Metaalhalogenide perovskieten (ABX₃ ) zijn naar voren gekomen als veelbelovende kandidaten voor verschillende opto-elektronische toepassingen vanwege hun uitstekende opto-elektronische eigenschappen en goedkope fabricage. Op dit moment is de lichtabsorberende laag van de meest efficiënte perovskietzonnecellen (PSC's) met enkelvoudige verbinding bijna allemaal gebaseerd op FAPbI₃ perovskiet, waardoor een stroomconversie-efficiëntie (PCE) wordt bereikt die vergelijkbaar is met commerciële kristallijne siliciumcellen.

De fotoactieve zwartfase FAPbI₃ transformeert gemakkelijk in een foto-inactieve gele fase onder vochtige omstandigheden. Composition engineering zoals A/X-site legering is ontwikkeld om de zwarte fase FAPbI₃ te stabiliseren .

Met name het legeren van FA ⁺ met Cs ⁺ vormen pure-jodide FA-Cs perovskiet (FA_1-x Cs_x PbI₃ ) is een ideale benadering om PSC's te verkrijgen met een hoge efficiëntie en stabiliteit. Vanwege de complexe kristallisatiekinetiek tussen FAPbI₃ en CsPbI₃ , FA_1-x Cs_x PbI₃ perovskiet bereid door typische eenstaps (1S) kristallisatie vertoont een slechte homogeniteit van de samenstelling en een hoge valdichtheid, wat de prestaties van het apparaat en de stabiliteit op lange termijn beperkt.

Om deze uitdaging aan te gaan, hebben professor Yixin Zhao van de Shanghai Jiao Tong University en collega's onlangs een strategie ontwikkeld van sequentiële cesiumopname (SCI) om de kristallisatie van FA-C's trijodideperovskiet te ontkoppelen met zeer efficiënte en stabiele PSC's.

In dit werk wordt cesiumformiaat (HCOOC's) als cesiumbron achtereenvolgens geïntroduceerd in hoogwaardige FA-precursorfilm. Door samen te werken met professor Feng Gao van de Universiteit van Linköping, een nieuw stabilisatiemechanisme voor Cs-doping om FAPbI₃ te stabiliseren wordt ook onthuld. Dit onderzoeksartikel is gepubliceerd in National Science Review .

In hun werk, hoogwaardige FA_1-x Cs_x PbI₃ (x =0,05-0,16) perovskieten worden verkregen met de SCI-methode. De verhouding van FA tot Cs in deze SCI-FA_1-x Cs_x PbI₃ perovskieten kunnen gemakkelijk worden afgestemd door de inhoud van de cesiumbron aan te passen.

Vergeleken met de conventionele in één stap voorbereide 1S-FA_1-x Cs_x PbI₃ perovskieten, SCI-FA_1-x Cs_x PbI₃ perovskieten hebben een veel uniformere Cs-verdeling aangetoond. "De uniforme samenstellingsdistributie van C's is de sleutel tot het verbeteren van de apparaatprestaties", zegt Zhao, terwijl de PSC's gebaseerd zijn op SCI-FA_0.91 Cs_0,09 PbI₃ films behaalden een PCE van 24,7% (gecertificeerd 23,8%), wat de hoogste waarde is van de tot nu toe gerapporteerde FA-C's trijodide PSC's.

Bovendien onthulde de samenwerking met de groep van Gao verder een nieuw stabilisatiemechanisme voor deze Cs-doping. De opname van C's in FAPbI₃ vermindert de elektron-fonon-koppelingssterkte en roosterfluctuatie aanzienlijk, waardoor ionische migratie en de vorming van jodiderijke clusters worden onderdrukt. Als gevolg hiervan is de stabiliteit van op FA-C's gebaseerde apparaten sterk verbeterd.

Al met al biedt dit werk nieuwe mogelijkheden voor de strategische ontwikkeling van hoogwaardige perovskieten met gemengde kationen en een goede controle over de kristallisatiekinetiek, wat een mijlpaal vormt voor de rationele constructie van zeer efficiënte en stabiele opto-elektronische toepassingen op basis van perovskiet, inclusief maar niet beperkt tot cellen, lichtgevende dioden en lasers. + Verder verkennen

Oplosmiddeleffect op filmvorming en apparaatprestaties voor 2D Dion-Jacobson perovskiet-zonnecellen