Nature.com দেখার জন্য আপনাকে ধন্যবাদ। আপনি যে ব্রাউজারটি ব্যবহার করছেন তার সংস্করণে সীমিত CSS সাপোর্ট রয়েছে। সেরা ফলাফলের জন্য, আমরা আপনার ব্রাউজারের একটি নতুন সংস্করণ ব্যবহার করার পরামর্শ দিচ্ছি (অথবা ইন্টারনেট এক্সপ্লোরারে সামঞ্জস্যতা মোড বন্ধ করে দিন)। ইতিমধ্যে, চলমান সহায়তা নিশ্চিত করার জন্য, আমরা স্টাইলিং বা জাভাস্ক্রিপ্ট ছাড়াই সাইটটি দেখাচ্ছি।
সীসা ট্রাইওডাইড পেরোভস্কাইট সৌর কোষের কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য ত্রুটি নিষ্ক্রিয়করণ ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে, তবে α-ফেজ স্থিতিশীলতার উপর বিভিন্ন ত্রুটির প্রভাব এখনও স্পষ্ট নয়; এখানে, ঘনত্ব কার্যকরী তত্ত্ব ব্যবহার করে, আমরা প্রথমবারের মতো ফর্মামিডিন লিসা ট্রাইওডাইড পেরোভস্কাইটের α-ফেজ থেকে δ-ফেজে অবক্ষয় পথ চিহ্নিত করি এবং ফেজ ট্রানজিশন এনার্জি ব্যারিয়ারে বিভিন্ন ত্রুটির প্রভাব অধ্যয়ন করি। সিমুলেশন ফলাফল ভবিষ্যদ্বাণী করে যে আয়োডিন শূন্যস্থানগুলি অবক্ষয় ঘটানোর সম্ভাবনা সবচেয়ে বেশি কারণ তারা α-δ ফেজ ট্রানজিশনের জন্য শক্তি বাধা উল্লেখযোগ্যভাবে কমিয়ে দেয় এবং পেরোভস্কাইট পৃষ্ঠে সর্বনিম্ন গঠন শক্তি থাকে। পেরোভস্কাইট পৃষ্ঠে জল-অদ্রবণীয় সীসা অক্সালেটের ঘন স্তর প্রবর্তন α-ফেজের পচনকে উল্লেখযোগ্যভাবে বাধা দেয়, আয়োডিনের স্থানান্তর এবং উদ্বায়ীকরণ রোধ করে। অতিরিক্তভাবে, এই কৌশলটি ইন্টারফেসিয়াল নন-রেডিয়েটিভ রিকম্বিনেশন উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে এবং সৌর কোষের দক্ষতা 25.39% (প্রত্যয়িত 24.92%) এ বৃদ্ধি করে। প্যাকেজবিহীন ডিভাইসটি সিমুলেটেড ১.৫ জি বায়ু ভর বিকিরণের অধীনে সর্বোচ্চ ৫৫০ ঘন্টা ধরে কাজ করার পরেও তার মূল ৯২% দক্ষতা বজায় রাখতে পারে।
পেরোভস্কাইট সোলার সেল (PSCs)-এর পাওয়ার কনভার্সন এফিসিয়েন্সি (PCE) ২৬%১-এর একটি সার্টিফাইড রেকর্ড সর্বোচ্চে পৌঁছেছে। ২০১৫ সাল থেকে, আধুনিক PSCs ফর্মামিডিন ট্রাইওডাইড পেরোভস্কাইট (FAPbI3) কে আলো-শোষণকারী স্তর হিসেবে পছন্দ করেছে কারণ এর চমৎকার তাপীয় স্থিতিশীলতা এবং শকলি-কেইসার সীমা ২,৩,৪-এর কাছাকাছি অগ্রাধিকারমূলক ব্যান্ডগ্যাপ রয়েছে। দুর্ভাগ্যবশত, FAPbI3 ফিল্মগুলি তাপগতিগতভাবে ঘরের তাপমাত্রায় কালো α ফেজ থেকে হলুদ নন-পেরোভস্কাইট δ ফেজে রূপান্তরিত হয়। ডেল্টা ফেজ গঠন রোধ করার জন্য, বিভিন্ন জটিল পেরোভস্কাইট কম্পোজিশন তৈরি করা হয়েছে। এই সমস্যা কাটিয়ে ওঠার সবচেয়ে সাধারণ কৌশল হল FAPbI3 কে মিথাইল অ্যামোনিয়াম (MA+), সিজিয়াম (Cs+) এবং ব্রোমাইড (Br-) আয়ন7,8,9 এর সংমিশ্রণের সাথে মিশ্রিত করা। তবে, হাইব্রিড পেরোভস্কাইটগুলি ব্যান্ডগ্যাপ প্রসারণ এবং ফটোইন্ডুইডস ফেজ সেপারেশনে ভোগে, যা ফলস্বরূপ PSCs10,11,12 এর কর্মক্ষমতা এবং কর্মক্ষম স্থিতিশীলতার সাথে আপস করে।
সাম্প্রতিক গবেষণায় দেখা গেছে যে কোনও ডোপিং ছাড়াই খাঁটি একক স্ফটিক FAPbI3 এর চমৎকার স্ফটিকতা এবং কম ত্রুটির কারণে চমৎকার স্থিতিশীলতা রয়েছে13,14। অতএব, বাল্ক FAPbI3 এর স্ফটিকতা বৃদ্ধি করে ত্রুটি হ্রাস করা দক্ষ এবং স্থিতিশীল PSCs2,15 অর্জনের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ কৌশল। যাইহোক, FAPbI3 PSC পরিচালনার সময়, অবাঞ্ছিত হলুদ ষড়ভুজাকার নন-পেরোভস্কাইট δ পর্যায়ে অবক্ষয় এখনও ঘটতে পারে16। প্রক্রিয়াটি সাধারণত পৃষ্ঠ এবং শস্যের সীমানায় শুরু হয় যা অসংখ্য ত্রুটিপূর্ণ এলাকার উপস্থিতির কারণে জল, তাপ এবং আলোর প্রতি বেশি সংবেদনশীল। অতএব, FAPbI318 এর কালো পর্যায় স্থিতিশীল করার জন্য পৃষ্ঠ/শস্যের প্যাসিভেশন প্রয়োজন। নিম্ন-মাত্রিক পেরোভস্কাইট, অ্যাসিড-বেস লুইস অণু এবং অ্যামোনিয়াম হ্যালাইড লবণের প্রবর্তন সহ অনেক ত্রুটি প্যাসিভেশন কৌশল, ফর্মামিডিন PSCs19,20,21,22-তে দুর্দান্ত অগ্রগতি করেছে। আজ অবধি, প্রায় সকল গবেষণায় সৌর কোষে বাহক পুনঃসংযোজন, প্রসারণ দৈর্ঘ্য এবং ব্যান্ড কাঠামোর মতো অপটোইলেক্ট্রনিক বৈশিষ্ট্য নির্ধারণে বিভিন্ন ত্রুটির ভূমিকার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করা হয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, ঘনত্ব কার্যকরী তত্ত্ব (DFT) তাত্ত্বিকভাবে বিভিন্ন ত্রুটির গঠন শক্তি এবং আটকে থাকা শক্তির স্তরের পূর্বাভাস দেওয়ার জন্য ব্যবহৃত হয়, যা ব্যবহারিক প্যাসিভেশন নকশা পরিচালনা করার জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। ত্রুটির সংখ্যা হ্রাস পাওয়ার সাথে সাথে, ডিভাইসের স্থিতিশীলতা সাধারণত উন্নত হয়। তবে, ফর্মামিডিন পিএসসিতে, ফেজ স্থিতিশীলতা এবং আলোক বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যের উপর বিভিন্ন ত্রুটির প্রভাবের প্রক্রিয়াগুলি সম্পূর্ণ ভিন্ন হওয়া উচিত। আমাদের জ্ঞানের সেরা হিসাবে, ত্রুটিগুলি কীভাবে ঘনককে ষড়ভুজাকার (α-δ) ফেজ ট্রানজিশনে প্ররোচিত করে তার মৌলিক ধারণা এবং α-FAPbI3 পেরোভস্কাইটের ফেজ স্থিতিশীলতার উপর পৃষ্ঠের প্যাসিভেশনের ভূমিকা এখনও খারাপভাবে বোঝা যায়।
এখানে, আমরা FAPbI3 পেরোভস্কাইটের কালো α-ফেজ থেকে হলুদ δ-ফেজে রূপান্তরের অবক্ষয় পথ এবং DFT এর মাধ্যমে α-থেকে-δ-ফেজ রূপান্তরের শক্তি বাধার উপর বিভিন্ন ত্রুটির প্রভাব প্রকাশ করি। ফিল্ম তৈরি এবং ডিভাইস পরিচালনার সময় সহজেই উৎপন্ন I শূন্যস্থানগুলি α-δ পর্যায়ে রূপান্তর শুরু করার সম্ভাবনা সবচেয়ে বেশি বলে পূর্বাভাস দেওয়া হয়েছে। অতএব, আমরা একটি ইনসিটু বিক্রিয়ার মাধ্যমে FAPbI3 এর উপরে সীসা অক্সালেটের (PbC2O4) একটি জল-অদ্রবণীয় এবং রাসায়নিকভাবে স্থিতিশীল ঘন স্তর প্রবর্তন করেছি। সীসা অক্সালেট পৃষ্ঠ (LOS) I শূন্যস্থান গঠনে বাধা দেয় এবং তাপ, আলো এবং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র দ্বারা উদ্দীপিত হলে I আয়নগুলির স্থানান্তর রোধ করে। ফলস্বরূপ LOS উল্লেখযোগ্যভাবে ইন্টারফেসিয়াল নন-রেডিয়েটিভ রিকম্বিনেশন হ্রাস করে এবং FAPbI3 PSC দক্ষতা 25.39% (24.92% প্রত্যয়িত) উন্নত করে। প্যাকেজবিহীন LOS ডিভাইসটি সর্বোচ্চ পাওয়ার পয়েন্টে (MPP) ৫৫০ ঘন্টারও বেশি সময় ধরে ১.৫ গ্রাম বিকিরণের সিমুলেটেড এয়ার ভর (AM) তে কাজ করার পরে তার মূল দক্ষতার ৯২% ধরে রেখেছিল।
আমরা প্রথমে FAPbI3 পেরোভস্কাইটের α ফেজ থেকে δ ফেজে রূপান্তরের পচন পথ খুঁজে বের করার জন্য ab initio গণনা করেছি। একটি বিস্তারিত ফেজ রূপান্তর প্রক্রিয়ার মাধ্যমে, এটি পাওয়া গেছে যে FAPbI3 এর ঘন α-ফেজে ত্রিমাত্রিক কোণ-ভাগাভাগি [PbI6] অষ্টতলক থেকে FAPbI3 এর ষড়ভুজ δ-ফেজে এক-মাত্রিক প্রান্ত-ভাগাভাগি [PbI6] অষ্টতলক রূপান্তর অর্জন করা হয়েছে। 9. Pb-I প্রথম ধাপে (Int-1) একটি বন্ধন তৈরি করে, এবং এর শক্তি বাধা 0.62 eV/কোষে পৌঁছায়, যেমন চিত্র 1a তে দেখানো হয়েছে। যখন অষ্টতলকটি [0\(\bar{1}\)1] দিকে স্থানান্তরিত হয়, তখন ষড়ভুজ সংক্ষিপ্ত শৃঙ্খল 1×1 থেকে 1×3, 1×4 এ প্রসারিত হয় এবং অবশেষে δ ফেজে প্রবেশ করে। সমগ্র পথের ওরিয়েন্টেশন অনুপাত হল (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ। শক্তি বিতরণ চিত্র থেকে, এটি পাওয়া যায় যে নিম্নলিখিত পর্যায়ে FAPbI3 এর δ পর্যায়ের নিউক্লিয়েশনের পরে, শক্তি বাধা α পর্যায়ের রূপান্তরের তুলনায় কম থাকে, যার অর্থ হল পর্যায়ের রূপান্তর ত্বরান্বিত হবে। স্পষ্টতই, α-পর্যায়ের অবক্ষয় দমন করতে চাইলে পর্যায়ের রূপান্তর নিয়ন্ত্রণের প্রথম ধাপটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
a বাম থেকে ডানে পর্যায় রূপান্তর প্রক্রিয়া - কালো FAPbI3 পর্যায় (α-পর্যায়), প্রথম Pb-I বন্ড ক্লিভেজ (Int-1) এবং আরও Pb-I বন্ড ক্লিভেজ (Int-2, Int -3 এবং Int -4) এবং হলুদ পর্যায় FAPbI3 (ডেল্টা পর্যায়)। b বিভিন্ন অভ্যন্তরীণ বিন্দু ত্রুটির উপর ভিত্তি করে FAPbI3 এর α থেকে δ পর্যায় রূপান্তরের শক্তি বাধা। বিন্দুযুক্ত রেখাটি একটি আদর্শ স্ফটিকের শক্তি বাধা (0.62 eV) দেখায়। c সীসা পেরোভস্কাইটের পৃষ্ঠে প্রাথমিক বিন্দু ত্রুটি গঠনের শক্তি। অ্যাবসিসা অক্ষ হল α-δ পর্যায় রূপান্তরের শক্তি বাধা, এবং অর্ডিনেট অক্ষ হল ত্রুটি গঠনের শক্তি। ধূসর, হলুদ এবং সবুজ রঙে ছায়াযুক্ত অংশগুলি যথাক্রমে টাইপ I (নিম্ন EB-উচ্চ FE), টাইপ II (উচ্চ FE) এবং টাইপ III (নিম্ন EB-নিম্ন FE)। d নিয়ন্ত্রণে ত্রুটি VI গঠনের শক্তি এবং FAPbI3 এর LOS। FAPbI3 এর নিয়ন্ত্রণ এবং LOS-এ আয়ন স্থানান্তরের ক্ষেত্রে e I বাধা। f – gf নিয়ন্ত্রণে I আয়ন (কমলা গোলক) এবং gLOS FAPbI3 (ধূসর, সীসা; বেগুনি (কমলা), আয়োডিন (চলমান আয়োডিন)) এর স্থানান্তরের পরিকল্পিত উপস্থাপনা (বাম: উপরের দৃশ্য; ডান: ক্রস সেকশন, বাদামী); কার্বন; হালকা নীল - নাইট্রোজেন; লাল - অক্সিজেন; হালকা গোলাপী - হাইড্রোজেন)। উৎস তথ্য উৎস তথ্য ফাইল আকারে প্রদান করা হয়।
এরপর আমরা বিভিন্ন অভ্যন্তরীণ বিন্দু ত্রুটির (PbFA, IFA, PbI, এবং IPb অ্যান্টিসাইট দখল; Pbi এবং II ইন্টারস্টিশিয়াল পরমাণু; এবং VI, VFA, এবং VPb শূন্যস্থান সহ) প্রভাব পদ্ধতিগতভাবে অধ্যয়ন করেছি, যা মূল কারণ হিসাবে বিবেচিত হয়। যা পারমাণবিক এবং শক্তি স্তরের ফেজ অবক্ষয়ের কারণ হয় চিত্র 1b এবং পরিপূরক সারণি 1 এ দেখানো হয়েছে। মজার বিষয় হল, সমস্ত ত্রুটি α-δ ফেজ ট্রানজিশনের শক্তি বাধা হ্রাস করে না (চিত্র 1b)। আমরা বিশ্বাস করি যে ত্রুটিগুলিতে নিম্ন গঠন শক্তি এবং নিম্ন α-δ ফেজ ট্রানজিশন শক্তি বাধা উভয়ই থাকে সেগুলি ফেজ স্থিতিশীলতার জন্য ক্ষতিকারক বলে বিবেচিত হয়। পূর্বে রিপোর্ট করা হয়েছে, সীসা-সমৃদ্ধ পৃষ্ঠগুলি সাধারণত ফর্মামিডিন PSC27 এর জন্য কার্যকর বলে বিবেচিত হয়। অতএব, আমরা সীসা-সমৃদ্ধ অবস্থার অধীনে PbI2-সমাপ্ত (100) পৃষ্ঠের উপর ফোকাস করি। পৃষ্ঠের অভ্যন্তরীণ বিন্দু ত্রুটির ত্রুটি গঠন শক্তি চিত্র 1c এবং পরিপূরক সারণি 1 এ দেখানো হয়েছে। শক্তি বাধা (EB) এবং ফেজ ট্রানজিশন গঠন শক্তি (FE) এর উপর ভিত্তি করে, এই ত্রুটিগুলিকে তিন প্রকারে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়েছে। টাইপ I (নিম্ন EB-উচ্চ FE): যদিও IPb, VFA এবং VPb ফেজ ট্রানজিশনের শক্তি বাধা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে, তাদের উচ্চ গঠন শক্তি রয়েছে। অতএব, আমরা বিশ্বাস করি যে এই ধরণের ত্রুটিগুলি ফেজ ট্রানজিশনের উপর সীমিত প্রভাব ফেলে কারণ এগুলি খুব কমই গঠিত হয়। টাইপ II (উচ্চ EB): উন্নত α-δ ফেজ ট্রানজিশন শক্তি বাধার কারণে, অ্যান্টি-সাইট ত্রুটি PbI, IFA এবং PbFA α-FAPbI3 পেরোভস্কাইটের ফেজ স্থিতিশীলতার ক্ষতি করে না। টাইপ III (নিম্ন EB-নিম্ন FE): তুলনামূলকভাবে কম গঠন শক্তি সহ VI, Ii এবং Pbi ত্রুটিগুলি কালো ফেজ অবক্ষয়ের কারণ হতে পারে। বিশেষ করে সর্বনিম্ন FE এবং EB VI বিবেচনা করে, আমরা বিশ্বাস করি যে সবচেয়ে কার্যকর কৌশল হল I শূন্যপদ হ্রাস করা।
VI কমাতে, আমরা FAPbI3 এর পৃষ্ঠ উন্নত করার জন্য PbC2O4 এর একটি ঘন স্তর তৈরি করেছি। ফিনাইলথাইলামোনিয়াম আয়োডাইড (PEAI) এবং n-অক্টাইলামোনিয়াম আয়োডাইড (OAI) এর মতো জৈব হ্যালাইড লবণ প্যাসিভেটরের তুলনায়, PbC2O4, যার মধ্যে কোনও চলমান হ্যালোজেন আয়ন নেই, রাসায়নিকভাবে স্থিতিশীল, জলে অদ্রবণীয় এবং উদ্দীপনার পরে সহজেই নিষ্ক্রিয় হয়। পেরোভস্কাইটের পৃষ্ঠের আর্দ্রতা এবং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের ভাল স্থিতিশীলতা। পানিতে PbC2O4 এর দ্রাব্যতা মাত্র 0.00065 g/L, যা PbSO428 এর চেয়েও কম। আরও গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হল, LOS এর ঘন এবং অভিন্ন স্তরগুলি ইন সিটু বিক্রিয়া ব্যবহার করে পেরোভস্কাইট ফিল্মগুলিতে নরমভাবে প্রস্তুত করা যেতে পারে (নীচে দেখুন)। আমরা পরিপূরক চিত্র 1 এ দেখানো FAPbI3 এবং PbC2O4 এর মধ্যে ইন্টারফেসিয়াল বন্ধনের DFT সিমুলেশন করেছি। পরিপূরক সারণি 2 LOS ইনজেকশনের পরে ত্রুটি গঠনের শক্তি উপস্থাপন করে। আমরা দেখেছি যে LOS শুধুমাত্র VI ত্রুটির গঠন শক্তি 0.69–1.53 eV বৃদ্ধি করে না (চিত্র 1d), বরং স্থানান্তর পৃষ্ঠ এবং প্রস্থান পৃষ্ঠে I এর সক্রিয়করণ শক্তিও বৃদ্ধি করে (চিত্র 1e)। প্রথম পর্যায়ে, I আয়নগুলি পেরোভস্কাইট পৃষ্ঠ বরাবর স্থানান্তরিত হয়, VI আয়নগুলিকে 0.61 eV শক্তি বাধা সহ একটি জালি অবস্থানে রেখে যায়। LOS প্রবর্তনের পরে, স্টেরিক বাধার প্রভাবের কারণে, I আয়নগুলির স্থানান্তরের জন্য সক্রিয়করণ শক্তি 1.28 eV পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়। পেরোভস্কাইট পৃষ্ঠ থেকে I আয়নগুলির স্থানান্তরের সময়, VOC-তে শক্তি বাধা নিয়ন্ত্রণ নমুনার তুলনায়ও বেশি (চিত্র 1e)। নিয়ন্ত্রণে I আয়ন স্থানান্তর পথ এবং LOS FAPbI3 এর পরিকল্পিত চিত্রগুলি যথাক্রমে চিত্র 1 f এবং g-তে দেখানো হয়েছে। সিমুলেশন ফলাফলগুলি দেখায় যে LOS VI ত্রুটির গঠন এবং I এর উদ্বায়ীকরণকে বাধা দিতে পারে, যার ফলে α থেকে δ পর্যায়ের রূপান্তরের নিউক্লিয়াস রোধ করতে পারে।
অক্সালিক অ্যাসিড এবং FAPbI3 পেরোভস্কাইটের মধ্যে বিক্রিয়া পরীক্ষা করা হয়েছিল। অক্সালিক অ্যাসিড এবং FAPbI3 এর দ্রবণ মিশ্রিত করার পর, প্রচুর পরিমাণে সাদা অবক্ষেপ তৈরি হয়েছিল, যেমনটি পরিপূরক চিত্র 2-এ দেখানো হয়েছে। এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন (XRD) (পরিপূরক চিত্র 3) এবং ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম ইনফ্রারেড স্পেকট্রোস্কোপি (FTIR) (পরিপূরক চিত্র 4) ব্যবহার করে পাউডার পণ্যটিকে বিশুদ্ধ PbC2O4 উপাদান হিসাবে চিহ্নিত করা হয়েছিল। আমরা দেখেছি যে অক্সালিক অ্যাসিড ঘরের তাপমাত্রায় আইসোপ্রোপাইল অ্যালকোহলে (IPA) অত্যন্ত দ্রবণীয় এবং পরিপূরক চিত্র 5-এ দেখানো হয়েছে প্রায় 18 মিলিগ্রাম/মিলি দ্রবণীয়তা। এটি পরবর্তী প্রক্রিয়াকরণকে সহজ করে তোলে কারণ IPA, একটি সাধারণ প্যাসিভেশন দ্রাবক হিসাবে, স্বল্প সময়ের পরে পেরোভস্কাইট স্তরকে ক্ষতি করে না। অতএব, পেরোভস্কাইট ফিল্মটিকে অক্সালিক অ্যাসিড দ্রবণে ডুবিয়ে অথবা পেরোভস্কাইটের উপর অক্সালিক অ্যাসিড দ্রবণটি স্পিন-লেপ দিয়ে, নিম্নলিখিত রাসায়নিক সমীকরণ অনুসারে পেরোভস্কাইট ফিল্মের পৃষ্ঠে দ্রুত পাতলা এবং ঘন PbC2O4 পাওয়া যেতে পারে: H2C2O4 + FAPbI3 = PbC2O4 + FAI +HI। FAI IPA-তে দ্রবীভূত করা যেতে পারে এবং এইভাবে রান্নার সময় অপসারণ করা যেতে পারে। LOS-এর পুরুত্ব প্রতিক্রিয়া সময় এবং পূর্বসূরী ঘনত্ব দ্বারা নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে।
স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM) এর মাধ্যমে নিয়ন্ত্রণ এবং LOS পেরোভস্কাইট ফিল্মের চিত্র চিত্র 2a,b-তে দেখানো হয়েছে। ফলাফলগুলি দেখায় যে পেরোভস্কাইট পৃষ্ঠের আকারবিদ্যা ভালভাবে সংরক্ষিত আছে, এবং শস্য পৃষ্ঠে প্রচুর সংখ্যক সূক্ষ্ম কণা জমা হয়েছে, যা ইন-সিটু বিক্রিয়ার মাধ্যমে গঠিত একটি PbC2O4 স্তরকে প্রতিনিধিত্ব করে। LOS পেরোভস্কাইট ফিল্মের পৃষ্ঠটি কিছুটা মসৃণ (পরিপূরক চিত্র 6) এবং নিয়ন্ত্রণ ফিল্মের তুলনায় একটি বৃহত্তর জলের যোগাযোগ কোণ রয়েছে (পরিপূরক চিত্র 7)। পণ্যের পৃষ্ঠ স্তরটি আলাদা করার জন্য উচ্চ-রেজোলিউশন ট্রান্সভার্স ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (HR-TEM) ব্যবহার করা হয়েছিল। নিয়ন্ত্রণ ফিল্মের (চিত্র 2c) তুলনায়, LOS পেরোভস্কাইটের উপরে প্রায় 10 nm পুরুত্বের একটি অভিন্ন এবং ঘন পাতলা স্তর স্পষ্টভাবে দৃশ্যমান (চিত্র 2d)। PbC2O4 এবং FAPbI3 এর মধ্যে ইন্টারফেস পরীক্ষা করার জন্য উচ্চ-কোণ অ্যানুলার ডার্ক-ফিল্ড স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (HAADF-STEM) ব্যবহার করে, FAPbI3 এর স্ফটিক অঞ্চল এবং PbC2O4 এর নিরাকার অঞ্চলের উপস্থিতি স্পষ্টভাবে পর্যবেক্ষণ করা যেতে পারে (পরিপূরক চিত্র 8)। অক্সালিক অ্যাসিড চিকিত্সার পরে পেরোভস্কাইটের পৃষ্ঠের গঠনটি এক্স-রে ফটোইলেক্ট্রন স্পেকট্রোস্কোপি (XPS) পরিমাপ দ্বারা চিহ্নিত করা হয়েছিল, যেমন চিত্র 2e–g তে দেখানো হয়েছে। চিত্র 2e তে, C 1s যথাক্রমে 284.8 eV এবং 288.5 eV এর কাছাকাছি শীর্ষে নির্দিষ্ট CC এবং FA সংকেতের অন্তর্গত। নিয়ন্ত্রণ ঝিল্লির তুলনায়, LOS ঝিল্লি 289.2 eV এ একটি অতিরিক্ত শীর্ষ প্রদর্শন করেছে, যা C2O42- এর জন্য দায়ী। LOS পেরোভস্কাইটের O 1s বর্ণালীতে তিনটি রাসায়নিকভাবে স্বতন্ত্র O 1s শিখর 531.7 eV, 532.5 eV এবং 533.4 eV দেখা যায়, যা OH উপাদানের অক্ষত অক্সালেট গ্রুপ 30 এবং O পরমাণুর ডিপ্রোটোনেটেড COO, C=O এর সাথে সম্পর্কিত (চিত্র 2e)। ))। নিয়ন্ত্রণ নমুনার জন্য, শুধুমাত্র একটি ছোট O 1s শিখর পরিলক্ষিত হয়েছিল, যা পৃষ্ঠে অক্সিজেন কেমিশোরবিত হওয়ার জন্য দায়ী করা যেতে পারে। Pb 4f7/2 এবং Pb 4f5/2 এর নিয়ন্ত্রণ ঝিল্লি বৈশিষ্ট্য যথাক্রমে 138.4 eV এবং 143.3 eV এ অবস্থিত। আমরা লক্ষ্য করেছি যে LOS পেরোভস্কাইট উচ্চতর বন্ধন শক্তির দিকে প্রায় 0.15 eV এর Pb শিখরের স্থানান্তর প্রদর্শন করে, যা C2O42- এবং Pb পরমাণুর মধ্যে একটি শক্তিশালী মিথস্ক্রিয়া নির্দেশ করে (চিত্র 2g)।
a নিয়ন্ত্রণের SEM চিত্র এবং b LOS পেরোভস্কাইট ফিল্ম, উপরের দৃশ্য। c নিয়ন্ত্রণের উচ্চ-রেজোলিউশন ক্রস-সেকশনাল ট্রান্সমিশন ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (HR-TEM) এবং d LOS পেরোভস্কাইট ফিল্ম। e C 1s, f O 1s এবং g Pb 4f পেরোভস্কাইট ফিল্মের উচ্চ-রেজোলিউশন XPS। উৎস তথ্য উৎস তথ্য ফাইল আকারে প্রদান করা হয়।
DFT ফলাফল অনুসারে, তাত্ত্বিকভাবে ভবিষ্যদ্বাণী করা হয়েছে যে VI ত্রুটি এবং I স্থানান্তর সহজেই α থেকে δ এ ফেজ রূপান্তর ঘটায়। পূর্ববর্তী প্রতিবেদনগুলিতে দেখা গেছে যে আলোক এবং তাপীয় চাপের 31,32,33 এর সংস্পর্শে আসার পরে ফটোইমার্সনের সময় পিসি-ভিত্তিক পেরোভস্কাইট ফিল্ম থেকে I2 দ্রুত মুক্তি পায়। পেরোভস্কাইটের α-ফেজের উপর সীসা অক্সালেটের স্থিতিশীল প্রভাব নিশ্চিত করার জন্য, আমরা যথাক্রমে টলুইনযুক্ত স্বচ্ছ কাচের বোতলে নিয়ন্ত্রণ এবং LOS পেরোভস্কাইট ফিল্ম ডুবিয়েছিলাম এবং তারপরে 24 ঘন্টার জন্য 1 টি সূর্যালোক দিয়ে বিকিরণ করেছি। আমরা চিত্র 3a তে দেখানো হিসাবে অতিবেগুনী এবং দৃশ্যমান আলো (UV-Vis) টলুইন দ্রবণের শোষণ পরিমাপ করেছি। নিয়ন্ত্রণ নমুনার সাথে তুলনা করে, LOS-পেরোভস্কাইটের ক্ষেত্রে I2 শোষণের তীব্রতা অনেক কম পরিলক্ষিত হয়েছে, যা ইঙ্গিত করে যে আলো নিমজ্জনের সময় কমপ্যাক্ট LOS পেরোভস্কাইট ফিল্ম থেকে I2 এর মুক্তিকে বাধা দিতে পারে। চিত্র 3b এবং c-এর ইনসেটে বয়স্ক নিয়ন্ত্রণ এবং LOS পেরোভস্কাইট ফিল্মের ছবি দেখানো হয়েছে। LOS পেরোভস্কাইট এখনও কালো, যখন বেশিরভাগ নিয়ন্ত্রণ ফিল্ম হলুদ হয়ে গেছে। নিমজ্জিত ফিল্মের UV-দৃশ্যমান শোষণ বর্ণালী চিত্র 3b, c-তে দেখানো হয়েছে। আমরা লক্ষ্য করেছি যে নিয়ন্ত্রণ ফিল্মে α-এর সাথে সম্পর্কিত শোষণ স্পষ্টভাবে হ্রাস পেয়েছে। স্ফটিক কাঠামোর বিবর্তন নথিভুক্ত করার জন্য এক্স-রে পরিমাপ করা হয়েছিল। 24 ঘন্টা আলোকসজ্জার পরে, নিয়ন্ত্রণ পেরোভস্কাইট একটি শক্তিশালী হলুদ δ-ফেজ সংকেত (11.8°) দেখিয়েছিল, যখন LOS পেরোভস্কাইট এখনও একটি ভাল কালো ফেজ বজায় রেখেছিল (চিত্র 3d)।
টলুইন দ্রবণের UV-দৃশ্যমান শোষণ বর্ণালী যেখানে কন্ট্রোল ফিল্ম এবং LOS ফিল্মকে 1টি সূর্যালোকে 24 ঘন্টার জন্য ডুবিয়ে রাখা হয়েছিল। ইনসেটটি একটি শিশি দেখায় যেখানে প্রতিটি ফিল্ম সমান পরিমাণে টলুইন ডুবিয়ে রাখা হয়েছিল। b নিয়ন্ত্রণ ফিল্মের UV-Vis শোষণ বর্ণালী এবং c 1টি সূর্যালোকে 24 ঘন্টা নিমজ্জিত হওয়ার আগে এবং পরে LOS ফিল্ম। ইনসেটটি পরীক্ষামূলক ফিল্মের একটি ছবি দেখায়। d 24 ঘন্টা এক্সপোজারের আগে এবং পরে নিয়ন্ত্রণ এবং LOS ফিল্মের এক্স-রে বিবর্তন ধরণ। 24 ঘন্টা এক্সপোজারের পরে নিয়ন্ত্রণ ফিল্ম e এবং ফিল্ম f LOS এর SEM চিত্র। উৎস ডেটা উৎস ডেটা ফাইল আকারে সরবরাহ করা হয়।
চিত্র 3e,f-এ দেখানো হয়েছে, 24 ঘন্টা আলোকসজ্জার পরে পেরোভস্কাইট ফিল্মের মাইক্রোস্ট্রাকচারাল পরিবর্তনগুলি পর্যবেক্ষণ করার জন্য আমরা স্ক্যানিং ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM) পরিমাপ করেছি। নিয়ন্ত্রণ ফিল্মে, বড় দানাগুলি ধ্বংস হয়ে ছোট সূঁচে পরিণত হয়েছিল, যা δ-ফেজ পণ্য FAPbI3 (চিত্র 3e) এর রূপবিদ্যার সাথে সঙ্গতিপূর্ণ। LOS ফিল্মের জন্য, পেরোভস্কাইট দানাগুলি ভাল অবস্থায় থাকে (চিত্র 3f)। ফলাফলগুলি নিশ্চিত করেছে যে I এর ক্ষতি উল্লেখযোগ্যভাবে কালো পর্যায় থেকে হলুদ পর্যায়ে রূপান্তরকে প্ররোচিত করে, যখন PbC2O4 কালো পর্যায়কে স্থিতিশীল করে, I এর ক্ষতি রোধ করে। যেহেতু পৃষ্ঠে শূন্যস্থানের ঘনত্ব শস্যের বাল্কের তুলনায় অনেক বেশি, 34 এই পর্যায়টি শস্যের পৃষ্ঠে হওয়ার সম্ভাবনা বেশি। একই সাথে আয়োডিন নিঃসরণ করে এবং VI গঠন করে। DFT দ্বারা পূর্বাভাস অনুসারে, LOS VI ত্রুটি গঠনে বাধা দিতে পারে এবং I আয়নগুলিকে পেরোভস্কাইট পৃষ্ঠে স্থানান্তর রোধ করতে পারে।
অতিরিক্তভাবে, বায়ুমণ্ডলীয় বাতাসে পেরোভস্কাইট ফিল্মের আর্দ্রতা প্রতিরোধের উপর PbC2O4 স্তরের প্রভাব (আপেক্ষিক আর্দ্রতা 30-60%) অধ্যয়ন করা হয়েছিল। পরিপূরক চিত্র 9-এ দেখানো হয়েছে, LOS পেরোভস্কাইট 12 দিন পরেও কালো ছিল, যখন নিয়ন্ত্রণ ফিল্মটি হলুদ হয়ে গিয়েছিল। XRD পরিমাপে, নিয়ন্ত্রণ ফিল্মটি FAPbI3 এর δ পর্যায়ের সাথে সম্পর্কিত 11.8° এ একটি শক্তিশালী শিখর দেখায়, যখন LOS পেরোভস্কাইট কালো α পর্যায়ে ভালভাবে ধরে রাখে (পরিপূরক চিত্র 10)।
পেরোভস্কাইট পৃষ্ঠে সীসা অক্সালেটের প্যাসিভেশন প্রভাব অধ্যয়নের জন্য স্টেডি-স্টেট ফটোলুমিনেসেন্স (PL) এবং টাইম-রেজোলিউশনড ফটোলুমিনেসেন্স (TRPL) ব্যবহার করা হয়েছিল। চিত্র 4a-তে দেখা যাচ্ছে যে LOS ফিল্মের PL তীব্রতা বৃদ্ধি পেয়েছে। PL ম্যাপিং ছবিতে, 10 × 10 μm2 এর সমগ্র এলাকা জুড়ে LOS ফিল্মের তীব্রতা নিয়ন্ত্রণ ফিল্মের চেয়ে বেশি (পরিপূরক চিত্র 11), যা নির্দেশ করে যে PbC2O4 পেরোভস্কাইট ফিল্মকে সমানভাবে প্যাসিভেট করে। ক্যারিয়ার লাইফটাইম একটি একক সূচকীয় ফাংশন (চিত্র 4b) দিয়ে TRPL ক্ষয়ের আনুমানিক হিসাব করে নির্ধারিত হয়। LOS ফিল্মের ক্যারিয়ার লাইফটাইম 5.2 μs, যা 0.9 μs এর ক্যারিয়ার লাইফটাইম সহ নিয়ন্ত্রণ ফিল্মের চেয়ে অনেক বেশি, যা পৃষ্ঠের অ-বিকিরণশীল পুনর্মিলন হ্রাস নির্দেশ করে।
কাচের সাবস্ট্রেটের উপর পেরোভস্কাইট ফিল্মের অস্থায়ী PL-এর স্থির-অবস্থা PL এবং b-স্পেকট্রা। c ডিভাইসের SP বক্ররেখা (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au)। d সবচেয়ে দক্ষ ডিভাইস থেকে সমন্বিত EQE বর্ণালী এবং Jsc EQE বর্ণালী। d Voc ডায়াগ্রামে পেরোভস্কাইট ডিভাইসের আলোর তীব্রতার নির্ভরতা। f ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au ক্লিন হোল ডিভাইস ব্যবহার করে সাধারণ MKRC বিশ্লেষণ। VTFL হল সর্বোচ্চ ট্র্যাপ ফিলিং ভোল্টেজ। এই ডেটা থেকে আমরা ট্র্যাপ ঘনত্ব (Nt) গণনা করেছি। সোর্স ডেটা সোর্স ডেটা ফাইল আকারে সরবরাহ করা হয়।
ডিভাইসের কর্মক্ষমতার উপর সীসা অক্সালেট স্তরের প্রভাব অধ্যয়ন করার জন্য, একটি ঐতিহ্যবাহী FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au যোগাযোগ কাঠামো ব্যবহার করা হয়েছিল। আমরা ডিভাইসের কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য মিথাইলামাইন হাইড্রোক্লোরাইড (MACl) এর পরিবর্তে পেরোভস্কাইট পূর্বসূরীর সংযোজন হিসাবে ফর্মামিডিন ক্লোরাইড (FACl) ব্যবহার করি, কারণ FACl আরও ভাল স্ফটিক গুণমান প্রদান করতে পারে এবং FAPbI335 এর ব্যান্ড ফাঁক এড়াতে পারে (বিস্তারিত তুলনার জন্য পরিপূরক চিত্র 1 এবং 2 দেখুন)। 12-14)। IPA কে অ্যান্টিসলভেন্ট হিসাবে বেছে নেওয়া হয়েছিল কারণ এটি ডাইথাইল ইথার (DE) বা ক্লোরোবেনজিন (CB)36 (পরিপূরক চিত্র 15 এবং 16) এর তুলনায় পেরোভস্কাইট ফিল্মগুলিতে আরও ভাল স্ফটিক গুণমান এবং পছন্দসই অভিযোজন প্রদান করে। PbC2O4 এর পুরুত্ব অক্সালিক অ্যাসিড ঘনত্ব সামঞ্জস্য করে ত্রুটি প্যাসিভেশন এবং চার্জ পরিবহনের ভারসাম্য বজায় রাখার জন্য সাবধানতার সাথে অপ্টিমাইজ করা হয়েছিল (পরিপূরক চিত্র 17)। অপ্টিমাইজড কন্ট্রোল এবং LOS ডিভাইসের ক্রস-সেকশনাল SEM চিত্রগুলি পরিপূরক চিত্র 18-এ দেখানো হয়েছে। নিয়ন্ত্রণ এবং LOS ডিভাইসের জন্য সাধারণ কারেন্ট ঘনত্ব (CD) বক্ররেখা চিত্র 4c-তে দেখানো হয়েছে, এবং নিষ্কাশিত পরামিতিগুলি পরিপূরক সারণি 3-এ দেওয়া হয়েছে। সর্বাধিক পাওয়ার রূপান্তর দক্ষতা (PCE) নিয়ন্ত্রণ কোষ 23.43% (22.94%), Jsc 25.75 mA cm-2 (25.74 mA cm-2), Voc 1.16 V (1.16 V) এবং বিপরীত (ফরোয়ার্ড) স্ক্যান। ফিল ফ্যাক্টর (FF) হল 78.40% (76.69%)। সর্বাধিক PCE LOS PSC হল 25.39% (24.79%), Jsc হল 25.77 mA cm-2, Voc হল 1.18 V, FF হল 83.50% (81.52%) বিপরীত (ফরোয়ার্ড স্ক্যান থেকে)। LOS ডিভাইসটি একটি বিশ্বস্ত তৃতীয়-পক্ষের ফটোভোলটাইক পরীক্ষাগারে 24.92% এর একটি প্রত্যয়িত ফটোভোলটাইক কর্মক্ষমতা অর্জন করেছে (পরিপূরক চিত্র 19)। বহিরাগত কোয়ান্টাম দক্ষতা (EQE) যথাক্রমে 24.90 mA cm-2 (নিয়ন্ত্রণ) এবং 25.18 mA cm-2 (LOS PSC) এর একটি সমন্বিত Jsc দিয়েছে, যা স্ট্যান্ডার্ড AM 1.5 G বর্ণালীতে পরিমাপ করা Jsc এর সাথে ভাল সামঞ্জস্যপূর্ণ ছিল (চিত্র .4d)। নিয়ন্ত্রণ এবং LOS PSC এর জন্য পরিমাপ করা PCE গুলির পরিসংখ্যানগত বন্টন পরিপূরক চিত্র 20 এ দেখানো হয়েছে।
চিত্র 4e তে দেখানো হয়েছে, ফাঁদ-সহায়তাপ্রাপ্ত পৃষ্ঠ পুনর্মিলনের উপর PbC2O4 এর প্রভাব অধ্যয়ন করার জন্য Voc এবং আলোর তীব্রতার মধ্যে সম্পর্ক গণনা করা হয়েছিল। LOS ডিভাইসের জন্য লাগানো রেখার ঢাল হল 1.16 kBT/sq, যা নিয়ন্ত্রণ ডিভাইসের জন্য লাগানো রেখার ঢাল (1.31 kBT/sq) থেকে কম, যা নিশ্চিত করে যে LOS ডিকয় দ্বারা পৃষ্ঠ পুনর্মিলনকে বাধা দেওয়ার জন্য কার্যকর। আমরা চিত্রে দেখানো একটি গর্ত ডিভাইসের অন্ধকার IV বৈশিষ্ট্য (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) পরিমাপ করে একটি পেরোভস্কাইট ফিল্মের ত্রুটি ঘনত্ব পরিমাণগতভাবে পরিমাপ করতে স্পেস চার্জ কারেন্ট লিমিটিং (SCLC) প্রযুক্তি ব্যবহার করি। 4f দেখান। ফাঁদের ঘনত্ব Nt = 2ε0εVTFL/eL2 সূত্র ব্যবহার করে গণনা করা হয়, যেখানে ε হল পেরোভস্কাইট ফিল্মের আপেক্ষিক ডাইইলেক্ট্রিক ধ্রুবক, ε0 হল ভ্যাকুয়ামের ডাইইলেক্ট্রিক ধ্রুবক, VTFL হল ফাঁদ পূরণের জন্য সীমিত ভোল্টেজ, e হল চার্জ, L হল পেরোভস্কাইট ফিল্মের পুরুত্ব (650 nm)। VOC ডিভাইসের ত্রুটি ঘনত্ব 1.450 × 1015 cm–3 হিসাবে গণনা করা হয়, যা নিয়ন্ত্রণ ডিভাইসের ত্রুটি ঘনত্বের চেয়ে কম, যা 1.795 × 1015 cm–3।
প্যাকবিহীন ডিভাইসটি পূর্ণ দিবালোকের নাইট্রোজেনের আলোতে সর্বোচ্চ পাওয়ার পয়েন্টে (MPP) পরীক্ষা করা হয়েছিল যাতে এর দীর্ঘমেয়াদী কর্মক্ষমতা স্থিতিশীলতা পরীক্ষা করা যায় (চিত্র 5a)। 550 ঘন্টা পরেও, LOS ডিভাইসটি তার সর্বোচ্চ দক্ষতার 92% বজায় রেখেছিল, যখন নিয়ন্ত্রণ ডিভাইসের কর্মক্ষমতা তার মূল কর্মক্ষমতার 60% এ নেমে গিয়েছিল। পুরানো ডিভাইসে উপাদানগুলির বন্টন সময়-অফ-ফ্লাইট সেকেন্ডারি আয়ন ভর স্পেকট্রোমেট্রি (ToF-SIMS) (চিত্র 5b, c) দ্বারা পরিমাপ করা হয়েছিল। উপরের সোনার নিয়ন্ত্রণ এলাকায় আয়োডিনের একটি বৃহৎ সঞ্চয় দেখা যায়। নিষ্ক্রিয় গ্যাস সুরক্ষার শর্তগুলি আর্দ্রতা এবং অক্সিজেনের মতো পরিবেশগতভাবে অবনতিকারী কারণগুলিকে বাদ দেয়, যা ইঙ্গিত দেয় যে অভ্যন্তরীণ প্রক্রিয়াগুলি (অর্থাৎ, আয়ন স্থানান্তর) দায়ী। ToF-SIMS ফলাফল অনুসারে, Au ইলেক্ট্রোডে I- এবং AuI2- আয়ন সনাক্ত করা হয়েছিল, যা পেরোভস্কাইট থেকে Au-তে I-এর বিস্তার নির্দেশ করে। নিয়ন্ত্রণ ডিভাইসে I- এবং AuI2- আয়নগুলির সংকেত তীব্রতা VOC নমুনার তুলনায় প্রায় 10 গুণ বেশি। পূর্ববর্তী প্রতিবেদনগুলিতে দেখা গেছে যে আয়ন প্রবেশের ফলে স্পিরো-OMeTAD এর গর্ত পরিবাহিতা দ্রুত হ্রাস পেতে পারে এবং উপরের ইলেক্ট্রোড স্তরের রাসায়নিক ক্ষয় হতে পারে, যার ফলে ডিভাইসের ইন্টারফেসিয়াল যোগাযোগের অবনতি ঘটে37,38। Au ইলেক্ট্রোডটি সরানো হয়েছিল এবং ক্লোরোবেনজিন দ্রবণ দিয়ে সাবস্ট্রেট থেকে স্পিরো-OMeTAD স্তরটি পরিষ্কার করা হয়েছিল। এরপর আমরা গ্রেজিং ইনসিডেন্স এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন (GIXRD) (চিত্র 5d) ব্যবহার করে ফিল্মটি চিহ্নিত করেছি। ফলাফলগুলি দেখায় যে নিয়ন্ত্রণ ফিল্মের 11.8° এ একটি স্পষ্ট বিবর্তন শীর্ষ রয়েছে, যখন LOS নমুনায় কোনও নতুন বিবর্তন শীর্ষ দেখা যায় না। ফলাফলগুলি দেখায় যে নিয়ন্ত্রণ ফিল্মে I আয়নগুলির বৃহৎ ক্ষতি δ পর্যায়ের প্রজন্মের দিকে পরিচালিত করে, যখন LOS ফিল্মে এই প্রক্রিয়াটি স্পষ্টভাবে বাধাগ্রস্ত হয়।
নাইট্রোজেন বায়ুমণ্ডলে একটি সিলবিহীন ডিভাইসের ৫৭৫ ঘন্টা একটানা MPP ট্র্যাকিং এবং UV ফিল্টার ছাড়াই ১টি সূর্যালোক। LOS MPP নিয়ন্ত্রণ ডিভাইস এবং বার্ধক্য ডিভাইসে b I- এবং c AuI2- আয়নের ToF-SIMS বিতরণ। হলুদ, সবুজ এবং কমলা রঙের ছায়া Au, Spiro-OMeTAD এবং perovskite এর সাথে মিলে যায়। MPP পরীক্ষার পরে perovskite ফিল্মের d GIXRD। উৎস ডেটা উৎস ডেটা ফাইল আকারে সরবরাহ করা হয়।
তাপমাত্রা-নির্ভর পরিবাহিতা পরিমাপ করা হয়েছিল যাতে নিশ্চিত করা যায় যে PbC2O4 আয়ন স্থানান্তরকে বাধা দিতে পারে (পরিপূরক চিত্র 21)। আয়ন স্থানান্তরের সক্রিয়করণ শক্তি (Ea) নির্ধারণ করা হয় বিভিন্ন তাপমাত্রায় (T) FAPbI3 ফিল্মের পরিবাহিতা (σ) পরিবর্তন পরিমাপ করে এবং Nernst-Einstein সম্পর্ক ব্যবহার করে: σT = σ0exp(−Ea/kBT), যেখানে σ0 একটি ধ্রুবক, kB হল বোল্টজম্যান ধ্রুবক। আমরা 1/T বনাম ln(σT) এর ঢাল থেকে Ea এর মান পাই, যা নিয়ন্ত্রণের জন্য 0.283 eV এবং LOS ডিভাইসের জন্য 0.419 eV।
সংক্ষেপে, আমরা FAPbI3 পেরোভস্কাইটের অবক্ষয় পথ এবং α-δ ফেজ ট্রানজিশনের শক্তি বাধার উপর বিভিন্ন ত্রুটির প্রভাব সনাক্ত করার জন্য একটি তাত্ত্বিক কাঠামো প্রদান করি। এই ত্রুটিগুলির মধ্যে, VI ত্রুটিগুলি তাত্ত্বিকভাবে α থেকে δ তে সহজেই ফেজ ট্রানজিশন ঘটাতে পারে বলে পূর্বাভাস দেওয়া হয়েছে। I শূন্যস্থান গঠন এবং I আয়নগুলির স্থানান্তরকে বাধা দিয়ে FAPbI3 এর α-ফেজ স্থিতিশীল করার জন্য PbC2O4 এর একটি জল-অদ্রবণীয় এবং রাসায়নিকভাবে স্থিতিশীল ঘন স্তর প্রবর্তন করা হয়েছে। এই কৌশলটি ইন্টারফেসিয়াল নন-রেডিয়েটিভ রিকম্বিনেশনকে উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে, সৌর কোষের দক্ষতা 25.39% বৃদ্ধি করে এবং অপারেটিং স্থিতিশীলতা উন্নত করে। আমাদের ফলাফল ত্রুটি-প্ররোচিত α থেকে δ ফেজ ট্রানজিশনকে বাধা দিয়ে দক্ষ এবং স্থিতিশীল ফর্মামিডিন PSC অর্জনের জন্য নির্দেশিকা প্রদান করে।
টাইটানিয়াম(IV) আইসোপ্রোপক্সাইড (TTIP, 99.999%) সিগমা-অ্যালড্রিচ থেকে কেনা হয়েছিল। হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড (HCl, 35.0–37.0%) এবং ইথানল (অ্যানহাইড্রাস) গুয়াংজু কেমিক্যাল ইন্ডাস্ট্রি থেকে কেনা হয়েছিল। SnO2 (15 wt% টিন(IV) অক্সাইড কলয়েডাল ডিসপার্সন) আলফা আইসার থেকে কেনা হয়েছিল। সীসা(II) আয়োডাইড (PbI2, 99.99%) টিসিআই সাংহাই (চীন) থেকে কেনা হয়েছিল। ফর্মামিডিন আয়োডাইড (FAI, ≥99.5%), ফর্মামিডিন ক্লোরাইড (FACl, ≥99.5%), মিথাইলামাইন হাইড্রোক্লোরাইড (MACl, ≥99.5%), 2,2′,7,7′-টেট্রাকিস-(N, N-di-p))-মেথোক্সায়ানিলিন)-9,9′-স্পাইরোবিফ্লুরিন (স্পাইরো-OMeTAD, ≥99.5%), লিথিয়াম বিস(ট্রাইফ্লুরোমিথেন)সালফোনাইলিমাইড (Li-TFSI, 99.95%), 4-টার্ট -বিউটাইলপাইরিডিন (tBP, 96%) শি'আন পলিমার লাইট টেকনোলজি কোম্পানি (চীন) থেকে কেনা হয়েছিল। N,N-ডাইমিথাইলফর্মামাইড (DMF, 99.8%), ডাইমিথাইল সালফক্সাইড (DMSO, 99.9%), আইসোপ্রোপাইল অ্যালকোহল (IPA, 99.8%), ক্লোরোবেনজিন (CB, 99.8%), অ্যাসিটোনিট্রাইল (ACN)। সিগমা-অ্যালড্রিচ থেকে কেনা। অক্সালিক অ্যাসিড (H2C2O4, 99.9%) ম্যাকলিন থেকে কেনা হয়েছিল। সমস্ত রাসায়নিক অন্য কোনও পরিবর্তন ছাড়াই প্রাপ্ত হিসাবে ব্যবহার করা হয়েছিল।
ITO অথবা FTO সাবস্ট্রেটগুলি (1.5 × 1.5 cm2) যথাক্রমে 10 মিনিটের জন্য ডিটারজেন্ট, অ্যাসিটোন এবং ইথানল দিয়ে আল্ট্রাসোনিকভাবে পরিষ্কার করা হয়েছিল এবং তারপর নাইট্রোজেন স্রোতের নীচে শুকানো হয়েছিল। 60 মিনিটের জন্য 500 °C তাপমাত্রায় জমা হওয়া ইথানলে (1/25, v/v) টাইটানিয়াম ডাইসোপ্রোপক্সিবিস (অ্যাসিটাইলাসেটোনেট) দ্রবণ ব্যবহার করে একটি FTO সাবস্ট্রেটের উপর একটি ঘন TiO2 বাধা স্তর জমা করা হয়েছিল। SnO2 কলয়েডাল বিচ্ছুরণটি 1:5 আয়তনের অনুপাতে ডিআয়োনাইজড জল দিয়ে মিশ্রিত করা হয়েছিল। 20 মিনিটের জন্য UV ওজোন দিয়ে চিকিত্সা করা একটি পরিষ্কার সাবস্ট্রেটের উপর, SnO2 ন্যানো পার্টিকেলের একটি পাতলা আবরণ 4000 rpm এ 30 সেকেন্ডের জন্য জমা করা হয়েছিল এবং তারপর 150 °C তাপমাত্রায় 30 মিনিটের জন্য প্রিহিট করা হয়েছিল। পেরোভস্কাইট প্রিকার্সার দ্রবণের জন্য, 275.2 mg FAI, 737.6 mg PbI2 এবং FACl (20 mol%) DMF/DMSO (15/1) মিশ্র দ্রাবকে দ্রবীভূত করা হয়েছিল। পেরোভস্কাইট স্তরটি তৈরি করা হয়েছিল ৪০ μL পেরোভস্কাইট প্রিকার্সার দ্রবণকে UV-ওজোন-চিকিৎসা করা SnO2 স্তরের উপরে ৫০০০ rpm-এ ২৫ সেকেন্ডের জন্য সেন্ট্রিফিউজ করে। ৫ সেকেন্ডের জন্য শেষবারের মতো, ৫০ μL MACl IPA দ্রবণ (৪ মিলিগ্রাম/মিলি) দ্রুত সাবস্ট্রেটে অ্যান্টিসলভেন্ট হিসেবে ফেলে দেওয়া হয়েছিল। তারপর, সদ্য প্রস্তুত ফিল্মগুলিকে ১৫০°C তাপমাত্রায় ২০ মিনিটের জন্য এবং তারপর ১০০°C তাপমাত্রায় ১০ মিনিটের জন্য অ্যানিল করা হয়েছিল। পেরোভস্কাইট ফিল্মটিকে ঘরের তাপমাত্রায় ঠান্ডা করার পর, H2C2O4 দ্রবণ (১, ২, ৪ মিলিগ্রাম ১ মিলি IPA-তে দ্রবীভূত) পেরোভস্কাইট পৃষ্ঠকে নিষ্ক্রিয় করার জন্য ৩০ সেকেন্ডের জন্য ৪০০০ rpm-এ সেন্ট্রিফিউজ করা হয়েছিল। ৭২.৩ মিলিগ্রাম স্পিরো-ওমেটিএডি, ১ মিলি সিবি, ২৭ µl টিবিপি এবং ১৭.৫ µl লি-টিএফএসআই (১ মিলি অ্যাসিটোনিট্রাইলে ৫২০ মিলিগ্রাম) মিশিয়ে তৈরি একটি স্পিরো-ওমেটিএডি দ্রবণ ৩০ সেকেন্ডের মধ্যে ৪০০০ আরপিএম গতিতে ফিল্মের উপর স্পিন-লেপ দেওয়া হয়েছিল। অবশেষে, ১০০ এনএম পুরু একটি Au স্তর ভ্যাকুয়ামে ০.০৫ এনএম/সেকেন্ড (০~১ এনএম), ০.১ এনএম/সেকেন্ড (২~১৫ এনএম) এবং ০.৫ এনএম/সেকেন্ড (১৬~১০০ এনএম) হারে বাষ্পীভূত করা হয়েছিল। )।
পেরোভস্কাইট সৌর কোষের SC কর্মক্ষমতা Keithley 2400 মিটার আন্ডার সোলার সিমুলেটর ইলুমিনেশন (SS-X50) ব্যবহার করে 100 mW/cm2 আলোর তীব্রতায় পরিমাপ করা হয়েছিল এবং ক্যালিব্রেটেড স্ট্যান্ডার্ড সিলিকন সৌর কোষ ব্যবহার করে যাচাই করা হয়েছিল। অন্যথায় বলা না থাকলে, SP বক্ররেখাগুলি একটি নাইট্রোজেন-ভরা গ্লাভ বক্সে ঘরের তাপমাত্রায় (~25°C) ফরোয়ার্ড এবং রিভার্স স্ক্যান মোডে পরিমাপ করা হয়েছিল (ভোল্টেজ ধাপ 20 mV, বিলম্ব সময় 10 ms)। পরিমাপ করা PSC-এর জন্য 0.067 cm2 এর কার্যকর ক্ষেত্র নির্ধারণ করতে একটি ছায়া মুখোশ ব্যবহার করা হয়েছিল। ডিভাইসের উপর একরঙা আলো কেন্দ্রীভূত করে PVE300-IVT210 সিস্টেম (ইন্ডাস্ট্রিয়াল ভিশন টেকনোলজি(গুলি) Pte Ltd) ব্যবহার করে পরিবেষ্টিত বাতাসে EQE পরিমাপ করা হয়েছিল। ডিভাইসের স্থিতিশীলতার জন্য, UV ফিল্টার ছাড়াই 100 mW/cm2 চাপে একটি নাইট্রোজেন গ্লাভবক্সে নন-এনক্যাপসুলেটেড সৌর কোষের পরীক্ষা করা হয়েছিল। ToF-SIMS PHI nanoTOFII টাইম-অফ-ফ্লাইট SIMS ব্যবহার করে পরিমাপ করা হয়। ৪০০×৪০০ µm ক্ষেত্রফলের ৪ kV Ar আয়ন বন্দুক ব্যবহার করে গভীরতার প্রোফাইলিং পাওয়া গেছে।
এক্স-রে ফটোইলেক্ট্রন স্পেকট্রোস্কোপি (XPS) পরিমাপ একটি থার্মো-ভিজি সায়েন্টিফিক সিস্টেম (ESCALAB 250) এ মনোক্রোমাইজড আল কেα (এক্সপিএস মোডের জন্য) ব্যবহার করে 5.0 × 10–7 Pa চাপে করা হয়েছিল। স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM) একটি JEOL-JSM-6330F সিস্টেমে করা হয়েছিল। পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপি (AFM) (ব্রুকার ডাইমেনশন ফাস্টস্ক্যান) ব্যবহার করে পেরোভস্কাইট ফিল্মের পৃষ্ঠের আকারবিদ্যা এবং রুক্ষতা পরিমাপ করা হয়েছিল। STEM এবং HAADF-STEM FEI টাইটান থেমিস STEM-এ রাখা হয়েছে। UV-3600Plus (Shimadzu Corporation) ব্যবহার করে UV-Vis শোষণ বর্ণালী পরিমাপ করা হয়েছিল। Keithley 2400 মিটারে স্পেস চার্জ লিমিটিং কারেন্ট (SCLC) রেকর্ড করা হয়েছিল। FLS 1000 ফটোলুমিনেসেন্স স্পেকট্রোমিটার ব্যবহার করে ক্যারিয়ার লাইফটাইম ক্ষয়ের স্টেডি-স্টেট ফটোলুমিনেসেন্স (PL) এবং টাইম-রিসোলভড ফটোলুমিনেসেন্স (TRPL) পরিমাপ করা হয়েছিল। পিএল ম্যাপিং চিত্রগুলি একটি হোরিবা ল্যাবরেম রমন সিস্টেম এইচআর ইভোলিউশন ব্যবহার করে পরিমাপ করা হয়েছিল। ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম ইনফ্রারেড স্পেকট্রোস্কোপি (এফটিআইআর) একটি থার্মো-ফিশার নিকোলেট এনএক্সআর 9650 সিস্টেম ব্যবহার করে সঞ্চালিত হয়েছিল।
এই কাজে, আমরা α-phase থেকে δ-phase-এ ফেজ ট্রানজিশন পাথ অধ্যয়নের জন্য SSW পাথ স্যাম্পলিং পদ্ধতি ব্যবহার করি। SSW পদ্ধতিতে, সম্ভাব্য শক্তি পৃষ্ঠের গতি র্যান্ডম সফট মোড (দ্বিতীয় ডেরিভেটিভ) এর দিক দ্বারা নির্ধারিত হয়, যা সম্ভাব্য শক্তি পৃষ্ঠের একটি বিশদ এবং বস্তুনিষ্ঠ অধ্যয়নের অনুমতি দেয়। এই কাজে, 72-পরমাণু সুপারসেলে পাথ স্যাম্পলিং করা হয় এবং DFT স্তরে 100 টিরও বেশি প্রাথমিক/চূড়ান্ত অবস্থা (IS/FS) জোড়া সংগ্রহ করা হয়। IS/FS জোড়াওয়ালা ডেটা সেটের উপর ভিত্তি করে, প্রাথমিক কাঠামো এবং চূড়ান্ত কাঠামোর সাথে সংযোগকারী পথটি পরমাণুর মধ্যে সঙ্গতি দিয়ে নির্ধারণ করা যেতে পারে, এবং তারপরে পরিবর্তনশীল একক পৃষ্ঠ বরাবর দ্বি-মুখী গতিবিধি ব্যবহার করে ট্রানজিশন অবস্থা পদ্ধতিটি মসৃণভাবে নির্ধারণ করা হয়। (VK-DESV)। ট্রানজিশন অবস্থা অনুসন্ধান করার পরে, শক্তি বাধাগুলিকে র‍্যাঙ্ক করে সর্বনিম্ন বাধা সহ পথটি নির্ধারণ করা যেতে পারে।
সমস্ত DFT গণনা VASP (সংস্করণ 5.3.5) ব্যবহার করে সম্পাদিত হয়েছিল, যেখানে C, N, H, Pb, এবং I পরমাণুর ইলেকট্রন-আয়ন মিথস্ক্রিয়া একটি প্রক্ষিপ্ত পরিবর্ধিত তরঙ্গ (PAW) স্কিম দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয়েছে। বিনিময় সম্পর্ক ফাংশনটি Perdue-Burke-Ernzerhoff প্যারামিটারাইজেশনে সাধারণীকৃত গ্রেডিয়েন্ট আনুমানিকতা দ্বারা বর্ণনা করা হয়েছে। সমতল তরঙ্গের জন্য শক্তি সীমা 400 eV তে সেট করা হয়েছিল। Monkhorst-Pack k-পয়েন্ট গ্রিডের আকার (2 × 2 × 1)। সমস্ত কাঠামোর জন্য, সর্বাধিক স্ট্রেস উপাদান 0.1 GPa এর নিচে এবং সর্বাধিক বল উপাদান 0.02 eV/Å এর নিচে না হওয়া পর্যন্ত ল্যাটিস এবং পারমাণবিক অবস্থানগুলি সম্পূর্ণরূপে অপ্টিমাইজ করা হয়েছিল। পৃষ্ঠ মডেলে, FAPbI3 এর পৃষ্ঠে 4 টি স্তর রয়েছে, নীচের স্তরে FAPbI3 এর বডি অনুকরণ করে স্থির পরমাণু রয়েছে এবং উপরের তিনটি স্তর অপ্টিমাইজেশন প্রক্রিয়া চলাকালীন অবাধে চলাচল করতে পারে। PbC2O4 স্তরটি 1 ML পুরু এবং FAPbI3 এর I-টার্মিনাল পৃষ্ঠে অবস্থিত, যেখানে Pb 1 I এবং 4 O এর সাথে আবদ্ধ।
অধ্যয়নের নকশা সম্পর্কে আরও তথ্যের জন্য, এই নিবন্ধের সাথে সম্পর্কিত প্রাকৃতিক পোর্টফোলিও প্রতিবেদনের সারাংশ দেখুন।
এই গবেষণার সময় প্রাপ্ত বা বিশ্লেষণ করা সমস্ত তথ্য প্রকাশিত নিবন্ধে, পাশাপাশি সহায়ক তথ্য এবং কাঁচা তথ্য ফাইলগুলিতে অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে। এই গবেষণায় উপস্থাপিত কাঁচা তথ্য https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440 ওয়েবসাইটে পাওয়া যাবে। এই নিবন্ধের জন্য উৎস তথ্য সরবরাহ করা হয়েছে।
গ্রিন, এম. এট আল। সৌর কোষ দক্ষতা সারণী (৫৭তম সংস্করণ)। প্রোগ্রাম। আলোক-বিদ্যুৎ। সম্পদ। প্রয়োগ। ২৯, ৩–১৫ (২০২১)।
পার্কার জে. প্রমুখ। উদ্বায়ী অ্যালকাইল অ্যামোনিয়াম ক্লোরাইড ব্যবহার করে পেরোভস্কাইট স্তরের বৃদ্ধি নিয়ন্ত্রণ করা। প্রকৃতি 616, 724–730 (2023)।
ঝাও ওয়াই. প্রমুখ। নিষ্ক্রিয় (PbI2)2RbCl উচ্চ-দক্ষতাসম্পন্ন সৌর কোষের জন্য পেরোভস্কাইট ফিল্মগুলিকে স্থিতিশীল করে। বিজ্ঞান 377, 531–534 (2022)।
ট্যান, কে. প্রমুখ। ডাইমিথাইলাক্রিডিনাইল ডোপান্ট ব্যবহার করে উল্টানো পেরোভস্কাইট সৌর কোষ। প্রকৃতি, 620, 545–551 (2023)।
হান, কে. প্রমুখ। একক স্ফটিক ফর্মামিডিন সীসা আয়োডাইড (FAPbI3): কাঠামোগত, আলোকীয় এবং বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যের অন্তর্দৃষ্টি। ক্রিয়াবিশেষণ। ম্যাট. 28, 2253–2258 (2016)।
ম্যাসি, এস. এট আল। FAPbI3 এবং CsPbI3-তে কালো পেরোভস্কাইট পর্যায়ের স্থিতিশীলতা। AKS এনার্জি কমিউনিকেশনস। 5, 1974–1985 (2020)।
আপনি, জেজে, এবং অন্যান্যরা। উন্নত ক্যারিয়ার ব্যবস্থাপনার মাধ্যমে দক্ষ পেরোভস্কাইট সৌর কোষ। প্রকৃতি 590, 587–593 (2021)।
সালিবা এম. প্রমুখ। পেরোভস্কাইট সৌর কোষে রুবিডিয়াম ক্যাটেশনের অন্তর্ভুক্তি ফটোভোলটাইক কর্মক্ষমতা উন্নত করে। বিজ্ঞান 354, 206–209 (2016)।
সালিবা এম. প্রমুখ। ট্রিপল-কেশন পেরোভস্কাইট সিজিয়াম সৌর কোষ: উন্নত স্থিতিশীলতা, পুনরুৎপাদনযোগ্যতা এবং উচ্চ দক্ষতা। শক্তি পরিবেশ। বিজ্ঞান। ৯, ১৯৮৯–১৯৯৭ (২০১৬)।
কুই এক্স. এবং অন্যান্যরা উচ্চ-কার্যক্ষমতা সম্পন্ন পেরোভস্কাইট সৌর কোষে FAPbI3 ফেজ স্থিতিশীলকরণের সাম্প্রতিক অগ্রগতি Sol. RRL 6, 2200497 (2022)।
ডেলাগেটা এস. এট আল. মিশ্র হ্যালাইড জৈব-অজৈব পেরোভস্কাইটের যুক্তিসঙ্গত আলোক-প্ররোচিত পর্যায় পৃথকীকরণ। ন্যাট. যোগাযোগ। 8, 200 (2017)।
স্লটক্যাভেজ, ডিজে এবং অন্যান্য। হ্যালাইড পেরোভস্কাইট শোষকগুলিতে আলো-প্ররোচিত পর্যায় পৃথকীকরণ। AKS এনার্জি কমিউনিকেশনস। 1, 1199–1205 (2016)।
চেন, এল. এট আল। ফর্মামিডিন লিড ট্রায়োডাইড পেরোভস্কাইট সিঙ্গেল ক্রিস্টালের অভ্যন্তরীণ পর্যায়ের স্থিতিশীলতা এবং অভ্যন্তরীণ ব্যান্ডগ্যাপ। অঞ্জিভা। রাসায়নিক। আন্তর্জাতিকতা। সংস্করণ। 61। e202212700 (2022)।
ডুইনস্টি, ইএ ইত্যাদি। মিথাইলেনডায়াঅ্যামোনিয়াম এর পচন এবং সীসা ট্রাইওডাইড ফর্মামিডিন এর পর্যায় স্থিতিশীলকরণে এর ভূমিকা বুঝুন। জে. কেম. বিচ। 18, 10275–10284 (2023)।
লু, এইচজেড এবং অন্যান্য। কালো পেরোভস্কাইট সৌর কোষের দক্ষ এবং স্থিতিশীল বাষ্প জমা FAPbI3। বিজ্ঞান 370, 74 (2020)।
ডোহার্টি, টিএএস ইত্যাদি। স্থিতিশীল হেলানো অষ্টহেড্রাল হ্যালাইড পেরোভস্কাইট সীমিত বৈশিষ্ট্য সহ পর্যায়গুলির স্থানীয় গঠনকে দমন করে। বিজ্ঞান 374, 1598–1605 (2021)।
হো, কে. প্রমুখ। আর্দ্রতা এবং আলোর প্রভাবে ফর্মামিডিন শস্য এবং সিজিয়াম এবং সীসা আয়োডাইড পেরোভস্কাইটের রূপান্তর এবং অবক্ষয়ের প্রক্রিয়া। AKS এনার্জি কমিউনিকেশনস। 6, 934–940 (2021)।
ঝেং জে. প্রমুখ। α-FAPbI3 পেরোভস্কাইট সৌর কোষের জন্য সিউডোহ্যালাইড অ্যানিয়নের বিকাশ। প্রকৃতি 592, 381–385 (2021)।