Morfologi och kristallstruktur för Cs1−xFAxPbI3 QD. a, b, Låg förstoring (a) och hög förstoring (b) HAADF–STEM-bilder av Cs0.5FA0.5PbI3 QDs. c, d, Representativ atomupplösning HAADF–STEM-bild (c) och den härledda färgkodade HAADF-STEM-bilden (d) av Cs0.5FA0.5PbI3 QD. Bilden ses längs den kubiska [001] zonaxeln som upprättats från gitterarrangemanget liknande den ursprungliga CsPbI3 (eller FAPbI3) kubiska kristallstrukturen. (e–g) Den förstorade vyn (e), atommodellerna (f) och den simulerade atomupplösningen HAADF–STEM-bilden (g) för regionen markerad med en röd fyrkant i c och d. I e, de gula prickarna representerar atomkolumnen i området med enhetlig kontrastfördelning; de rosa och blå prickarna (rosa prickar representerar atomerna med hög kontrast och blå prickar representerar atomerna med låg kontrast) representerar atomkolumnerna i området med distinkt kontrastfördelning. Alla experimentella STEM-bilder av proverna som innehåller FA är förvrängda på grund av nedbrytning av den lokala kristallstrukturen från FAPbI3 till PbI2 under elektronstrålebelysning. h, Den simulerade HAADF–STEM-bilden med atomupplösning. jag, Atommodellerna för den ursprungliga vyn av Cs0.5FA0.5PbI3 QD längs [001] zonaxeln efter rekonstruktion. j, Den etablerade kristallstrukturen för Cs1−xFAxPbI3 QD. Skalstång, 10 Å (e, g, h). Kredit:Hao et al.
Tidigare forskningsstudier har belyst potentialen hos perovskitmaterial för utveckling av flera tekniska verktyg, inklusive fotovoltaik (PV) och optoelektronik. Lösningsbearbetade organisk-oorganiska blyhalogenidperovskitmaterial har visat sig vara särskilt lovande, speciellt de med en vanlig ABX-formulering, där A är en organisk katjon, B är bly (Pb) eller tenn (Sn) och X är en halogenid.
Dessa material har flera fördelaktiga optoelektroniska egenskaper, inklusive en stor absorptionskoefficient, en lång bärardiffusionslängd och en låg excitondissociationsenergi. Solceller gjorda av dessa material har nyligen visat sig uppnå effektomvandlingseffektivitet (PCE) som matchar eller överträffar de för mer konventionella solceller gjorda av kisel, kadmiumtellurid och kopparindiumgalliumselenid.
Trots sina fördelar, solceller gjorda av perovskiter med en vanlig ABX-formulering kan ha ett antal begränsningar, inklusive snabb nedbrytning. En av de mest lovande perovskitbaserade kompositionerna när det gäller stabilitet, CS 1-x FA x PbI 3 , har också visat sig resultera i att solceller uppvisar stora spänningsförluster i öppen krets, vilket hittills har hindrat den från att genomföras i större skala.
Forskare vid University of Queensland, Swansea University och andra institutioner över hela världen har nyligen föreslagit en ny strategi som kan möjliggöra skapandet av mer pålitliga solceller gjorda av CS 1-x FA x PbI 3 , hjälpa till att övervinna några av de brister som rapporterats i tidigare studier. Denna strategi, presenteras i en tidning publicerad i Naturenergi , möjliggör kontrollerbar syntes av CS 1-x FA x PbI 3 material, vilket hittills har visat sig vara mycket utmanande.
"Det blandade cesium- och formamidiniumblytrijodidperovskitsystemet (CS 1-x FA x PbI 3 ) i form av kvantpunkter (QDs) erbjuder en väg mot stabil perovskitbaserad solcell och optoelektronik, " skrev forskarna i sin uppsats. "Men, det är fortfarande en utmaning att syntetisera sådana multinära QD:er med önskvärda egenskaper för högpresterande QD solceller (QDSC).
Forskarna föreslog i huvudsak en strategi som kan användas för att syntetisera blandad katjon CS 1-x FA x PbI 3 material och kontrollera vissa av deras egenskaper så att de kan användas för att tillverka solceller med hög prestanda och stabilitet. I sina experiment, denna strategi gjorde det möjligt för dem att identifiera en viss version av materialet, nämligen Cs 0,5 FA 0,5 PbI 3 med en anmärkningsvärd PCE på 16,6 % och försumbar hysteres.
Teamet använde detta material för att skapa QD-enheter och genomförde en serie tester för att utvärdera deras prestanda. Anmärkningsvärt, enheterna uppvisade en fotostabilitet jämförbar med den för tunnfilmsmaterial, bibehåller 94 % av sin ursprungliga PCE under kontinuerlig ensolsbelysning under en period av 600 timmar.
"Vi rapporterar en effektiv oljesyra (OA) ligand-assisterad katjonbytesstrategi som möjliggör kontrollerbar syntes av CS 1-x FA x PbI 3 QDs över hela kompositionsintervallet (x=0-1), som är otillgänglig i storkorniga polykristallina tunna filmer, " skrev forskarna i sin uppsats. "I en OA-rik miljö, korsutbytet av katjoner underlättas, möjliggör snabb bildning av CS 1-x FA x PbI 3 QDs med reducerad defektdensitet."
I framtiden, den OA-ligand-assisterade katjonbytesstrategi som utarbetats av detta team av forskare kan bana väg mot tillverkningen av nya perovskitbaserade solceller och optoelektroniska teknologier som är mycket effektiva, samtidigt som den uppvisar hög fotostabilitet och flexibilitet. Deras arbete kan också inspirera andra forskare att ta fram liknande strategier, möjliggör syntes av andra lösningsbehandlade organisk-oorganiska perovskitmaterial.
© 2020 Science X Network
