在钙钛矿太阳能电池中均质的平面外阳离子组成

2025-06-22 17:43来源:本站

  碘化铅(PBI2,99.999%),溴化铅(PBBR2,99.999%),碘化葡萄(CSI,99.999%),BIS(三氟甲烷)磺胺酰亚胺)锂盐(li-tfsi,li-tfsi,99.95%)和4-terdrydrylydry sigma sigma sigma sigma碘化甲基氨基氨基,甲基铵(MA)溴和氯化甲基甲基(MACL)通过反应相等量的摩尔量甲米丁(FA)乙酸盐(FA)和甲胺酒精溶液与相应的卤素酸33合成。根据补充信息中提到的方法在实验室中合成了PSP。PTAA,2,2',7,7'-Tetrakis [n,n-di(4-甲氧基苯基)氨基] -9,9'-spirobifluorene(spiro-optad)和BCP购自Lumtec。TIN(IV)氧化物(SNO2,H2O胶体分散剂中的15%)购自Alfa Aesar。富勒烯(C60)购自纳米-C。实验中使用的所有溶剂,包括N,N-二甲基甲酰胺(99.8%),二甲基磺代(无水,99.9%),氯苯(氯苯(无水,99.8%),乙腈(99.9%)(99.9%)和异丙基酒精(Androus)(99.8%),SIGMA中购买。所有化学物质均被接收到没有任何进一步纯化的情况下。

  通过溶解FAPBI3(1.71 m)粉末和CSPBI3粉末(0.09 m)中的钙钛矿前体溶液在溶剂二甲基甲酰胺和二甲基亚氧化二甲基(8:1 v/v)的混合物中制备。添加了0.5%MAPBBR3粉末,7.2%PBI2和30%MACL以摩尔比以增加结晶34。对于具有PSP代理的溶液,将PSP粉末直接添加到具有不同浓度的钙钛矿前体溶液中。将PSP在1.2、2.4和4.8 mg ml-1中添加到钙钛矿前体中以进行比较(分别为PSP-1.2,PSP-2.4和PSP-4.8)。在室温下剧烈摇动所获得的前体超过3小时。最后,在使用前,通过0.22μm聚氟乙烯过滤器对钙钛矿前体溶液进行过滤。

  具有P – I -N配置的设备如下制造。通过在洗涤剂,去离子水,丙酮和异丙醇中分别进行15分钟的顺序超声处理,通过顺序超声化清洁了预添加的ITO涂层玻璃底物(每平方7Ω)。将清洁的底物在干净的N2流下干燥,然后在60°C的烤箱中进一步干燥过夜。在沉积孔传输层之前,将底物暴露于氧血浆清洁剂5分钟中,然后立即转移到N2手套箱中以进行休息沉积。将PTAA溶液(2.5 mg ml-1溶解在氯苯中)以6,000 rpm旋转到底物上30 s,然后在100°C下退火15分钟。通过以1,000 rpm的1,000 rpm对过滤的前体溶液的一步自旋涂层为10 s和4,000 rpm的钙钛矿层沉积,为40 s。然后在结束前15 s迅速将200μl氯苯迅速掉落到旋转底物的中心。该膜在100°C立即退火30分钟。冷却至室温后,将100μl碘化苯乙胺或碘化铵溶液(5 mg ml-1)动态涂覆在3,000 rpm的钙钛矿膜上30 s,然后在100°C下进行100°C退火5分钟。在高空室(7×10-5 pa)中,在顺序的热蒸发(30 nm,0.1ÅS-1),BCP(7 nm,0.1ÅS-1)和Ag(100 nm,0.2ÅS-1)之后,完成了装置制造。请注意,所有设备制造的程序均在氮手套箱(O2和H2O小于0.1 ppm)中进行。

  具有N – I -P配置的设备如下制造。在对ITO底物进行了相同的预处理后,将胶体分散液中的SNO2(用1:4 V/V稀释,用去离子H2O稀释)以3,000 rpm的速度旋转到底物上30 s,并在空气中依次在180°C下在180°C下依次退火(35%的相对湿度)。钙钛矿膜沉积的过程与P – I -N设备的过程相同。在氯苯(1 mL)中混合螺旋 - 氨基甲基(91 mg)和4-TERT叔丁基吡啶(36μL),准备30分钟的孔传输材料溶液。将Li-TFSI(23μl,520 mg ml-1在乙腈中)被掺杂以提高其电导率。将50μl的孔传输材料溶液在3,000 rpm的3,000 rpm中动态旋转在氮气填充的手套箱中30 s。最后,金电极(100 nm,0.2ÅS -1)通过热蒸发沉积。

  使用Xenon灯的太阳能模拟器(Enlitech SS-F5-3A,AAA类)和源表(Keithley 2400)进行J-V测量。通过标准硅细胞(可追溯到NREL,SRC-2020)校准模拟的AM 1.5G辐射(100 MW cm-2)。用金属面罩的面积为7.485 mm2,测量太阳能电池,以准确定义活性区域。扫描速率为0.2 V s -1,将电压从-0.2到1.3 V,电压步骤为20 mV。在N2手套箱中制造后立即测量所有设备。IPCE在A.C.基于Xenon灯的系统(Newport TLS260-300X)上的模式。扫描范围从300到1,000 nm。使用由源表(Keithley 2400),校准的SI光电二极管(FDS-100-CAL,Thorlabs),Pico-AmmAmmeter(4140B,Agilent,Agilent)和校准的光纤分光光灯(UVNET)组成的校准SI光电二极管(FDS-100-CAL),使用校准的Si Photodiode(FDS-100-CAL,Thorlabs)组成的自制机制的GONIOMETOM设置以N2的LED模式进行测量。LED设备和光电探测器之间的距离为59.5毫米。

  在稳定性测试中,使用强度为100 mW cm-2的自制基于LED的太阳能模拟器用作照明源。最大功率点的跟踪是在N2中进行的。使用鼓风机来确保设备处于恒定温度。自制系统用于获取持续的功率演变。用环氧树脂封装了湿加热测试的设备。将AG电极替换为AU,并从设备中取出BCP。在定制的老化盒中进行了潮湿的热测试和热循环测试。温度和湿度的精度分别低于±1°C和±5%。在N2冷却大约30分钟后,在J-V扫描中定期进行潮湿热测试。热循环测试是通过在稳定温度后反复执行J -V表征进行的。

  请注意,除非另有说明,否则所有测量结果均以FA0.95CS0.05PBI3的钙钛矿配方进行。使用ITO/PTAA/Perovskite/PTAA/CU堆栈制备样品,其中使用了更高浓度的PTAA溶液(氯苯中的30 mg ml -1)和热蒸发的铜(200 nm,0.2ÅS -1)。钙钛矿膜上厚的PTAA和铜层可以保护样品免受铣削损伤35。除了没有表面钝化外,其他程序与设备制造的相同。使用聚焦离子束(FIB)设备(Thermofisher Helios 5 CX)在变薄之前,将PT和碳层沉积。通过探测系统从30 kV和3,000–30,000 pA的块样品中提取厚板,并通过探测系统焊接到Cu网格(Omniprobe Grid)上。首先将厚板在30 kV和50-1,000 pA下稀释,然后在10–30 pa的较低电流下进行。最后,样品是通过在3 kV和10–30 pa的梁淋浴后以较低的1 kV和30–50 pa的较低的稀疏来完成样品。将样品立即转移到TEM系统(Thermofisher Talos F200)中。在200 kV的加速度电压下收集了整个样品的全横截面上的高角度环形图像,并收集了高分辨率TEM图像。

  XRD和GIXRD数据是从衍射仪(SmartLab,Rigaku)中获取的,使用CuKα(λ=1.5406Å)辐射。测试是通过扫描2θ的5°–45°进行的,扫描速率为3°min -1和0.02°。GixRD测试以0.1°,0.4°,0.8°,0.8°,1°,2°,3°,3°,4°和5°的放牧入射角从钙钛矿膜的底部检测到信号。如补充信息中所述,计算了钙钛矿材料的相应穿透深度36。

  使用BI3+主梁(25 keV,1 pA)和氧溅射束(1 keV,45 Na),使用TOF-SIMS系统(TOF-SIMS 5,ION-TOF)记录沉积在ITO底物上的钙岩的深度曲线。请注意,氧气溅射枪可以帮助从钙钛矿表面驱除污染37。用完整的太阳能电池配置制备样品,用于深度依赖的光电子光谱,并具有集成的蚀刻系统(Thermofisher,Escalab XI+)。

  PB LIII EGEFS数据是在上海同步辐射设施(SSRF)的BL13SSW梁线上收集的,使用增值模式操作,其环电流为200 mA,为3.5 GEV。从多极摇摆器源的高强度X射线光子中,可以使用带有Si(111)晶体的液体冷却双晶单晶体仪获得单色X射线束。对于每个放牧的入射角,使用N2/AR混合气体填充电离室以荧光模式记录X射线吸收光谱,并分别用于荧光X射线光子,并分别用于荧光植入的平面硅(堪培拉Co.)。通过使入射X射线强度降低约30%,消除了高阶谐波污染。使用Athena Package38使用PB箔参考进行能量校准。通过标准的XAFS数据分析过程,在3.0至9.0Å-1之间的K范围内获得了K3加权PB LIII EGEFS SPECTRAK3χ(K)的傅立叶转换径向分布函数。在SSRF的BL14B1和BL17B1上进行原位Giwaxs测试。使用二维检测器(Rayonix MX300)在自旋涂层过程中以2 s的间隔捕获360帧光谱。在此实验中,自动控制氯苯滴水。

  用分光光度计(Lambda 365,Perkinelmer)获取紫外线至可见的吸收光谱。用光谱荧光计(Horiba Fluorolog-3系统)测量光致发光和时间分辨的光致发光。光致发光的激发波长为480 nm。使用532 nm激光纳米主导作为激发源测量时间分辨的光致发光。所有样品都沉积在石英玻璃上。通过扫描电子显微镜(Gemini SEM 500,Zeiss)收集形态图像。The Mott–Schottky plots were measured with an applied bias range from −0.1 to 1.2 V. The built-in potential was determined using the equation where A is the device area, C the capacitance, q the elementary charge, Vbi the built-in potential, V the applied voltage, εr the dielectric constant, ε0 the permittivity of free space and ND the carrier density.使用耗竭宽度计算。使用电化学工作站(Zahner IM6EX)在101至106 Hz的频率范围内测量电容 - 频率曲线。A.C.使用5 mV的振幅电压,D.C.将偏置保持在0 V,以避免铁电作用的影响。最终的陷阱密度是使用ω是角度频率,耗尽宽度,kb boltzmann常数和t温度计算的。在这里,其中ω0是温度t的尝试驱逐频率。

  我们工作中的所有自旋理论模拟都是通过维也纳的启动仿真软件包(VASP)v.5.4.4进行的。使用Perdew -Burke -Emzerhof功能形式的广义梯度近似来评估电子 - 电子交换和相关相互作用。投影仪增强波的方法被植入以表示核心电子(价电子)相互作用。平面波基函数的设置为550 eV。通过放松低于0.02 eV/Å的力来优化地下原子几何形状,并将能量收敛标准设置为每个细胞的值1.0×10-5 eV。使用板模型的Monkhorst – Pack网格对Brillouin区域进行采样。用20Å真空层对所有平板模型进行建模。高斯涂抹用于压力/力放松。为了更好地描述分子之间的相互作用,将范德华相互作用包括在零阻尼DFT-D3方法中。用攀岩图像弹性弹性带方法评估反应途径期间的过渡态。力的收敛标准低于0.05 eV/Å。在此计算中仅考虑了伽马点。

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