन्त्रणकोशिका 23.43% (22.94%), Jsc २५.७५ एमए से.मी.-२ (२५.७४ एमए से.मी.-२), Voc १.१६ वी (१.१६ वी) तथा रिवर्स (अग्रे) स्कैन् । पूरणकारकं (FF) ७८.४०% (७६.६९%) अस्ति । अधिकतमं PCE LOS PSC 25.39% (24.79%), Jsc 25.77 mA cm-2, Voc 1.18 V, FF 83.50% (81.52%) विपरीततः (forward Scan to) अस्ति । एलओएस-यन्त्रेण विश्वसनीयतृतीयपक्षस्य प्रकाशविद्युत्प्रयोगशालायां २४.९२% प्रमाणितं प्रकाशविद्युत्प्रदर्शनं प्राप्तम् (पूरकचित्रम् १९) बाह्य क्वाण्टमदक्षता (EQE) क्रमशः 24.90 mA cm-2 (नियन्त्रण) तथा 25.18 mA cm-2 (LOS PSC) इत्यस्य एकीकृतं Jsc दत्तवती, यत् मानक AM 1.5 G स्पेक्ट्रम् (चित्र .4d) इत्यस्मिन् मापितेन Jsc इत्यनेन सह उत्तमसमझौते आसीत् ) . नियन्त्रणस्य तथा LOS PSCs कृते मापितानां PCEs इत्यस्य सांख्यिकीयवितरणं पूरकचित्रे 20 दर्शितम् अस्ति।
यथा चित्रे 4e दर्शितं, जालसहायकपृष्ठपुनर्संयोजने PbC2O4 इत्यस्य प्रभावस्य अध्ययनार्थं Voc तथा प्रकाशतीव्रतायोः सम्बन्धस्य गणना कृता LOS-यन्त्रस्य कृते फिट्-रेखायाः प्रवणता 1.16 kBT/sq भवति, यत् नियन्त्रण-यन्त्रस्य कृते फिट्-रेखायाः प्रवणात् (1.31 kBT/sq) न्यूनं भवति, येन पुष्टिः भवति यत् LOS-इत्येतत् प्रलोभनैः पृष्ठ-पुनर्संयोजनं निरोधयितुं उपयोगी भवति वयं चित्रे दर्शितवत् छेदयन्त्रस्य (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) गहरे IV विशेषतां मापयित्वा पेरोव्स्काइट्-चलच्चित्रस्य दोषघनत्वं परिमाणात्मकरूपेण मापनार्थं स्पेस चार्ज करंट लीमिटिंग (SCLC) प्रौद्योगिक्याः उपयोगं कुर्मः। ४च दर्शयतु । जालघनत्वस्य गणना Nt = 2ε0εVTFL/eL2 इति सूत्रेण भवति, यत्र ε पेरोव्स्काइट्-पटलस्य सापेक्षिक-अविद्युत्-स्थिरांकः, ε0 वैक्यूमस्य अवरोधक-स्थिरांकः, VTFL जालस्य पूरणार्थं सीमित-वोल्टेजः, e आवेशः, L पेरोव्स्काइट्-पटलस्य मोटाई (650 nm) अस्ति VOC-यन्त्रस्य दोषघनत्वं १.४५० × १०१५ से.मी.–३ इति गण्यते, यत् नियन्त्रणयन्त्रस्य दोषघनत्वात् न्यूनं भवति, यत् १.७९५ × १०१५ से.मी.–३ भवति
अपैकेजकृतस्य यन्त्रस्य दीर्घकालीनप्रदर्शनस्थिरतायाः परीक्षणार्थं नाइट्रोजनस्य अधीनं पूर्णदिवसप्रकाशे अधिकतमशक्तिबिन्दौ (MPP) परीक्षणं कृतम् (चित्रम् ५ क) ५५० घण्टानां अनन्तरं अपि LOS-यन्त्रं स्वस्य अधिकतमदक्षतायाः ९२% भागं धारयति स्म, यदा तु नियन्त्रणयन्त्रस्य कार्यक्षमता मूलप्रदर्शनस्य ६०% यावत् न्यूनीभूता आसीत् पुरातनयन्त्रे तत्त्वानां वितरणं उड्डयनसमयस्य द्वितीयकआयनद्रव्यमानवर्णक्रममापनेन (ToF-SIMS) (चित्रम् ५ख, ग) मापितं उपरितनसुवर्णनियन्त्रणक्षेत्रे आयोडीनस्य बृहत् सञ्चयः दृश्यते । अक्रियवायुसंरक्षणस्य परिस्थितयः आर्द्रता, आक्सीजन इत्यादीनां पर्यावरणक्षयकारकाणां बहिष्कारं कुर्वन्ति, येन आन्तरिकतन्त्राणि (अर्थात् आयनप्रवासः) उत्तरदायी इति सूचितं भवति ToF-SIMS परिणामानुसारं Au विद्युत्कोशे I- तथा AuI2- आयनानि ज्ञातानि, येन पेरोव्स्काइट् तः Au मध्ये I इत्यस्य प्रसारः सूचितः । नियन्त्रणयन्त्रे I- तथा AuI2- आयनानां संकेततीव्रता VOC नमूनायाः अपेक्षया प्रायः १० गुणाधिका भवति । पूर्वप्रतिवेदनेषु ज्ञातं यत् आयनपारगमनेन स्पाइरो-OMeTAD इत्यस्य छिद्रचालकतायां तीव्रगत्या न्यूनता भवति तथा च शीर्षविद्युत्स्तरस्य रासायनिकजंगः भवति, येन यन्त्रे अन्तरफलकसंपर्कः क्षीणः भवति37, Au विद्युत्कोशं निष्कास्य स्पाइरो-OMeTAD स्तरं क्लोरोबेन्जीन-विलयनेन उपधातुतः स्वच्छं कृतम् । ततः वयं चराई-प्रकोप-एक्स-रे-विवर्तनस्य (GIXRD) (चित्रम् 5d) इत्यस्य उपयोगेन चलचित्रस्य लक्षणं कृतवन्तः । परिणामेषु ज्ञायते यत् नियन्त्रणपटलस्य ११.८° इत्यत्र स्पष्टं विवर्तनशिखरं भवति, यदा तु LOS नमूने नूतनं विवर्तनशिखरं न दृश्यते । परिणामेषु ज्ञायते यत् नियन्त्रणपटलस्य I आयनानां बृहत् हानिः δ चरणस्य जननं करोति, यदा तु LOS चलच्चित्रे एषा प्रक्रिया स्पष्टतया निरुद्धा भवति
नाइट्रोजनवातावरणे असीलयुक्तस्य उपकरणस्य ५७५ घण्टानां निरन्तरं एमपीपी-निरीक्षणं तथा च यूवी-छिद्रकं विना १ सूर्यप्रकाशः । LOS MPP नियन्त्रणयन्त्रे तथा वृद्धावस्थायाः उपकरणे b I- तथा c AuI2- आयनानां ToF-SIMS वितरणम्। पीतस्य, हरितस्य, नारङ्गस्य च छायाः Au, Spiro-OMeTAD, पेरोव्स्काइट् इत्येतयोः अनुरूपाः सन्ति । d एमपीपी परीक्षणस्य अनन्तरं पेरोव्स्काइट् फिल्मस्य GIXRD। स्रोतदत्तांशः स्रोतदत्तांशसञ्चिकारूपेण प्रदत्तः भवति ।
PbC2O4 आयनप्रवासं निरुद्धं कर्तुं शक्नोति इति पुष्टिं कर्तुं तापमाननिर्भरचालकता मापिता (पूरकचित्रम् २१) । आयनप्रवासस्य सक्रियीकरणशक्तिः (Ea) FAPbI3-चलच्चित्रस्य चालकतायां परिवर्तनं (σ) भिन्न-तापमानयोः (T) मापनेन तथा च Nernst-Einstein-सम्बन्धस्य उपयोगेन निर्धारितं भवति: σT = σ0exp(−Ea/kBT), यत्र σ0 एकः स्थिरांकः अस्ति, kB इति Boltzmann स्थिरांकः अस्ति वयं ln(σT) वर्सेस् 1/T इत्यस्य प्रवणात् Ea इत्यस्य मूल्यं प्राप्नुमः, यत् नियन्त्रणस्य कृते 0.283 eV, LOS उपकरणस्य कृते 0.419 eV च भवति ।
सारांशेन, वयं FAPbI3 पेरोव्स्काइट् इत्यस्य अपघटनमार्गस्य पहिचानाय सैद्धान्तिकरूपरेखां प्रदामः तथा च α-δ चरणसंक्रमणस्य ऊर्जाबाधायां विविधदोषाणां प्रभावः। एतेषु दोषेषु VI दोषाः सैद्धान्तिकरूपेण α तः δ यावत् चरणसंक्रमणं सहजतया जनयन्ति इति पूर्वानुमानं भवति । I रिक्तस्थानानां निर्माणं I आयनानां प्रवासनं च निरुध्य FAPbI3 इत्यस्य α-चरणं स्थिरीकर्तुं PbC2O4 इत्यस्य जल-अविलयनशीलं रासायनिकरूपेण स्थिरं च सघनस्तरं प्रवर्तते एषा रणनीतिः अन्तरफलकीय-अविकिरणीय-पुनर्संयोजनं महत्त्वपूर्णतया न्यूनीकरोति, सौरकोशिकानां दक्षतां २५.३९% यावत् वर्धयति, परिचालनस्थिरतायां च सुधारं करोति अस्माकं परिणामाः दोष-प्रेरितं α तः δ चरणसंक्रमणं निरुद्ध्य कुशलं स्थिरं च फॉर्मामिडिन पीएससी प्राप्तुं मार्गदर्शनं प्रददति।
सिग्मा-एल्ड्रिच् इत्यस्मात् टाइटेनियम(IV) आइसोप्रोप्रोक्साइड् (TTIP, 99.999%) क्रीतवान् । हाइड्रोक्लोरिक अम्लम् (HCl, 35.0–37.0%), इथेनॉल (निर्जलीय) च ग्वाङ्गझौ रसायन उद्योगात् क्रीतवान् । SnO2 (15 wt% tin(IV) oxide colloidal dispersion) इत्येतत् Alfa Aesar इत्यस्मात् क्रीतम् । सीसा(II) आयोडाइड् (PbI2, 99.99%) टीसीआई शङ्घाई (चीन) इत्यस्मात् क्रीतवान् । फॉर्मामिडिन आयोडाइड (FAI, ≥99.5%), फॉर्मेमिडिन क्लोराइड (FACl, ≥99.5%), मिथाइलमाइन हाइड्रोक्लोराइड (MACl, ≥99.5%), 2,2′,7,7′-टेट्राकिस्-(N , N-di-p) )-मेथोक्सीनिलिन)-9,9′-spirobifluorene (Spiro-OMeTAD, ≥99.5%), लिथियम बिस् (ट्राइफ्लोरोमेथेन)सल्फोनिलिमाइड (Li-TFSI, 99.95%), 4-tert -butylpyridine (tBP, 96%) Xi'an Polymer Light Technology Company (China) इत्यस्मात् क्रीतवान् एन, एन-डाइमिथाइलफॉर्मामाइड (DMF, 99.8%), डाइमिथाइल सल्फोक्साइड (DMSO, 99.9%), आइसोप्रोपाइल अल्कोहल (IPA, 99.8%), क्लोरोबेन्जीन (CB, 99.8%), एसीटोनिट्राइल (ACN)। सिग्मा-एल्ड्रिच् इत्यस्मात् क्रीतम्। आक्सालिक अम्लम् (H2C2O4, 99.9%) मैक्लिन इत्यस्मात् क्रीतम् । अन्येषां परिवर्तनं विना सर्वाणि रसायनानि यथा प्राप्तानि तथा उपयुज्यन्ते स्म ।
ITO अथवा FTO सब्सट्रेट्स् (1.5 × 1.5 cm2) क्रमशः 10 मिन्ट् यावत् डिटर्जेन्ट्, एसीटोन, इथेनॉल इत्यनेन अल्ट्रासोनिकरूपेण स्वच्छं कृत्वा ततः नाइट्रोजनधारायां शुष्कं कृतम् 500 °C मध्ये 60 मिन्ट् यावत् निक्षेपिते इथेनॉल (1/25, v/v) इत्यस्मिन् टाइटेनियम डाइआइसोप्रोपोक्सीबिस्(एसिटाइलएसिटोनेट्) इत्यस्य घोलस्य उपयोगेन FTO सब्सट्रेटस्य उपरि सघन TiO2 अवरोधकस्तरं निक्षिप्तम्। SnO2 कोलाइडयनप्रसारं विआयनीकृतजलेन सह १:५ आयतनानुपातेन क्षीणं कृतम् । २० मिनिट् यावत् पराबैंगनी ओजोन इत्यनेन उपचारिते स्वच्छे उपस्तरणे SnO2 नैनोकणानां पतलीपटलं ३० सेकेण्ड् यावत् ४००० आरपीएम इत्यत्र निक्षिप्तं ततः १५० °C मध्ये ३० निमेषपर्यन्तं पूर्वतापितम् पेरोव्स्काइट् पूर्ववर्ती विलयनस्य कृते DMF/DMSO (15/1) मिश्रितविलायके 275.2 mg FAI, 737.6 mg PbI2 तथा FACl (20 mol%) विलीनीकरणम् अभवत् । पेरोव्स्काइट् परतं UV-ओजोन-उपचारितस्य SnO2 स्तरस्य उपरि 40 μL पेरोव्स्काइट् पूर्ववर्ती घोलस्य उपरि 5000 rpm पर परिवेशवायुः 25 s यावत् अपकेन्द्रीकरणं कृत्वा निर्मितम् अन्तिमवारं ५ सेकेण्ड् अनन्तरं ५० μL MACl IPA घोल (४ mg/mL) शीघ्रं प्रतिविलायकरूपेण उपधातुः उपरि पातितम् । ततः, नवनिर्मितानि पटलानि १५०°C मध्ये २० मिन्ट् यावत् ततः १००°C मध्ये १० मिन्ट् यावत् एनील् कृताः । पेरोव्स्काइट्-पटलं कक्षतापमानं यावत् शीतलीकरणानन्तरं पेरोव्स्काइट्-पृष्ठं निष्क्रियं कर्तुं H2C2O4-विलयनं (1, 2, 4 mg 1 mL IPA-मध्ये विलीनम्) 4000 rpm-इत्यनेन 30 s यावत् अपकेन्द्रीकरणं कृतम् 72.3 mg spiro-OMeTAD, 1 ml CB, 27 μl tBP तथा 17.5 μl Li-TFSI (1 ml एसीटोनिट्राइलमध्ये 520 mg) मिश्रयित्वा निर्मितं spiro-OMeTAD घोलं 30 s अन्तः 4000 rpm इत्यत्र चलच्चित्रे स्पिन-लेपितम् अन्ते 100 nm मोटी Au स्तरं 0.05 nm/s (0~1 nm), 0.1 nm/s (2~15 nm) तथा 0.5 nm/s (16~100 nm) इत्यस्य दरेन वैक्यूमे वाष्पीकरणं कृतम् ).
पेरोव्स्काइट् सौरकोशिकानां एससी-प्रदर्शनस्य मापनं सौर-सिमुलेटर-प्रकाशन (SS-X50) इत्यस्य अन्तर्गतं केथ्ले २४०० मीटर् इत्यस्य उपयोगेन १०० मेगावाट्/से.मी. अन्यथा न उक्तं यावत्, SP वक्राणां मापनं नाइट्रोजन-पूरितदस्तानापेटिकायां कक्षतापमाने (~25°C) अग्रे तथा विपरीत-स्कैन-मोडेषु (वोल्टेज-चरणं 20 mV, विलम्बसमयः 10 ms) कृतम् मापितस्य पीएससी कृते ०.०६७ से.मी.२ प्रभावी क्षेत्रं निर्धारयितुं छायामास्कस्य उपयोगः कृतः । EQE मापनं परिवेशवायुमध्ये PVE300-IVT210 प्रणाली (Industrial Vision Technology(s) Pte Ltd) इत्यस्य उपयोगेन कृतम् यत्र एकवर्णीयप्रकाशः उपकरणे केन्द्रितः आसीत् उपकरणस्थिरतायाः कृते गैर-कैप्सूलयुक्तसौरकोशिकानां परीक्षणं नाइट्रोजनदस्तानपेटिकायां 100 mW/cm2 दबावे UV-छिद्रकं विना कृतम् ToF-SIMS इत्यस्य मापनं PHI nanoTOFII time-of-flight SIMS इत्यस्य उपयोगेन भवति । 400×400 μm क्षेत्रफलयुक्तस्य 4 kV Ar आयनबन्दूकस्य उपयोगेन गभीरताप्रोफाइलिंग् प्राप्तम् ।
एक्स-रे प्रकाश इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) मापनं Thermo-VG Scientific system (ESCALAB 250) इत्यस्मिन् 5.0 × 10–7 Pa इत्यस्य दबावे मोनोक्रोमैटाइज्ड Al Kα (XPS मोड कृते) इत्यस्य उपयोगेन कृतम् आसीत्।स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) JEOL-JSM-6330F प्रणाल्यां कृतम्। पेरोव्स्काइट्-चलच्चित्रेषु पृष्ठीय-आकृतिविज्ञानं, रूक्षता च परमाणुबल-सूक्ष्मदर्शनस्य (AFM) (Bruker Dimension FastScan) इत्यस्य उपयोगेन मापिता । STEM तथा HAADF-STEM इत्येतयोः आयोजनं FEI Titan Themis STEM इत्यत्र भवति । UV–Vis अवशोषण स्पेक्ट्राणां मापनं UV-3600Plus (Shimadzu Corporation) इत्यस्य उपयोगेन कृतम् । स्पेस चार्ज लिमिटिङ्ग् करण्ट् (SCLC) इत्यस्य अभिलेखः केथ्ले २४०० मीटर् इत्यत्र कृतः । वाहकजीवनकालस्य क्षयस्य स्थिर-स्थिति-प्रकाश-प्रकाश-प्रकाश (PL) तथा समय-समाधान-प्रकाश-प्रकाश-प्रकाश (TRPL) FLS 1000 प्रकाश-प्रकाश-स्पेक्ट्रोमीटर् इत्यस्य उपयोगेन मापनं कृतम् पीएल मानचित्रणप्रतिमानां मापनं Horiba LabRam Raman system HR Evolution इत्यस्य उपयोगेन कृतम् । थर्मो-फिशर निकोलेट् एनएक्सआर ९६५० प्रणाल्याः उपयोगेन फूरियररूपान्तरणं अवरक्तवर्णक्रमदर्शनं (FTIR) कृतम् ।
अस्मिन् कार्ये वयं α-चरणात् δ-चरणपर्यन्तं चरणसंक्रमणमार्गस्य अध्ययनार्थं SSW मार्गनमूनाकरणपद्धतेः उपयोगं कुर्मः । SSW पद्धत्या सम्भाव्य ऊर्जापृष्ठस्य गतिः यादृच्छिकमृदुगुणस्य (द्वितीयव्युत्पन्नस्य) दिशि निर्धारितं भवति, यत् सम्भाव्य ऊर्जापृष्ठस्य विस्तृतं वस्तुनिष्ठं च अध्ययनं कर्तुं शक्नोति अस्मिन् कार्ये ७२-परमाणु-सुपरसेल-उपरि मार्ग-नमूनाकरणं क्रियते, तथा च DFT-स्तरस्य १०० तः अधिकाः प्रारम्भिक/अन्तिम-स्थितिः (IS/FS) युग्माः एकत्रिताः भवन्ति IS/FS युग्मरूपेण दत्तांशसमूहस्य आधारेण प्रारम्भिकसंरचनायाः अन्तिमसंरचनायाः च संयोजनं कुर्वन् मार्गः परमाणुनां मध्ये पत्राचारेण सह निर्धारयितुं शक्यते, ततः चर-एककपृष्ठस्य सह द्विपक्षीय-गतिः संक्रमण-स्थिति-विधिं सुचारुतया निर्धारयितुं उपयुज्यते (VK-DESV) इति । संक्रमणावस्थायाः अन्वेषणानन्तरं ऊर्जाबाधानां श्रेणीनिर्धारणेन न्यूनतमबाधायुक्तः मार्गः निर्धारयितुं शक्यते ।
सर्वाणि DFT गणनानि VASP (संस्करणं 5.3.5) इत्यस्य उपयोगेन कृताः, यत्र C, N, H, Pb, I परमाणुनां इलेक्ट्रॉन–आयनपरस्परक्रियाः प्रक्षेपितायाः प्रवर्धिततरङ्गस्य (PAW) योजनायाः प्रतिनिधित्वं कुर्वन्ति विनिमयसहसंबन्धकार्यं पेर्ड्यू-बर्के-एर्न्जेर्होफ् पैरामीटराइजेशनमध्ये सामान्यीकृत-ढालसन्निकर्षेण वर्णितम् अस्ति । विमानतरङ्गानाम् ऊर्जासीमा ४०० eV इति निर्धारिता आसीत् । Monkhorst–Pack k-बिन्दुजालस्य आकारः (2 × 2 × 1) भवति । सर्वेषां संरचनानां कृते जाली तथा परमाणुस्थानानि पूर्णतया अनुकूलिताः आसन् यावत् अधिकतमतनावघटकः 0.1 GPa तः न्यूनः आसीत् तथा च अधिकतमबलघटकः 0.02 eV/Å तः न्यूनः नासीत् पृष्ठीयप्रतिरूपे FAPbI3 इत्यस्य पृष्ठभागे ४ स्तराः सन्ति, अधः स्तरस्य FAPbI3 इत्यस्य शरीरस्य अनुकरणं कुर्वन्तः नियतपरमाणुः सन्ति, तथा च उपरितनत्रयस्तराः अनुकूलनप्रक्रियायाः समये स्वतन्त्रतया गन्तुं शक्नुवन्ति PbC2O4 स्तरः 1 ML मोटः भवति तथा च FAPbI3 इत्यस्य I-अन्तपृष्ठे स्थितः अस्ति, यत्र Pb 1 I तथा 4 O इत्यनेन सह बद्धः भवति ।
अध्ययनस्य डिजाइनस्य विषये अधिकाधिकजानकारीं प्राप्तुं अस्मिन् लेखेन सह सम्बद्धं प्राकृतिकं पोर्टफोलियो प्रतिवेदनसारं पश्यन्तु ।
अस्मिन् अध्ययने प्राप्ताः अथवा विश्लेषिताः सर्वे दत्तांशाः प्रकाशितलेखे, तथैव समर्थनसूचनासु कच्चादत्तांशसञ्चिकासु च समाविष्टाः सन्ति । अस्मिन् अध्ययने प्रस्तुताः कच्चाः आँकडा: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440 इत्यत्र उपलभ्यन्ते । अस्य लेखस्य कृते स्रोतदत्तांशः प्रदत्तः अस्ति ।
ग्रीन, एम. एट अल. सौर कोशिका दक्षता सारणी (57th ed.). कार्यक्रम। प्रकाशविद्युत्। संसाधनम् । अनुप्रयोगः। 29, 3–15 (2021) .
पार्कर जे एट अल. वाष्पशील-आल्काइल-अमोनियम-क्लोराइड्-इत्यस्य उपयोगेन पेरोव्स्काइट्-स्तरस्य वृद्धिं नियन्त्रयितुं । प्रकृति 616, 724-730 (2023).
झाओ वाई इत्यादि। निष्क्रिय (PbI2)2RbCl उच्च-दक्षतायुक्तानां सौरकोशिकानां कृते पेरोव्स्काइट्-चलच्चित्रं स्थिरं करोति । विज्ञान 377, 531-534 (2022).
तान, के इत्यादि। डाइमिथाइलएक्रिडिनिल डोपन्टस्य उपयोगेन उल्टा पेरोव्स्काइट सौरकोशिका। प्रकृति, 620, 545-551 (2023).
हान, के इत्यादि। एकलस्फटिकीय फॉर्मामिडिन सीसा आयोडाइड (FAPbI3): संरचनात्मक, प्रकाशीय तथा विद्युत गुणों के अन्वेषण। क्रियाविशेषण। मट्ट्. 28, 2253-2258 (2016).
Massey, S. इत्यादीनि। FAPbI3 तथा CsPbI3 इत्यस्मिन् कृष्णवर्णीयपेरोव्स्काइटचरणस्य स्थिरीकरणम्। एके एस ऊर्जा संचार। 5, 1974–1985 (2020) ई.
त्वं, जे जे, इत्यादयः। उन्नतवाहकप्रबन्धनद्वारा कुशलाः पेरोव्स्काइटसौरकोशिकाः। प्रकृति 590, 587-593 (2021).
सलिबा एम. एट अल. पेरोव्स्काइट् सौरकोशिकासु रुबिडियम कैटशियमस्य समावेशः प्रकाशविद्युत्प्रदर्शने सुधारं करोति । विज्ञान 354, 206-209 (2016).
सलिबा एम. एट अल. त्रि-कटियन पेरोव्स्काइट सीजियम सौरकोशिका: स्थिरता, पुनरुत्पादनक्षमता, उच्चदक्षता च उन्नता। ऊर्जा वातावरण। विज्ञानम् । 9, 1989–1997 (2016)।
Cui X. इत्यादि। उच्च-प्रदर्शन-पेरोव्स्काइट-सौर-कोशिकासु FAPbI3 चरण-स्थिरीकरणस्य हाले प्रगतिः Sol. आर आर एल 6, 2200497 (2022).
डेलागेट्टा एस एट अल. मिश्रित हैलाइड कार्बनिक-अकार्बनिक पेरोव्स्काइट्स के तर्कसंगत प्रकाशप्रेरित चरण पृथक्करण। नट् । तरुत्वच्। ८, २०० (२०१७) ।
Slotcavage, डी जे एट अल। हैलाइड पेरोव्स्काइट अवशोषकेषु प्रकाश-प्रेरितं चरणपृथक्करणम् । एके एस ऊर्जा संचार। 1, 1199–1205 (2016) .
चेन, एल इत्यादि। फॉर्मेमिडिन सीसा ट्रायआयोडाइड पेरोव्स्काइट एकस्फटिकस्य आन्तरिकचरणस्थिरता तथा आन्तरिकबैण्डगैप। अञ्जिवः । रासायनिक । अन्तर्राष्ट्रीयता। एड. 61. ई202212700 (2022).
Duinsti, EA इत्यादयः मिथाइलीनडायअमोनियमस्य अपघटनं तथा च सीसा ट्रायआयोडाइड फॉर्मामिडिनस्य चरणस्थिरीकरणे तस्य भूमिकां अवगच्छन्तु। जे रसायनम् । कुतिया। 18, 10275-10284 (2023) .
लु, एच जे डी एट अल। कृष्णा पेरोव्स्काइट सौरकोशिकानां कुशलं स्थिरं च वाष्पनिक्षेपणं FAPbI3. विज्ञान 370, 74 (2020).
डोहर्टी, टीएएस इत्यादयः स्थिराः झुकावः अष्टफलकाः हैलाइड् पेरोव्स्काइट् सीमितलक्षणयुक्तचरणस्य स्थानीयनिर्माणं दमनं कुर्वन्ति । विज्ञान 374, 1598-1605 (2021).
हो, के इत्यादि। आर्द्रतायाः प्रकाशस्य च प्रभावेण फॉर्मामिडिन-कणानां तथा सीजियम-सीसा-आयोडाइड-पेरोव्स्काइट्-योः परिवर्तनस्य अपघटनस्य च तन्त्राणि । एके एस ऊर्जा संचार। 6, 934-940 (2021) .
झेंग जे एट अल। α-FAPbI3 पेरोव्स्काइट सौरकोशिकानां कृते छद्महैलाइड आयनानां विकासः। प्रकृति 592, 381-385 (2021).