Metallhalogenidperovskiter (ABX₃ ) har dykt upp som lovande kandidater för olika optoelektroniska tillämpningar på grund av deras utmärkta optoelektroniska egenskaper och lågkostnadsframställning. För närvarande är det ljusabsorberande skiktet av de högst effektiva enkorsade perovskitsolcellerna (PSC) nästan helt baserat på FAPbI₃ perovskite, som uppnår effektkonverteringseffektivitet (PCE) som är jämförbar med kommersiella kristallina kiselceller.

Men den fotoaktiva svartfas FAPbI₃ omvandlas lätt till en fotoinaktiv gul fas under fuktiga förhållanden. Sammansättningsteknik som A/X-platslegering har utvecklats för att stabilisera svartfas FAPbI₃ .

Särskilt legerande FA ⁺ med Cs ⁺ att bilda ren-jodid FA-Cs perovskite (FA_1-x Cs_x PbI₃ ) är en idealisk metod för att få PSC:er med hög effektivitet och stabilitet. Men på grund av den komplexa kristallisationskinetiken mellan FAPbI₃ och CsPbI₃ , FA_1-x Cs_x PbI₃ perovskit framställd genom typisk enstegs (1S) kristallisation uppvisar dålig sammansättningshomogenitet och hög fälltäthet, vilket begränsar enhetens prestanda och långtidsstabilitet.

För att tackla denna utmaning utvecklade professor Yixin Zhao från Shanghai Jiao Tong University och medarbetare nyligen en strategi för sekventiell cesiuminkorporering (SCI) för att frikoppla kristalliseringen av FA-Cs trijodidperovskit med mycket effektiva och stabila PSCs uppnådda.

I detta arbete introduceras cesiumformiat (HCOOC) som en cesiumkälla sekventiellt i högkvalitativ FA-prekursorfilm. Genom att samarbeta med professor Feng Gao från Linköpings universitet, en ny stabiliseringsmekanism för Cs-dopning för att stabilisera FAPbI₃ avslöjas också. Denna forskningsartikel är publicerad i National Science Review .

I sitt arbete, högkvalitativ FA_1-x Cs_x PbI₃ (x =0,05-0,16) perovskiter erhålls med SCI-metoden. Förhållandet mellan FA och Cs i dessa SCI-FA_1-x Cs_x PbI₃ perovskiter kan enkelt ställas in genom att justera innehållet i cesiumkällan.

Jämfört med den konventionella enstegsförberedda 1S-FA_1-x Cs_x PbI₃ perovskites, SCI-FA_1-x Cs_x PbI₃ perovskites har visat en mycket mer enhetlig Cs-fördelning. "Den enhetliga sammansättningsfördelningen av Cs är nyckeln till förbättringen av enhetens prestanda," säger Zhao, medan PSC:erna baserade på SCI-FA_0.91 Cs_0.09 PbI₃ filmer uppnådde en PCE på 24,7 % (certifierad 23,8 %), vilket är det högsta värdet bland FA-Cs trijodid PSC som hittills rapporterats.

Dessutom avslöjade samarbetet med Gaos grupp ytterligare en ny stabiliseringsmekanism för denna Cs-dopning. Införlivandet av Cs i FAPbI₃ minskar avsevärt elektron-fononkopplingsstyrkan och gitterfluktuationen, och undertrycker därigenom jonisk migration och bildandet av jodidrika kluster. Som ett resultat har stabiliteten hos FA-Cs-baserade enheter förbättrats avsevärt.

Sammantaget öppnar detta arbete för nya möjligheter att strategiskt utveckla högkvalitativa blandade katjonperovskiter med god kontroll över kristallisationskinetiken, vilket utgör en milstolpe mot en rationell konstruktion av högeffektiva och stabila perovskitbaserade optoelektroniska applikationer, inklusive men inte begränsat till solenergi. celler, lysdioder och lasrar. + Utforska vidare

Lösningsmedelseffekt på filmbildning och enhetsprestanda för 2D Dion-Jacobson perovskite solceller