2025-06-24 12:14来源:本站
钛(IV)氯化物(TICL4,用于合成),锡(II)氯化物(SNCL2,试剂等级,98%),双锂(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(99.95%微量金属基础),TRIS(2-(1H-吡唑)-1H-pyrazol-1- ii)-4-4-4--4--4--4-- tretttriDttriD(1H)(FK209), polymethyl methacrylate (PMMA), [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), caesium chloride (99.9%), imidazolium chloride ([Im]Cl), 1,3-dimethylimidazolium chloride ([Dmim]Cl), 1-butyl-3-methylimidazolium chloride([Bmim]Cl), 1-cyanomethyl-3-methylimidazolium chloride ([Cmmim]Cl), trifluoroacetic acid (99%), molybdenum(VI) oxide (MoO3, 99.97% trace metals basis) and HCl (4 M in 1,4-dioxane) were purchased from Sigma-Aldrich.无水PEDOT:从Ossila获得了甲苯中的复杂HTL太阳能3(产品No。M125)。Tris(五氟苯基)硼烷(97%)获自上海Aladdin生化技术公司,有限公司,碘化甲基铵(MAI),MACL,MACL,Formamidinium Iodide(FAI)(FAI)和苯基氨氨基铵(Peari)(Peai)(Peai)从Greatcell Lead(Peai2)购买(PEBI)。99.99%,痕量金属基础)购自东京化学工业有限公司(TCI)。[BCMIM] CL是根据文献方法制备的33。1,3-bis(cyanomethyl)imidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([Bcmim]TFSI), 1,3-bis(cyanomethyl)imidazolium tetrafluoroborate ([Bcmim]BF4), bis(cyanomethyl)imidazolium iodide ([Bcmim]I),BIS(氰甲基甲基)咪唑己二氟磷酸([[BCMIM] pf6)和Bis(氰基甲基)硫氰酸酯([[BCMIM] SCN))是通过根据文献方法换成[BCMIM] Cl的。根据文献方法34制备了1-硫代氨基甲基甲基-3-甲基咪唑烷([C1SCNMIM] CL)。D6-DMSO(99.96%)和D7-DMF(99.50%)购自阿波罗。LICL(99%,无水)购自Acros Organics。使用Millipore Milli-Q系统纯化去离子水。所有其他溶剂(无水,> 99.9%)均从商业供应商处购买,并按照收到。
[BCMIM] Cl(18.3 mg,0.1 mmol)和PBI2(46.1 mg,0.1 mmol)在DMF(1.0 mL)中混合,并在65°C加热所得的混合物1小时。在室温下缓慢蒸发溶剂并形成晶体。通过单晶X射线衍射(SC-XRD)分析晶体。
[BCMIM] CL(18.3 mg,0.1 mmol),MAI(15.9 mg,0.1 mmol)和PBI2(46.1 mg,0.1 mmol)在DMF(1 mL)中混合,并在65°C下加热混合物,以形成1 h以形成1 h以形成黄色溶液。允许溶剂在室温和形成晶体下蒸发。通过SC-XRD分析晶体。[BCMIM] CL(18.3 mg,0.1 mmol),FAI(17.9 mg,0.1 mmol)和PBI2(46.1 mg,0.1 mmol)的反应导致相同的产物,如SC-XRD确定。
获得并测量了[BCMIM] 4PB3CL2I6·2DMF和[BCMIM] PBI3·DMF的单个,无色的棱镜形晶体。尺寸为0.42×0.07×0.04 mm3的合适晶体(对于[BCMIM] 4PB3CL2I6·2DMF)和0.40×0.05×0.04 mm3(对于[BCMIM] PBI3·DMF),选择并安装在一个超级诺夫(dif)上。在数据收集过程中,将晶体保持在T = 140.00(10)K。使用双重方法和使用Olex2 1.3(Dolomanov等,2009)用作图形界面,使用Shelxt-2018/2(Sheldrick,2015)解决方案程序解决结构。该模型使用Shelxl 2018/3(Sheldrick,2015)完善,使用F2上的Full-Matrix最小二乘最小化。
通过超声清洁,使用丙酮,异丙醇和去离子水依次清洁图案化的FTO底物(ASAHI FTO玻璃,每平方为12–13Ω),依次清洁15分钟。首先通过在0°C下将TICL4与去离子水混合,然后在5°C的冰箱中储存,制备了2 M水溶液溶液。将清洁的FTO底物浸泡在稀释的TICL4溶液中(1:20摩尔比为2 M水溶液储备溶液和去离子水),并放置在密封的玻璃容器中。然后将玻璃容器放在70°C的干燥柜中1小时。冷却后,将FTO底物用乙醇冲洗并去离子水,并在120°C退火1小时。
首先通过将SNCL2溶解在乙醇中,然后在5°C的冰箱中储存在乙醇中的2 M SNCL2储备溶液。将涂有TiO2纳米颗粒的FTO底物浸泡在玻璃容器中的稀sncl2溶液中(1:50摩尔比为2 m水溶液储备溶液和冷去离子水)。然后将玻璃容器放在70°C的干燥柜中1小时。冷却后,将FTO底物用乙醇冲洗并去离子水冲洗三遍。最后,将底物在180°C的热板上退火1小时。
通过将1 mg的PMMA和3 mg PCBM混合在1 mL氯苯中,制备PMMA:PCBM溶液。PMMA:PCBM溶液以5,000 rpm的速度旋转到SNO2@TiO2层上15 s。随后,将底物在100°C退火10分钟。
通过将CSCL(0.065 m),MAI(0.065 m),FAI(1.17 m)和PBI2(1.365 m)混合在DMF和DMSO(4:1 V/V)的溶剂混合物中制备原始的前体溶液。通过将CSCL(0.065 m),MAI(0.065 m),FAI(1.17 m),PBI2(1.365 m)和[BCMIM] CL(0.0078 m)混合在DMF和DMSE(4:1 v/v)中。通过将CSCL(0.065 m),MAI(0.065 m),FAI(1.17 m),PBI2(1.365 m)和MACL(0.26 m)混合在DMF和DMSO(4:1 V/V)的溶液混合物中。通过混合CSCL(0.065 m),MAI(0.065 m),FAI(1.17 m),PBI2(1.365 m),MACL(0.26 m)和[BCMIM] CL(0.0078 m)在DMF和DMFO(4:1 v/v)中混合,制备了目标前体溶液。然后将溶液在60°C下搅拌3小时。将PPS以1,000 rpm旋转到底物表面10 s,然后加速至4,000 rpm,持续3 s,并以此速度保持20 s。如先前报道的35所报道,底物被放置在自制的快速真空干燥设备中。泵送20 s后,获得了带有镜面表面的棕色半透明的钙钛矿膜。将新鲜的钙钛矿层在100°C下退火1小时,然后在150°C下持续10分钟。之后,通过以5,000 rpm的旋转涂层30 s,将60μl的PEAI异丙醇溶液(5 mg mL-1)沉积在钙钛矿膜上。
通过在3,000 rpm的3,000 rpm上旋转掺杂的螺旋体溶液30 s,将孔传输层沉积在钙钛矿膜上。通过溶解螺旋形(32 mg),PEDOT:复杂的HTL太阳能3(0.5 mL)和Tris(五氟苯基)硼烷(8 mg)中溶解螺旋螺旋溶液(32 mg):复杂的HTL太阳能(32 mg)。将5 nm厚的MOO3层热蒸发到螺旋形层上。随后,将100 nm厚的氧化锡(ITO)薄膜溅射到MOO3层上。最后,蒸发了由大约50 nm厚的金层组成的后电极。
在FTO玻璃上制造了具有八个子细胞的PSM,大小为6.5×7.0 cm2。模块的串联互连是通过P1,P2和P3线实现的,P1,P2和P3线使用激光涂鸦系统对波长为1,064 nm,功率为20 W(Trotec)。以60%激光功率为P1(40μm宽)的FTO底物预先展示,速度为300 mm S-1,频率为65 kHz,脉冲宽度为120 ns。SNO2@TiO2底物的准备过程,PMMA:PCBM层,Perovskite层,PEAI层和掺杂的螺旋体层与小面积设备程序相同。P2线(宽100μm)的平均激光功率为15%,速度为1,000 mm s -1,频率为65 kHz,脉冲持续时间为120 ns。依次沉积MOO3/ITO/AU层后,P3线(40μm宽)的平均激光功率为18%的平均激光功率为1,000 mm S -1的速度,频率为120 ns,频率为65 kHz。P1和P3线之间的距离约为280μm,几何填充因子约为95.74%。
如前所述进行了FTO玻璃的激光蚀刻和清洁以及通过化学浴沉积的紧凑型SNO2@TiO2电子传输层的制备。随后,将PMMA:PCBM溶液涂在SNO2@TiO2/FTO底物上,并在100°C下退火10分钟。接下来,通过将CSCL(0.04 m),MAI(0.04 m),FAI(0.72 m),PBI2(0.84 m)和MACL(0.16 m)混合在DMF/DMSO(4:1 V/V)中制备基于MACL的前体溶液。通过将CSCL(0.04 m),MAI(0.04 m),FAI(0.72 m),PBI2(0.84 m),MACL(0.16 m),[0.16 m)和[BCMIM] Cl(BCMIM] Cl(0.0048 m)混合,制备基于MACL/[BCMIM] CL的前体溶液。将钙钛矿溶液涂在PMMA上:PCBM/SNO2@TiO2/FTO底物。使用气泵法将涂层的钙钛矿液体层干燥,然后在100°C下退火1小时,并在150°C下持续10分钟。将薄膜涂在钙钛矿膜上的豌豆溶液(7:3 v/v)。在整个涂层过程中,使用N2空中刀来促进干燥。随后,将螺旋体溶液涂在钙钛矿膜上。在涂料过程中,使用N2空中刀来协助干燥。如前所述,P2线,MOO3/ITO/AU层和P3线进行了。
这些模块是由玻璃 - 玻璃封装技术封装的,结合了紫外线照明下的模块的边缘密封件(紫外线固化密封剂,三键3035b)(LED洪水灯,Delolux 20)。首先,设备的边缘是激光净化的。在65×70-mm2底物的边缘上放置了FTO和AU电极上的一个凹焊料。然后,将玻璃件(60×65 mm2)放在设备的AU层的顶部。将固定密封剂沉积在玻璃的边缘,以完全覆盖顶部玻璃件和模块之间的间隙。最后,密封剂的交联是由紫外线以最大功率的25%在杂物箱中的25%诱导的。
薄膜的相组合物的特征是XRD具有配备有CuKα辐射源的Bruker D8前进衍射仪(λ=1.5418Å)。在弹簧-8的Beamine BL46XU上进行了相互晶格空间中代表的Giwaxs模式。使用Huber衍射仪,用固定的入射角在2.0°上以固定的入射角度将样品用12.39 keV(λ=1Å)辐照样品。用2D图像检测器(Pilatus 300 K)记录了Giwaxs模式。
为了记录钙钛矿膜的结晶过程,首先将PPS旋转到FTO底物上。然后将湿的钙钛矿前体膜安装在100°C的原位加热支架上,并使用配备热阶段(LTSE420,linkam)和相机的显微镜(DM2500P,Leica)观察(Micropublisher 5.0 RTV,Qimaging)。研究了[BCMIM] Cl的0、0.2、0.6、1.0和1.4 mol%(相对于1.0 m PBI2)的PPS。
使用Malvern Instruments Ltd的Zetasizer Nano ZS粒度分析仪进行DLS的表征。用于DLS测量的PPS的浓度与设备制造中使用的PPS相当。
使用扫描电子显微镜(FEI Sirion 200)对钙钛矿膜和设备的顶部视图和横截面形态进行表征,电压为5 kV,电流为0.1 Na。
使用UV -VIS吸收分光光度计(Perkinelmer Lambda 950s)收集钙钛矿膜的吸收光谱。使用配备有单色仪和AlKα源的Versaprobe II(物理电子公司)(1,486.6 eV)进行了X射线光电子光谱测量。使用不定碳的C – C结合组件参考了频谱。
使用激光共聚拉曼光谱仪(普林斯顿仪器,Acton Standard Sers sp-2558),数字电荷耦合器件(Pixis:100B_Excelon)和488-nm激光器和一个488-nm激光器(Picoququant ldh-p-c-c-c-c-c-485,使用1%optical optical optical optical optical optical optical optical optical optical condial),使用稳态PL映射。1×1 mm2。使用时间相关的单光子计数系统(Nanofinder 30)获得膜的TRPL光谱,激发波长为480 nm。使用FLS1000光致发光光谱仪与集成球(N-M01,Edinburgh Instruments)结合使用FLS1000光致发光光谱仪,按照三步过程36获取PLQY光谱。样品在635±10 nm的波长下受到激发,并记录了700至870 nm之间的发射。
使用Oriel太阳能模拟器(450 W Xenon,AAA类)测量所有设备,配备了Keithley 2400源计,其光强度为100 mA CM -2,使用SI参考太阳能电池(KG3,Newport)校准。应用黑色金属面膜(0.06 cm2)来定义PSC的测试区域。在10 mV的扫描步骤和500毫秒的延迟时间下,以从0到1.2 V的偏置电压在正向和反向扫描模式中测量PSC。在50 mV的扫描步骤中,以从0到9.5 V的偏置电压在正向和反向扫描模式下测量PSM,并用金属掩模(27.22 cm2)测量200毫秒的延迟时间为200 ms。使用IQE-200B(Oriel)系统测量外部量子效率光谱,而没有偏置光。
使用配备有22位三角形类似物到数字转换器的电子系统测量I-V曲线。将参考Si光电二极管放在模块旁边,以记录光强度。根据ISOS-L-1协议30,使用MPP跟踪算法(AM 1.5 g,100 MW CM-2)在MPP上保持封装模块。将封装的模块放置在将其设置为65°C的热板上,以使用ISOS-L-2协议30来测量其稳定性。
将钙钛矿膜在N2手套箱中的热板上60±5°C退火,以探索其热稳定性。使用XRD跟踪更改。
最初通过以二级电子模式获得的图像来表征钙钛矿膜的表面形态。通过使用氦离子显微镜(Zeiss)使用氦束(20 keV,1 pA)扫描表面来收集图像。该过程与文献37中描述的方法一致,并产生与SEM相似的图像。将氦离子显微镜与次级离子质谱仪耦合,并使用高能量霓虹灯(NE+)原代离子束(20 keV,3 pa)获取SIMS图像。NE+梁来自与氦离子束相同的柱,但在溅射方面更有效。因此,NE+光束会产生更强的信号,使其更适合SIMS分析37。将NE+光束扫描在整个表面上诱导辅助离子的发射,这些离子是通过SIMS仪器收集,质量过滤和计数的。具有亚15 nm横向分辨率和高化学敏感性的HIM-SIMS促进了亚微米晶粒成分的识别和分化37。在512×512像素矩阵中收集了钙钛矿膜的SIMS图像,其视野为10×10-mm2(每个像素)。为了评估初始钙钛矿膜中的相位分布,我们对通过用燃气泵干燥120 s制造的膜进行了构图分析,以最大程度地减少在室温下存储之前的残留溶剂。对于最终钙钛矿膜中的相分布,将膜分为两个步骤,首先在100°C下60分钟,在150°C下进行10分钟。
使用将深度依赖性的化学组成变化使用用二抗(BI+)作为分析原代离子源(25 KeV,0.37 PA)研究了TOF-SIMS(Münster)。使用低能的CS+离子束(2 KeV,20 Na)用Bi+ Beam连续两次栅格扫描之间溅射样品。通过分别对500×500 µm2和200×200 µm2的代表性区域进行交替的溅射和采集分析步骤来收集深度曲线。分析时间被用作轮廓深度的代理,并分析转化为深度估计值。在分析区域中总结的二级离子的强度表示为数据点,并针对分析时间/深度绘制。将离子作为离子M+(例如Pb+,[BCMIM]+)或其MCS+Cesium群集(例如CSI+,CSCL+)监测。
时间分辨的微波电导率(TRMC)测量用于确定光生荷载体的迁移率。将在蓝宝石底物制造的钙钛矿膜放置在微波谐振器中,共振频率为9 GHz。带有第二个谐波的电荷载体:Yag Laser(532 nm),导致钙钛矿膜的电导G增加。根据公式(1),通过进一步的谐振测量获得了与谐振器反射的微波功率的归一化变化,这是与黑暗和照明样品之间的电导变化以及灵敏度因子K之间的变化有关的(1)。最后,为了根据公式(2)提取电子和孔迁移率σμ的总和,电导的最大变化ΔGmax,钙钛矿膜的吸收FA,钙钛矿膜的吸收FA,需要照明强度I和谐振器尺寸的比率β。ϕ描述了一个自由的载体产生产量,该产量接近低兴奋的平均值,而E是基本电荷。所有测量均在室温下在空气中进行。
有关设置和测量方法的详细描述,请参见参考文献。38。
NMR光谱是在配备有控制台AVIII HD和5毫米液态BBO Z梯度场三通道(1H/2H/BBF)探针头的Bruker 400 MHz光谱仪(9.4 T)上获取的。锁定D6-DMSO的氘信号时,在室温下进行实验。1H和13C化学位移使用残留质子的信号和剥离溶剂的13C(Δ1H= 2.50 ppm,Δ13C,Δ13C= 39.52 ppm(d6-dmso))作为二级参考。11B和31p的化学位移与使用ξ -scale(ξ= 32.083974 MHz和40.480747 MHz分别为1H)的1小时信号与1H的残留质子和15%BF3OET2在CDCL3(CDCL3(11B)= 0b)中或85%H3中或40.480747 MHz(分别为40.480747 MHz)或40.480747 MHz(δ(31p)= 0 ppm)作为次级参考。使用Bruker库中的标准脉冲序列获取1D 1H,13C,11B和31P光谱。使用Bruker库中的标准脉冲序列获取了2D COZY,HSQC和HMBC NMR光谱。NMR光谱用Mestrenova 14.2.1(Mestrab Research S.L.)和Topspin 4.2.0(Bruker)处理。
通过1H NMR光谱评估了[BCMIM] CL和MACL之间的相互作用。在5毫米NMR管中MACL(D6-DMSO中0.3 m)的储备溶液中,添加了不同体积的[BCMIM] CL(D6-DMSO中0.3 m)以获得[BCMIM] CL:MACL摩尔比率从0到100%。使用D6-DMSO将最终体积调整为0.6 mL。使用[DMIM] CL,[BMIM] CL和[CMMIM] CL的相同方法进行对照实验。还通过替换MAI的MACL来研究Max中阴离子的效果。通过将5、10、15、20或25μL的0.15 m [BCMIM] CL储备溶液(0.0138 g,0.0756 Mmol In 0.5 mL D6-DMSO)添加5、10、15、20或25μL,研究了[BCMIM] CL峰移位的浓度依赖性。用D6-DMSO将管子内部的最终体积调节为0.5 mL,导致[0.0015、0.0030、0.0045、0.0060和0.0075 m的[BCMIM] CL(等于[BCMIM] Cl和MacL中的1、2、3、4和5 mol%样品的浓度,以进行互动研究)。
通过研究先前报道的方法25后,使用苯基磷酸(PPA)作为氢键磷酸(PPA)作为氢键磷酸(PPA)作为氢键变化,从而比较了选定的离子液体([BCMIM] CL和[BCMIM] TFSI)的氢键感受能力([BCMIM] CL和[BCMIM] TFSI)。将离子液体(3.0式,0.0275 mmol)溶解在0.4 mL的干燥DMSO中,并转移到烤箱干燥的5毫米NMR管中,并进行超声检查以确保完全溶解。然后,将0.15 ml(1.0等式,0.0092 mmol)添加到管中的PPA(0.0611 m)的储备溶液(0.0611 m)。在室温下以16次扫描记录每个样品的31p NMR光谱,并与PPA的0.0166 m外标准(在D6-DMSO+0.4 mL DMSO中的0.15 mL PPA库存溶液)确定化学位移的差异。
在配备有控制台AVIII HD的Bruker 400 MHz光谱仪(9.4 T)上获取了时间依赖性和可变的NMR光谱,并在10 mm NMR管中配备了控制台AVIII HD和BBO Z-gradient Field Field(1H/2H/BB)液态探针。使用定制的(根据文献协议内置)39,40高压10毫米蓝宝石NMR管(长度为130毫米,内径为8 mm)。在锁定D6-DMSO的氘信号时,在可变温度下以可变温度进行实验。1H和13C NMR化学位移使用残留质子的信号和剥离溶剂的13C(Δ1H= 2.50 ppm,Δ13C,δ13C= 39.51 ppm(d6-dmso))和第二堂。11b和207pb的化学位移与使用ξ -scale(ξ= 32.083974 MHz和20.920599 MHz分别为15 scaLE的脱耐溶剂的残留质子和15%BF3·Oet2在CDCL3(CDCL3(11B)中的1H)(分别为20.920599 MHz)间接参考。(δ(207pb)= 0 ppm)作为次级参考。使用Bruker库中的标准脉冲序列获取1H,13C,11B和207pb光谱。使用Bruker库中的标准脉冲序列获取2D COZY,HSQC和HMBC光谱,在舒适光谱的间接尺寸中积累了16次扫描和128点,在HSQC和HMBC光谱的间接尺寸中,在间接范围内的间接尺寸和16个扫描和512点。
Lead-perovskite film precursor solutions were prepared by mixing CsCl (0.065 M), MAI (0.065 M), FAI (1.17 M), PbI2 (1.365 M) and MACl (0.26 M) in 2 ml of d7-DMF and d6-DMSO (4:1 v/v) in the presence and absence (control) of [Bcmim]Cl (0.6 mol%,0.78毫米)。对混合物进行超声处理以确保完全溶解并转移到10毫米蓝宝石NMR管。使用Operando NMR光谱法分析了溶液的稳定性。以5°C的增量在25至100°C之间进行可变的实验。在获取光谱之前,允许样品平衡到相应的温度600 s。用一项扫描进行1H NMR光谱,16次扫描13C NMR光谱和32扫描,用于207pb NMR光谱。1H,13C和207pb NMR光谱的90°脉冲和恢复延迟分别为25μs和600 s,15μs和3.0 s和15μs和2.0 s。207pb NMR光谱在-3,500至+2,000 ppm之间记录在1,000-PPM宽度的子窗口之间,每个步骤都会重新调整探针。使用由1H NMR光谱组成的伪2D序列获得时间依赖性实验,每15分钟记录每15分钟24小时。时间依赖性实验在25和60°C下进行。在获取光谱之前,允许样品平衡到相应的温度600 s。记录了间接尺寸的96点,每个点由90°翻转角为25μs的一脉冲序列组成。EXSY光谱(通过偶极耦合实验可以检测化学交换的相敏感二维型均核相关性)是使用Bruker库中的改进的标准脉冲序列获得的。在间接维度中,使用DURGE PULSES D1之前,在间接维度中的1,024点记录了208.27μs,每次由16个扫描和2,048个数据点(aq = 0.21 s)组成。将0.3 s的混合时间设置为简单的延迟,并使用2.0 s的回收延迟(D1)。
研究的离子液体([DMIM] CL,[BMIM] CL,[CMMIM] CL,[BCMIM] TFSI和[BCMIM] CL)(0.0075 mmol,等于等于5 mol%的0.15 m)在10.0 mL去离子化的H2O中溶解,并确保完成溶解。然后在室温下在MetroHM 780 pH仪表上测量pH,并校正至25°C。
所有模拟均使用DFT,perdew -burke -ernzerhof密度使用Grimme的D3分散41校正进行。在局部DZVP-MOLOPT基set42中扩展了波函数,这是一种具有600 ry动能截止的辅助平面波基集,用于扩展电子密度,并用标准稳定的Goedecker-Teter-teter-hutter-hutter-hutter-hutter-hutter-hutter-hutter-hutter-hutter-hutter-hutter-hutter-hutter43 pseudoptients描述了核心区域。在γ点采样了布里渊区。散装钙钛矿CS0.05MA0.05FA0.90PBI3的晶体结构完全放松,包括原子位置和细胞参数。表面结构的原子位置,包括吸附物种的原子位置也得到了充分优化。为了模拟离子液体在钙钛矿表面上的沉积,在恒定温度下,在300 K的恒定温度下进行了出生的oppenheimer分子动力学运行,对于几个picseconds,使用速度偏置的算术算法进行了1-FS时间步长。所有模拟均使用CP2K Code44完成。使用Vesta45和VMD46软件可视化结构。