Nature.com پر جانے کا شکریہ۔ براؤزر کا جو ورژن آپ استعمال کر رہے ہیں وہ محدود CSS سپورٹ رکھتا ہے۔ بہترین نتائج کے لیے، ہم آپ کے براؤزر کا نیا ورژن استعمال کرنے کی تجویز کرتے ہیں (یا انٹرنیٹ ایکسپلورر میں مطابقت موڈ کو بند کر دیں)۔ اس دوران، جاری تعاون کو یقینی بنانے کے لیے، ہم سائٹ کو اسٹائل یا جاوا اسکرپٹ کے بغیر دکھا رہے ہیں۔
لیڈ ٹرائیوڈائڈ پیرووسکائٹ سولر سیلز کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے ڈیفیکٹ پاسیویشن کا وسیع پیمانے پر استعمال کیا گیا ہے، لیکن α-فیز کے استحکام پر مختلف نقائص کا اثر واضح نہیں ہے۔ یہاں، کثافت فنکشنل تھیوری کا استعمال کرتے ہوئے، ہم پہلی بار α-phase سے δ-phase تک formamidine لیڈ ٹرائیوڈائڈ پیرووسکائٹ کے انحطاط کے راستے کی نشاندہی کرتے ہیں اور مرحلے کی منتقلی توانائی کی رکاوٹ پر مختلف نقائص کے اثر کا مطالعہ کرتے ہیں۔ نقلی نتائج پیش گوئی کرتے ہیں کہ آیوڈین کی خالی جگہیں انحطاط کا سب سے زیادہ امکان رکھتی ہیں کیونکہ وہ α-δ مرحلے کی منتقلی کے لیے توانائی کی رکاوٹ کو نمایاں طور پر کم کرتی ہیں اور پیرووسکائٹ کی سطح پر سب سے کم تشکیل توانائی رکھتے ہیں۔ پانی میں گھلنشیل لیڈ آکسالیٹ کی ایک گھنی تہہ کا پیرووسکائٹ کی سطح پر تعارف α-فیز کے گلنے کو نمایاں طور پر روکتا ہے، آئیوڈین کی منتقلی اور اتار چڑھاؤ کو روکتا ہے۔ مزید برآں، یہ حکمت عملی نمایاں طور پر انٹرفیشل غیر ریڈی ایٹیو دوبارہ ملاپ کو کم کرتی ہے اور سولر سیل کی کارکردگی کو 25.39% تک بڑھاتی ہے (24.92% تصدیق شدہ)۔ غیر پیکج شدہ ڈیوائس مصنوعی 1.5 جی ایئر ماس شعاع ریزی کے تحت 550 گھنٹے زیادہ سے زیادہ پاور پر کام کرنے کے بعد بھی اپنی اصل 92 فیصد کارکردگی کو برقرار رکھ سکتی ہے۔
پیرووسکائٹ سولر سیلز (PSCs) کی پاور کنورژن ایفیشنسی (PCE) 26%1 کی اعلیٰ سند تک پہنچ گئی ہے۔ 2015 کے بعد سے، جدید PSCs نے فارمامیڈین ٹرائیوڈائڈ پیرووسکائٹ (FAPbI3) کو روشنی جذب کرنے والی پرت کے طور پر اس کے بہترین تھرمل استحکام اور 2,3,4 کی شاکلی-کیسر کی حد کے قریب ترجیحی بینڈ گیپ کی وجہ سے ترجیح دی ہے۔ بدقسمتی سے، FAPbI3 فلمیں تھرموڈینامک طور پر کمرے کے درجہ حرارت 5,6 پر سیاہ α مرحلے سے پیلے رنگ کے غیر پیرووسکائٹ δ مرحلے میں منتقلی سے گزرتی ہیں۔ ڈیلٹا مرحلے کے قیام کو روکنے کے لئے، مختلف پیچیدہ پیرووسکائٹ مرکبات تیار کیے گئے ہیں. اس مسئلے پر قابو پانے کے لیے سب سے عام حکمت عملی FAPbI3 کو میتھائل امونیم (MA+)، سیزیم (Cs+) اور برومائیڈ (Br-) آئنز 7,8,9 کے مرکب کے ساتھ ملانا ہے۔ تاہم، ہائبرڈ پیرووسکائٹس بینڈ گیپ کو وسیع کرنے اور فوٹو انڈیسڈ فیز علیحدگی کا شکار ہیں، جو نتیجے میں PSCs10,11,12 کی کارکردگی اور آپریشنل استحکام سے سمجھوتہ کرتے ہیں۔
حالیہ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ خالص سنگل کرسٹل FAPbI3 بغیر کسی ڈوپنگ کے بہترین کرسٹل پن اور کم نقائص 13,14 کی وجہ سے بہترین استحکام رکھتا ہے۔ اس لیے، بلک FAPbI3 کی کرسٹلینٹی میں اضافہ کرکے نقائص کو کم کرنا موثر اور مستحکم PSCs2,15 کے حصول کے لیے ایک اہم حکمت عملی ہے۔ تاہم، FAPbI3 PSC کے آپریشن کے دوران، ناپسندیدہ پیلے ہیکساگونل نان پیرووسکائٹ δ مرحلے میں انحطاط اب بھی ہو سکتا ہے16۔ یہ عمل عام طور پر سطحوں اور اناج کی حدود سے شروع ہوتا ہے جو متعدد خراب علاقوں کی موجودگی کی وجہ سے پانی، گرمی اور روشنی کے لیے زیادہ حساس ہوتے ہیں۔ لہذا، FAPbI318 کے بلیک فیز کو مستحکم کرنے کے لیے سطح/اناج کا گزرنا ضروری ہے۔ کم جہتی پیرووسکائٹس، ایسڈ بیس لیوس مالیکیولز، اور امونیم ہیلائیڈ نمکیات کا تعارف سمیت بہت سی خرابی کو ختم کرنے کی حکمت عملیوں نے فارمامیڈین PSCs19,20,21,22 میں بہت ترقی کی ہے۔ آج تک، تقریباً تمام مطالعات نے آپٹو الیکٹرانک خصوصیات کا تعین کرنے میں مختلف نقائص کے کردار پر توجہ مرکوز کی ہے جیسے کہ کیرئیر کی بحالی، بازی کی لمبائی اور شمسی خلیوں میں بینڈ کی ساخت 22,23,24۔ مثال کے طور پر، کثافت فنکشنل تھیوری (DFT) کا استعمال نظریاتی طور پر مختلف نقائص کی تشکیل کی توانائیوں اور پھنسنے والی توانائی کی سطحوں کی پیش گوئی کرنے کے لیے کیا جاتا ہے، جس کا استعمال وسیع پیمانے پر پریکٹیکل پاسیویشن ڈیزائن20,25,26 کی رہنمائی کے لیے کیا جاتا ہے۔ جیسے جیسے نقائص کی تعداد کم ہوتی ہے، عام طور پر آلہ کا استحکام بہتر ہوتا ہے۔ تاہم، فارمامیڈین پی ایس سی میں، مرحلے کے استحکام اور فوٹو الیکٹرک خصوصیات پر مختلف نقائص کے اثر و رسوخ کے طریقہ کار کو مکمل طور پر مختلف ہونا چاہئے. ہمارے بہترین علم کے مطابق، کس طرح نقائص کیوبک کو ہیکساگونل (α-δ) مرحلے کی منتقلی پر آمادہ کرتے ہیں اور α-FAPbI3 پیرووسکائٹ کے مرحلے کے استحکام پر سطح کے گزرنے کے کردار کی بنیادی سمجھ ابھی تک کم ہے۔
یہاں، ہم FAPbI3 پیرووسکائٹ کے بلیک α-فیز سے پیلے δ-فیز تک کے انحطاط کا راستہ اور DFT کے ذریعے α-to-δ-مرحلے کی منتقلی کی توانائی کی رکاوٹ پر مختلف نقائص کے اثر کو ظاہر کرتے ہیں۔ I کی آسامیاں، جو فلم سازی اور ڈیوائس کے آپریشن کے دوران آسانی سے پیدا ہوتی ہیں، کی پیش گوئی کی جاتی ہے کہ α-δ مرحلے کی منتقلی کا سب سے زیادہ امکان ہے۔ لہٰذا، ہم نے FAPbI3 کے اوپر لیڈ آکسالیٹ (PbC2O4) کی پانی میں حل نہ ہونے والی اور کیمیائی طور پر مستحکم گھنی تہہ متعارف کرائی۔ لیڈ آکسالیٹ سطح (LOS) I خالی جگہوں کی تشکیل کو روکتی ہے اور I آئنوں کی منتقلی کو روکتی ہے جب گرمی، روشنی اور برقی میدانوں سے تحریک پیدا ہوتی ہے۔ نتیجے میں ہونے والا LOS نمایاں طور پر انٹرفیشل نان ریڈی ایٹیو ری کمبینیشن کو کم کرتا ہے اور FAPbI3 PSC کی کارکردگی کو 25.39% تک بڑھاتا ہے (24.92% تک تصدیق شدہ)۔ غیر پیکج شدہ LOS ڈیوائس نے زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ (MPP) پر 1.5 G تابکاری کے مصنوعی ایئر ماس (AM) پر 550 گھنٹے سے زیادہ کام کرنے کے بعد اپنی اصل کارکردگی کا 92% برقرار رکھا۔
ہم نے سب سے پہلے α مرحلے سے δ مرحلے میں منتقلی کے لیے FAPbI3 پیرووسکائٹ کے گلنے کا راستہ تلاش کرنے کے لیے ابتدائی حسابات کیے ہیں۔ ایک تفصیلی مرحلے کی تبدیلی کے عمل کے ذریعے، یہ پایا جاتا ہے کہ FAPbI3 کے کیوبک α-فیز میں تین جہتی کارنر شیئرنگ [PbI6] آکٹہیڈرون سے ایک جہتی کنارے کی شیئرنگ [PbI6] آکٹہیڈرون سے ہیکساگونل ایف اے پی بی ڈی δ کی ہیکساگونل میں تبدیلی حاصل ہوتی ہے۔ توڑنا 9۔ Pb-I پہلے مرحلے (Int-1) میں ایک بانڈ بناتا ہے، اور اس کی توانائی کی رکاوٹ 0.62 eV/cell تک پہنچ جاتی ہے، جیسا کہ شکل 1a میں دکھایا گیا ہے۔ جب آکٹہیڈرون کو [0\(\bar{1}\)1] سمت میں منتقل کیا جاتا ہے تو، مسدس مختصر سلسلہ 1×1 سے 1×3، 1×4 تک پھیلتا ہے اور آخر میں δ مرحلے میں داخل ہوتا ہے۔ پورے راستے کا واقفیت کا تناسب (011)α//(001)δ + [100]α//[100]δ ہے۔ توانائی کی تقسیم کے خاکے سے، یہ پایا جا سکتا ہے کہ درج ذیل مراحل میں FAPbI3 کے δ مرحلے کے نیوکلیشن کے بعد، توانائی کی رکاوٹ α مرحلے کی منتقلی سے کم ہے، جس کا مطلب ہے کہ مرحلے کی منتقلی کو تیز کیا جائے گا۔ واضح طور پر، مرحلے کی منتقلی کو کنٹرول کرنے کا پہلا قدم اہم ہے اگر ہم α-مرحلے کے انحطاط کو دبانا چاہتے ہیں۔
بائیں سے دائیں مرحلے میں تبدیلی کا عمل - سیاہ FAPbI3 مرحلہ (α-فیز)، پہلا Pb-I بانڈ کلیویج (Int-1) اور مزید Pb-I بانڈ کلیویج (Int-2، Int-3 اور Int-4) اور پیلا مرحلہ FAPbI3 (ڈیلٹا مرحلہ)۔ b مختلف اندرونی نقائص کی بنیاد پر FAPbI3 کی α سے δ مرحلے کی منتقلی میں توانائی کی رکاوٹیں۔ نقطے والی لائن ایک مثالی کرسٹل (0.62 eV) کی توانائی کی رکاوٹ کو ظاہر کرتی ہے۔ c لیڈ پیرووسکائٹ کی سطح پر بنیادی نقطہ کے نقائص کی تشکیل کی توانائی۔ abscissa محور α-δ مرحلے کی منتقلی کی توانائی کی رکاوٹ ہے، اور ordinate محور عیب کی تشکیل کی توانائی ہے۔ سرمئی، پیلے اور سبز رنگ میں سایہ دار حصے بالترتیب قسم I (کم EB-ہائی FE)، قسم II (ہائی FE) اور قسم III (لو EB-low FE) ہیں۔ D کنٹرول میں FAPbI3 کے نقائص VI اور LOS کی تشکیل کی توانائی۔ ای I آئن ہجرت کے کنٹرول میں رکاوٹ اور FAPbI3 کے LOS۔ f - gf کنٹرول میں I ions (اورینج اسفیئرز) اور gLOS FAPbI3 (گرے، لیڈ؛ وایلیٹ (اورنج)، آیوڈین (موبائل آئوڈین)) کی منتقلی کی منصوبہ بندی کی نمائندگی (بائیں: اوپر کا منظر؛ دائیں: کراس سیکشن، براؤن)؛ کاربن ہلکا نیلا - نائٹروجن؛ سرخ - آکسیجن؛ ہلکا گلابی - ہائیڈروجن)۔ سورس ڈیٹا سورس ڈیٹا فائلوں کی شکل میں فراہم کیا جاتا ہے۔
اس کے بعد ہم نے مختلف اندرونی نقائص (بشمول PbFA، IFA، PbI، اور IPb اینٹی سائٹ قبضے؛ Pbi اور Ii انٹرسٹیشل ایٹم؛ اور VI، VFA، اور VPb خالی جگہوں) کے اثر و رسوخ کا منظم طریقے سے مطالعہ کیا، جن کو اہم عوامل سمجھا جاتا ہے۔ جوہری اور توانائی کی سطح کے مرحلے میں انحطاط کا سبب بنتا ہے تصویر 1b اور ضمنی جدول 1 میں دکھایا گیا ہے۔ دلچسپ بات یہ ہے کہ تمام نقائص α-δ مرحلے کی منتقلی کی توانائی کی رکاوٹ کو کم نہیں کرتے ہیں (شکل 1b)۔ ہمارا ماننا ہے کہ ایسے نقائص جن میں تشکیل کی توانائیاں کم ہوتی ہیں اور α-δ مرحلے کی منتقلی کی توانائی کی رکاوٹیں مرحلے کے استحکام کے لیے نقصان دہ سمجھی جاتی ہیں۔ جیسا کہ پہلے بتایا گیا ہے، سیسہ سے بھرپور سطحوں کو عام طور پر فارمامیڈین PSC27 کے لیے موثر سمجھا جاتا ہے۔ لہذا، ہم سیسہ سے بھرپور حالات میں PbI2 ختم شدہ (100) سطح پر توجہ مرکوز کرتے ہیں۔ سطح کے اندرونی نکات کی خرابی کی تشکیل توانائی کو شکل 1c اور ضمنی جدول 1 میں دکھایا گیا ہے۔ توانائی کی رکاوٹ (EB) اور فیز ٹرانزیشن فارمیشن انرجی (FE) کی بنیاد پر، ان نقائص کو تین اقسام میں درجہ بندی کیا گیا ہے۔ ٹائپ I (کم EB-ہائی FE): اگرچہ IPb، VFA اور VPb مرحلے کی منتقلی میں توانائی کی رکاوٹ کو نمایاں طور پر کم کرتے ہیں، لیکن ان میں تشکیل کی توانائی زیادہ ہے۔ لہذا، ہم سمجھتے ہیں کہ اس قسم کے نقائص کا فیز ٹرانزیشن پر محدود اثر پڑتا ہے کیونکہ وہ شاذ و نادر ہی بنتے ہیں۔ قسم II (ہائی ای بی): بہتر α-δ مرحلے کی منتقلی کی توانائی کی رکاوٹ کی وجہ سے، اینٹی سائٹ نقائص PbI، IFA اور PbFA α-FAPbI3 پیرووسکائٹ کے مرحلے کے استحکام کو نقصان نہیں پہنچاتے ہیں۔ قسم III (کم EB-low FE): VI، Ii اور Pbi کے نقائص نسبتاً کم تشکیل والی توانائیوں کے ساتھ سیاہ مرحلے کے انحطاط کا سبب بن سکتے ہیں۔ خاص طور پر سب سے کم FE اور EB VI کو دیکھتے ہوئے، ہم سمجھتے ہیں کہ سب سے مؤثر حکمت عملی I کی اسامیوں کو کم کرنا ہے۔
VI کو کم کرنے کے لیے، ہم نے FAPbI3 کی سطح کو بہتر بنانے کے لیے PbC2O4 کی ایک گھنی تہہ تیار کی۔ نامیاتی halide نمک کے پاسویٹرز جیسے phenylethylammonium iodide (PEAI) اور n-octylammonium iodide (OAI) کے مقابلے میں، PbC2O4، جس میں کوئی موبائل ہالوجن آئن نہیں ہوتا، کیمیاوی طور پر مستحکم، پانی میں گھلنشیل، اور محرک پر آسانی سے غیر فعال ہو جاتا ہے۔ سطح کی نمی اور پیرووسکائٹ کے برقی میدان کا اچھا استحکام۔ پانی میں PbC2O4 کی حل پذیری صرف 0.00065 g/L ہے، جو PbSO428 سے بھی کم ہے۔ زیادہ اہم بات یہ ہے کہ LOS کی گھنی اور یکساں تہوں کو حالات کے رد عمل میں استعمال کرتے ہوئے پیرووسکائٹ فلموں پر نرمی سے تیار کیا جا سکتا ہے (نیچے دیکھیں)۔ ہم نے FAPbI3 اور PbC2O4 کے درمیان انٹرفیشل بانڈنگ کے DFT سمولیشنز کیے جیسا کہ ضمنی شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔ ضمنی جدول 2 LOS انجیکشن کے بعد خرابی کی تشکیل کی توانائی کو پیش کرتا ہے۔ ہم نے پایا کہ LOS نہ صرف VI نقائص کی تشکیل توانائی کو 0.69–1.53 eV (شکل 1d) تک بڑھاتا ہے، بلکہ ہجرت کی سطح اور باہر نکلنے کی سطح (شکل 1e) پر I کی ایکٹیویشن انرجی کو بھی بڑھاتا ہے۔ پہلے مرحلے میں، I آئن پیرووسکائٹ کی سطح کے ساتھ ہجرت کرتے ہیں، VI آئنوں کو 0.61 eV کی توانائی کی رکاوٹ کے ساتھ جالی کی پوزیشن میں چھوڑ دیتے ہیں۔ LOS کے متعارف ہونے کے بعد، سٹیرک رکاوٹ کے اثر کی وجہ سے، I آئنوں کی منتقلی کے لیے ایکٹیویشن انرجی بڑھ جاتی ہے۔ 1.28 eV پیرووسکائٹ کی سطح کو چھوڑنے والے I آئنوں کی منتقلی کے دوران، VOC میں توانائی کی رکاوٹ بھی کنٹرول کے نمونے سے زیادہ ہوتی ہے (تصویر 1e)۔ I ion ہجرت کے راستوں کو کنٹرول میں اور LOS FAPbI3 کے اسکیمیٹک خاکے بالترتیب شکل 1 f اور g میں دکھائے گئے ہیں۔ نقلی نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ LOS VI نقائص کی تشکیل اور I کے اتار چڑھاؤ کو روک سکتا ہے، اس طرح α سے δ مرحلے کی منتقلی کے نیوکلیشن کو روکتا ہے۔
آکسالک ایسڈ اور FAPbI3 پیرووسکائٹ کے درمیان رد عمل کا تجربہ کیا گیا۔ آکسالک ایسڈ اور FAPbI3 کے محلول کو ملانے کے بعد، ایک بڑی مقدار میں سفید پریپیٹیٹ بن گیا، جیسا کہ ضمنی شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔ پاؤڈر پروڈکٹ کی شناخت خالص PbC2O4 مواد کے طور پر کی گئی جس کا استعمال کرتے ہوئے X-ray diffraction (XRD) (ضمنی شکل 3) اور Fourier transform infrared infrared FTropyrop 4) ہم نے پایا کہ آکسالک ایسڈ کمرے کے درجہ حرارت پر تقریباً 18 mg/mL کی حل پذیری کے ساتھ isopropyl الکحل (IPA) میں انتہائی گھلنشیل ہے، جیسا کہ ضمنی شکل 5 میں دکھایا گیا ہے۔ یہ بعد میں پروسیسنگ کو آسان بناتا ہے کیونکہ IPA، ایک عام پاسیویشن سالوینٹ کے طور پر، پیرووسکائٹ پرت کو نقصان نہیں پہنچاتا۔ لہذا، پیرووسکائٹ فلم کو آکسالک ایسڈ محلول میں ڈبو کر یا پیرووسکائٹ پر آکسالک ایسڈ محلول کو اسپن کوٹنگ کرنے سے، مندرجہ ذیل کیمیائی مساوات کے مطابق پیرووسکائٹ فلم کی سطح پر پتلی اور گھنے PbC2O4 کو تیزی سے حاصل کیا جا سکتا ہے: H2C2O4 + FAPbI3 = PbC2O4 + FAI + FAI کو IPA میں تحلیل کیا جا سکتا ہے اور اس طرح کھانا پکانے کے دوران ہٹا دیا جا سکتا ہے۔ LOS کی موٹائی کو رد عمل کے وقت اور پیشگی ارتکاز سے کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔
اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپی (SEM) کنٹرول اور LOS پیرووسکائٹ فلموں کی تصاویر کو اعداد و شمار 2a، b میں دکھایا گیا ہے۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ پیرووسکائٹ سطح کی شکل کو اچھی طرح سے محفوظ کیا گیا ہے، اور اناج کی سطح پر باریک ذرات کی ایک بڑی تعداد جمع ہوتی ہے، جو کہ ایک PbC2O4 پرت کی نمائندگی کرتی ہے جو اندرونی رد عمل سے بنتی ہے۔ LOS پیرووسکائٹ فلم میں قدرے ہموار سطح (ضمنی شکل 6) اور کنٹرول فلم (ضمنی شکل 7) کے مقابلے میں پانی سے رابطہ کا ایک بڑا زاویہ ہے۔ ہائی ریزولوشن ٹرانسورس ٹرانسمیشن الیکٹران مائیکروسکوپی (HR-TEM) کو پروڈکٹ کی سطح کی پرت کو الگ کرنے کے لیے استعمال کیا گیا تھا۔ کنٹرول فلم (تصویر 2c) کے مقابلے میں، LOS پیرووسکائٹ (تصویر 2d) کے اوپر تقریباً 10 nm کی موٹائی کے ساتھ ایک یکساں اور گھنی پتلی تہہ واضح طور پر دکھائی دیتی ہے۔ PbC2O4 اور FAPbI3 کے درمیان انٹرفیس کی جانچ کرنے کے لیے ہائی اینگل اینولر ڈارک فیلڈ اسکیننگ الیکٹران مائیکروسکوپی (HAADF-STEM) کا استعمال کرتے ہوئے، FAPbI3 کے کرسٹل خطوں اور PbC2O4 کے بے شکل علاقوں کی موجودگی کو واضح طور پر دیکھا جا سکتا ہے (ضمنی شکل 8)۔ آکسالک ایسڈ کے علاج کے بعد پیرووسکائٹ کی سطح کی ساخت کی خصوصیت ایکس رے فوٹو الیکٹران سپیکٹروسکوپی (XPS) پیمائش سے تھی، جیسا کہ اعداد و شمار 2e-g میں دکھایا گیا ہے۔ شکل 2e میں، C 1s کی چوٹی بالترتیب 284.8 eV اور 288.5 eV مخصوص CC اور FA سگنلز سے تعلق رکھتی ہے۔ کنٹرول جھلی کے مقابلے میں، LOS جھلی نے 289.2 eV پر ایک اضافی چوٹی کی نمائش کی، جو C2O42- سے منسوب ہے۔ LOS پیرووسکائٹ کا O 1s سپیکٹرم 531.7 eV، 532.5 eV، اور 533.4 eV پر تین کیمیاوی طور پر الگ O 1s چوٹیوں کی نمائش کرتا ہے، جو OF2ig (OF2ig) کے برقرار آکسیلیٹ گروپس 30 اور O ایٹموں کے deprotonated COO، C=O کے مطابق ہے۔ ))۔ کنٹرول کے نمونے کے لیے، صرف ایک چھوٹی O 1s چوٹی دیکھی گئی، جسے سطح پر آکسیجن کیمیسورب سے منسوب کیا جا سکتا ہے۔ Pb 4f7/2 اور Pb 4f5/2 کی کنٹرول جھلی کی خصوصیات بالترتیب 138.4 eV اور 143.3 eV پر واقع ہیں۔ ہم نے مشاہدہ کیا کہ LOS پیرووسکائٹ Pb چوٹی کی تقریباً 0.15 eV کی تبدیلی کو زیادہ پابند کرنے والی توانائی کی طرف ظاہر کرتا ہے، جو C2O42- اور Pb ایٹموں (تصویر 2g) کے درمیان مضبوط تعامل کی نشاندہی کرتا ہے۔
کنٹرول کی ایک SEM تصاویر اور B LOS پیرووسکائٹ فلمیں، ٹاپ ویو۔ c ہائی ریزولوشن کراس سیکشنل ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی (HR-TEM) آف کنٹرول اور d LOS پیرووسکائٹ فلمیں۔ e C 1s، f O 1s اور g Pb 4f پیرووسکائٹ فلموں کے ہائی ریزولوشن XPS۔ سورس ڈیٹا سورس ڈیٹا فائلوں کی شکل میں فراہم کیا جاتا ہے۔
DFT کے نتائج کے مطابق، یہ نظریاتی طور پر پیش گوئی کی گئی ہے کہ VI کے نقائص اور I کی منتقلی آسانی سے α سے δ تک مرحلے کی منتقلی کا سبب بنتی ہے۔ پچھلی رپورٹس سے پتہ چلتا ہے کہ I2 پی سی پر مبنی پیرووسکائٹ فلموں سے فوٹو ومرشن کے دوران فلموں کو روشنی اور تھرمل تناؤ 31,32,33 سے بے نقاب کرنے کے بعد تیزی سے جاری کیا جاتا ہے۔ پیرووسکائٹ کے α-مرحلے پر لیڈ آکسالیٹ کے مستحکم اثر کی تصدیق کرنے کے لیے، ہم نے بالترتیب ٹولوئین پر مشتمل شفاف شیشے کی بوتلوں میں کنٹرول اور LOS پیرووسکائٹ فلموں کو ڈبو دیا، اور پھر انہیں 24 گھنٹے کے لیے 1 سورج کی روشنی سے روشن کیا۔ ہم نے بالائے بنفشی اور مرئی روشنی (UV-Vis) کے جذب کی پیمائش کی۔ ) ٹولین حل، جیسا کہ شکل 3a میں دکھایا گیا ہے۔ کنٹرول کے نمونے کے مقابلے میں، LOS-perovskite کے معاملے میں I2 جذب کرنے کی شدت بہت کم دیکھی گئی، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ کمپیکٹ LOS روشنی کے وسرجن کے دوران پیرووسکائٹ فلم سے I2 کی رہائی کو روک سکتا ہے۔ عمر کے کنٹرول اور LOS پیرووسکائٹ فلموں کی تصاویر کو اعداد و شمار 3b اور c کے انسیٹ میں دکھایا گیا ہے۔ LOS پیرووسکائٹ اب بھی سیاہ ہے، جبکہ زیادہ تر کنٹرول فلم پیلی ہو گئی ہے۔ ڈوبی ہوئی فلم کا UV – دکھائی دینے والا جذب سپیکٹرا انجیر میں دکھایا گیا ہے۔ 3b، c. ہم نے مشاہدہ کیا کہ کنٹرول فلم میں α کے مطابق جذب واضح طور پر کم ہوا تھا۔ کرسٹل ڈھانچے کے ارتقاء کو دستاویز کرنے کے لیے ایکس رے کی پیمائش کی گئی۔ 24 گھنٹے کی روشنی کے بعد، کنٹرول پیرووسکائٹ نے ایک مضبوط پیلا δ-فیز سگنل (11.8°) دکھایا، جبکہ LOS پیرووسکائٹ نے ابھی بھی ایک اچھا سیاہ مرحلہ برقرار رکھا (شکل 3d)۔
Toluene محلول کا UV نظر آنے والا جذب سپیکٹرا جس میں کنٹرول فلم اور LOS فلم کو 1 سورج کی روشنی میں 24 گھنٹے تک ڈبویا گیا تھا۔ انسیٹ ایک شیشی دکھاتا ہے جس میں ہر فلم ٹولیون کے برابر حجم میں ڈوبی ہوئی تھی۔ b کنٹرول فلم کا UV-Vis جذب سپیکٹرا اور c LOS فلم 1 سورج کی روشنی میں ڈوبنے کے 24 گھنٹے پہلے اور بعد میں۔ انسیٹ ٹیسٹ فلم کی تصویر دکھاتا ہے۔ d ایکس رے ڈفریکشن پیٹرن آف کنٹرول اور LOS فلمیں 24 گھنٹے کی نمائش سے پہلے اور بعد میں۔ 24 گھنٹے کی نمائش کے بعد کنٹرول فلم ای اور فلم f LOS کی SEM تصاویر۔ سورس ڈیٹا سورس ڈیٹا فائلوں کی شکل میں فراہم کیا جاتا ہے۔
ہم نے الیکٹران مائیکروسکوپی (SEM) کی پیمائش کو 24 گھنٹے کی روشنی کے بعد پیرووسکائٹ فلم کی مائیکرو اسٹرکچرل تبدیلیوں کا مشاہدہ کرنے کے لیے کیا، جیسا کہ اعداد و شمار 3e،f میں دکھایا گیا ہے۔ کنٹرول فلم میں، بڑے اناج کو تباہ کر کے چھوٹی سوئیوں میں تبدیل کر دیا گیا، جو کہ δ-فیز پروڈکٹ FAPbI3 (تصویر 3e) کی شکل کے مطابق ہے۔ LOS فلموں کے لیے، پیرووسکائٹ کے دانے اچھی حالت میں رہتے ہیں (شکل 3f)۔ نتائج نے اس بات کی تصدیق کی کہ I کا نقصان سیاہ مرحلے سے پیلے مرحلے میں منتقلی کو نمایاں طور پر اکساتا ہے، جبکہ PbC2O4 سیاہ مرحلے کو مستحکم کرتا ہے، I کے نقصان کو روکتا ہے۔ چونکہ سطح پر خالی جگہ کی کثافت اناج کے بلک سے کہیں زیادہ ہے، 34 یہ مرحلہ اناج کی سطح پر واقع ہونے کا زیادہ امکان ہے۔ بیک وقت آئوڈین کا اخراج اور VI کی تشکیل۔ جیسا کہ ڈی ایف ٹی کی پیش گوئی کی گئی ہے، ایل او ایس VI نقائص کی تشکیل کو روک سکتا ہے اور I آئنوں کی پیرووسکائٹ سطح پر منتقلی کو روک سکتا ہے۔
مزید برآں، ماحولیاتی ہوا میں پیرووسکائٹ فلموں کی نمی کی مزاحمت پر PbC2O4 پرت کے اثر (نسبتاً نمی 30-60%) کا مطالعہ کیا گیا۔ جیسا کہ ضمنی شکل 9 میں دکھایا گیا ہے، LOS پیرووسکائٹ 12 دن کے بعد بھی سیاہ تھا، جبکہ کنٹرول فلم پیلی ہو گئی۔ XRD پیمائش میں، کنٹرول فلم FAPbI3 کے δ مرحلے کے مطابق 11.8° پر ایک مضبوط چوٹی دکھاتی ہے، جبکہ LOS پیرووسکائٹ سیاہ α مرحلے کو اچھی طرح سے برقرار رکھتی ہے (ضمنی شکل 10)۔
پیرووسکائٹ کی سطح پر لیڈ آکسالیٹ کے غیر فعال ہونے والے اثر کا مطالعہ کرنے کے لئے مستحکم ریاست فوٹوولومینیسینس (PL) اور وقت سے حل شدہ فوٹوولومینیسینس (TRPL) کا استعمال کیا گیا تھا۔ تصویر میں. شکل 4a سے پتہ چلتا ہے کہ LOS فلم نے PL کی شدت میں اضافہ کیا ہے۔ پی ایل میپنگ امیج میں، 10 × 10 μm2 کے پورے علاقے پر LOS فلم کی شدت کنٹرول فلم (ضمنی شکل 11) سے زیادہ ہے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ PbC2O4 یکساں طور پر پیرووسکائٹ فلم کو غیر فعال کرتا ہے۔ کیریئر لائف ٹائم کا تعین ایک واحد کفایتی فنکشن (تصویر 4b) کے ساتھ TRPL کے زوال کا تخمینہ لگا کر کیا جاتا ہے۔ LOS فلم کی کیریئر لائف ٹائم 5.2 μs ہے، جو 0.9 μs کی کیریئر لائف ٹائم کے ساتھ کنٹرول فلم سے کہیں زیادہ لمبی ہے، جو سطح کے کم ہونے والے غیر ریڈی ایٹو دوبارہ ملاپ کی نشاندہی کرتی ہے۔
شیشے کے سبسٹریٹس پر پیرووسکائٹ فلموں کی عارضی PL کا مستحکم ریاست PL اور b-سپیکٹرا۔ c آلہ کا SP وکر (FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au)۔ d EQE سپیکٹرم اور Jsc EQE سپیکٹرم سب سے زیادہ موثر ڈیوائس سے مربوط ہیں۔ d Voc ڈایاگرام پر پیرووسکائٹ ڈیوائس کی روشنی کی شدت کا انحصار۔ f ITO/PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/Au کلین ہول ڈیوائس کا استعمال کرتے ہوئے عام MKRC تجزیہ۔ VTFL زیادہ سے زیادہ ٹریپ فلنگ وولٹیج ہے۔ ان اعداد و شمار سے ہم نے ٹریپ کثافت (Nt) کا حساب لگایا۔ سورس ڈیٹا سورس ڈیٹا فائلوں کی شکل میں فراہم کیا جاتا ہے۔
ڈیوائس کی کارکردگی پر لیڈ آکسیلیٹ پرت کے اثر کا مطالعہ کرنے کے لیے، ایک روایتی FTO/TiO2/SnO2/perovskite/spiro-OMeTAD/Au رابطہ ڈھانچہ استعمال کیا گیا تھا۔ ہم آلہ کی بہتر کارکردگی کو حاصل کرنے کے لیے میتھائلامین ہائیڈروکلورائیڈ (MACl) کی بجائے perovskite precursor میں formamidine chloride (FACl) کا استعمال کرتے ہیں، کیونکہ FACl بہتر کرسٹل معیار فراہم کر سکتا ہے اور FAPbI335 کے بینڈ گیپ سے بچ سکتا ہے (تفصیل کے لیے ضمنی اعداد و شمار 1 اور 2 دیکھیں)۔ )۔ 12-14)۔ آئی پی اے کو اینٹی سالوینٹس کے طور پر منتخب کیا گیا تھا کیونکہ یہ ڈیتھائل ایتھر (DE) یا کلوروبینزین (CB) 36 (ضمنی اعداد و شمار 15 اور 16) کے مقابلے پیرووسکائٹ فلموں میں بہتر کرسٹل معیار اور ترجیحی واقفیت فراہم کرتا ہے۔ PbC2O4 کی موٹائی کو احتیاط سے بہتر بنایا گیا تھا تاکہ آکسالک ایسڈ کے ارتکاز کو ایڈجسٹ کرتے ہوئے خرابی کی منتقلی اور چارج ٹرانسپورٹ کو اچھی طرح سے متوازن کیا جا سکے (ضمنی شکل 17)۔ آپٹمائزڈ کنٹرول اور LOS ڈیوائسز کی کراس سیکشنل SEM امیجز کو ضمنی شکل 18 میں دکھایا گیا ہے۔ کنٹرول اور LOS ڈیوائسز کے لیے عام کرنٹ کثافت (CD) کے منحنی خطوط کو شکل 4c میں دکھایا گیا ہے، اور نکالے گئے پیرامیٹرز کو ضمنی جدول 3 میں دیا گیا ہے۔ زیادہ سے زیادہ پاور کنٹرول سیلز (PCE3) 3.4 فیصد کنٹرول (22.94%)، Jsc 25.75 mA cm-2 (25.74 mA cm-2)، Voc 1.16 V (1.16 V) اور ریورس (فارورڈ) اسکین۔ فل فیکٹر (FF) 78.40% (76.69%) ہے۔ زیادہ سے زیادہ PCE LOS PSC 25.39% (24.79%) ہے، Jsc 25.77 mA cm-2 ہے، Voc 1.18 V ہے، FF ہے 83.50% (81.52%) ریورس سے (فارورڈ اسکین ٹو)۔ LOS ڈیوائس نے ایک قابل اعتماد تھرڈ پارٹی فوٹو وولٹک لیبارٹری میں 24.92% کی تصدیق شدہ فوٹوولٹک کارکردگی حاصل کی (ضمنی شکل 19)۔ بیرونی کوانٹم کارکردگی (EQE) نے بالترتیب 24.90 mA cm-2 (کنٹرول) اور 25.18 mA cm-2 (LOS PSC) کا ایک مربوط Jsc دیا، جو معیاری AM 1.5 G سپیکٹرم (تصویر .4d) میں ماپے گئے Jsc کے ساتھ اچھے معاہدے میں تھا۔ ) کنٹرول اور LOS PSCs کے لیے پیمائش شدہ PCEs کی شماریاتی تقسیم کو ضمنی شکل 20 میں دکھایا گیا ہے۔
جیسا کہ شکل 4e میں دکھایا گیا ہے، Voc اور روشنی کی شدت کے درمیان تعلق کا حساب لگایا گیا تاکہ ٹریپ کی مدد سے سطح کے دوبارہ ملاپ پر PbC2O4 کے اثر کا مطالعہ کیا جا سکے۔ LOS ڈیوائس کے لیے لگائی گئی لائن کی ڈھلوان 1.16 kBT/sq ہے، جو کہ کنٹرول ڈیوائس (1.31 kBT/sq) کے لیے لگائی گئی لائن کی ڈھلوان سے کم ہے، اس بات کی تصدیق کرتی ہے کہ LOS decoys کے ذریعے سطح کی بحالی کو روکنے کے لیے مفید ہے۔ ہم اسپیس چارج کرنٹ لمٹنگ (SCLC) ٹکنالوجی کو مقداری طور پر ایک سوراخ والے آلے (ITO/PEDOT:PSS/perovskite/spiro-OMeTAD/Au) کی پیمائش کرکے پیرووسکائٹ فلم کی خرابی کی کثافت کو مقداری طور پر ناپنے کے لیے استعمال کرتے ہیں جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ 4 ایف شو۔ ٹریپ کی کثافت کا حساب فارمولہ Nt = 2ε0εVTFL/eL2 سے کیا جاتا ہے، جہاں ε پیرووسکائٹ فلم کا رشتہ دار ڈائی الیکٹرک مستقل ہے، ε0 ویکیوم کا ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ ہے، VTFL ٹریپ کو بھرنے کے لیے محدود وولٹیج ہے، e چارج ہے، L perovskite فلم کی موٹائی ہے (perovn05m6)۔ VOC ڈیوائس کی خرابی کی کثافت کا حساب 1.450 × 1015 cm–3 ہے، جو کہ کنٹرول ڈیوائس کی خرابی کی کثافت سے کم ہے، جو کہ 1.795 × 1015 cm–3 ہے۔
اس کی طویل مدتی کارکردگی کے استحکام (شکل 5a) کو جانچنے کے لیے بغیر پیک کیے گئے آلے کا نائٹروجن کے تحت پورے دن کی روشنی میں زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ (MPP) پر تجربہ کیا گیا۔ 550 گھنٹوں کے بعد بھی، LOS ڈیوائس نے اپنی زیادہ سے زیادہ کارکردگی کا 92% برقرار رکھا، جبکہ کنٹرول ڈیوائس کی کارکردگی اس کی اصل کارکردگی کے 60% تک گر گئی تھی۔ پرانے آلے میں عناصر کی تقسیم کو پرواز کے وقت کے سیکنڈری آئن ماس اسپیکٹومیٹری (ToF-SIMS) (تصویر 5b، c) سے ماپا گیا۔ آئوڈین کا ایک بڑا ذخیرہ اوپری گولڈ کنٹرول ایریا میں دیکھا جا سکتا ہے۔ غیر فعال گیس کے تحفظ کی شرائط ماحولیاتی طور پر خراب کرنے والے عوامل جیسے نمی اور آکسیجن کو خارج کرتی ہیں، یہ تجویز کرتی ہیں کہ اندرونی میکانزم (یعنی، آئن کی منتقلی) ذمہ دار ہیں۔ ToF-SIMS کے نتائج کے مطابق، AU الیکٹروڈ میں I- اور AuI2- آئنوں کا پتہ چلا، جو پیرووسکائٹ سے AU میں I کے پھیلاؤ کی نشاندہی کرتا ہے۔ کنٹرول ڈیوائس میں I- اور AuI2- آئنوں کی سگنل کی شدت VOC نمونے سے تقریباً 10 گنا زیادہ ہے۔ پچھلی رپورٹس سے پتہ چلتا ہے کہ آئن پارمیشن اسپیرو-OMeTAD کے سوراخ کی چالکتا میں تیزی سے کمی اور سب سے اوپر الیکٹروڈ پرت کے کیمیائی سنکنرن کا باعث بن سکتا ہے، اس طرح ڈیوائس 37,38 میں انٹرفیشل رابطے کو خراب کر سکتا ہے۔ AU الیکٹروڈ کو ہٹا دیا گیا تھا اور اسپیرو-OMeTAD پرت کو کلوروبینزین محلول کے ساتھ سبسٹریٹ سے صاف کیا گیا تھا۔ اس کے بعد ہم نے چرنے کے واقعات ایکس رے ڈفریکشن (GIXRD) (شکل 5d) کا استعمال کرتے ہوئے فلم کی خصوصیت کی۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ کنٹرول فلم میں 11.8° پر ایک واضح تفاوت کی چوٹی ہے، جبکہ LOS نمونے میں کوئی نئی تفاوت کی چوٹی ظاہر نہیں ہوتی ہے۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ کنٹرول فلم میں I آئنوں کے بڑے نقصانات δ مرحلے کی نسل کا باعث بنتے ہیں، جبکہ LOS فلم میں یہ عمل واضح طور پر روکا جاتا ہے۔
نائٹروجن ماحول میں بغیر سیل شدہ ڈیوائس کی 575 گھنٹے مسلسل MPP ٹریکنگ اور بغیر UV فلٹر کے 1 سورج کی روشنی۔ LOS MPP کنٹرول ڈیوائس اور ایجنگ ڈیوائس میں b I- اور c AuI2- آئنوں کی ToF-SIMS کی تقسیم۔ پیلے، سبز اور نارنجی کے شیڈز Au، Spiro-OMeTAD اور perovskite سے مطابقت رکھتے ہیں۔ MPP ٹیسٹ کے بعد پیرووسکائٹ فلم کا GIXRD۔ سورس ڈیٹا سورس ڈیٹا فائلوں کی شکل میں فراہم کیا جاتا ہے۔
درجہ حرارت پر منحصر چالکتا کی پیمائش اس بات کی تصدیق کے لیے کی گئی کہ PbC2O4 آئن کی منتقلی کو روک سکتا ہے (ضمنی شکل 21)۔ آئن مائیگریشن کی ایکٹیویشن انرجی (Ea) کا تعین FAPbI3 فلم کی چالکتا (σ) میں مختلف درجہ حرارت (T) میں تبدیلی کی پیمائش کرکے اور Nernst-Iinstein کے تعلق سے کیا جاتا ہے: σT = σ0exp(−Ea/kBT)، جہاں σ0 ایک مستقل ہے، kB بولٹزمین مستقل ہے۔ ہم 1/T کے مقابلے ln(σT) کی ڈھلوان سے Ea کی قدر حاصل کرتے ہیں، جو کہ کنٹرول کے لیے 0.283 eV اور LOS ڈیوائس کے لیے 0.419 eV ہے۔
خلاصہ طور پر، ہم FAPbI3 پیرووسکائٹ کے انحطاط کے راستے اور α-δ مرحلے کی منتقلی کی توانائی کی رکاوٹ پر مختلف نقائص کے اثر و رسوخ کی نشاندہی کرنے کے لیے ایک نظریاتی فریم ورک فراہم کرتے ہیں۔ ان نقائص میں سے، VI نقائص کی نظریاتی طور پر پیش گوئی کی گئی ہے کہ وہ آسانی سے α سے δ تک مرحلے کی منتقلی کا سبب بن سکتے ہیں۔ PbC2O4 کی ایک پانی میں حل نہ ہونے والی اور کیمیائی طور پر مستحکم گھنی تہہ متعارف کرائی گئی ہے تاکہ I کی خالی جگہوں کی تشکیل اور I آئنوں کی منتقلی کو روک کر FAPbI3 کے α-فیز کو مستحکم کیا جا سکے۔ یہ حکمت عملی انٹرفیشل نان ریڈی ایٹیو ری کمبینیشن کو نمایاں طور پر کم کرتی ہے، سولر سیل کی کارکردگی کو 25.39 فیصد تک بڑھاتی ہے، اور آپریٹنگ استحکام کو بہتر بناتی ہے۔ ہمارے نتائج خرابی سے متاثر α سے δ مرحلے کی منتقلی کو روک کر موثر اور مستحکم فارمامیڈین PSCs کے حصول کے لیے رہنمائی فراہم کرتے ہیں۔
ٹائٹینیم (IV) isopropoxide (TTIP، 99.999%) سگما-الڈرچ سے خریدا گیا تھا۔ ہائیڈروکلورک ایسڈ (HCl، 35.0–37.0%) اور ایتھنول (این ہائیڈرس) گوانگزو کیمیکل انڈسٹری سے خریدے گئے تھے۔ SnO2 (15 wt% tin (IV) آکسائڈ کولائیڈل ڈسپریشن) الفا ایسر سے خریدا گیا تھا۔ لیڈ (II) iodide (PbI2، 99.99%) TCI شنگھائی (چین) سے خریدی گئی تھی۔ Formamidine iodide (FAI, ≥99.5%), formamidine کلورائد (FACl, ≥99.5%), methylamine hydrochloride (MACl, ≥99.5%), 2,2′,7,7′-tetrakis-(N, N-di-p) -میتھوکسیانیلین)-9,9′-spirobifluorene (Spiro-OMeTAD, ≥99.5%)، لیتھیم bis(trifluoromethane) سلفونی لیمائیڈ (Li-TFSI، 99.95%)، 4-tert -butylpyridine (tBP سے %6) کمپنی سے خریدی گئی تھی (چین)۔ N,N-dimethylformamide (DMF, 99.8%), dimethyl sulfoxide (DMSO, 99.9%), isopropyl الکحل (IPA, 99.8%), کلوروبینزین (CB, 99.8%), acetonitrile (ACN)۔ Sigma-Aldrich سے خریدا گیا۔ آکسالک ایسڈ (H2C2O4، 99.9%) میکلن سے خریدا گیا تھا۔ تمام کیمیکلز بغیر کسی ترمیم کے موصول کے طور پر استعمال کیے گئے تھے۔
ITO یا FTO سبسٹریٹس (1.5 × 1.5 cm2) کو بالترتیب 10 منٹ تک صابن، ایسیٹون اور ایتھنول کے ساتھ الٹراسونک طور پر صاف کیا گیا، اور پھر نائٹروجن ندی کے نیچے خشک کر دیا گیا۔ ایتھنول (1/25، v/v) میں ٹائٹینیم ڈائیسوپروپوکسیبس (ایسٹیلیسیٹونیٹ) کے حل کا استعمال کرتے ہوئے ایف ٹی او سبسٹریٹ پر ایک گھنی TiO2 رکاوٹ کی پرت 60 منٹ کے لئے 500 ° C پر جمع کی گئی تھی۔ SnO2 کولائیڈل بازی کو 1:5 کے حجم کے تناسب میں ڈیونائزڈ پانی سے پتلا کیا گیا تھا۔ یووی اوزون کے ساتھ 20 منٹ تک علاج کیے گئے صاف سبسٹریٹ پر، SnO2 نینو پارٹیکلز کی ایک پتلی فلم 4000 rpm پر 30 سیکنڈ کے لیے جمع کی گئی اور پھر 30 منٹ کے لیے 150 ° C پر پہلے سے گرم کی گئی۔ پیرووسکائٹ پیشگی حل کے لیے، 275.2 ملی گرام FAI، 737.6 mg PbI2 اور FACl (20 mol%) DMF/DMSO (15/1) مخلوط سالوینٹ میں تحلیل کیے گئے تھے۔ پیرووسکائٹ پرت کو 25 سیکنڈ کے لیے محیطی ہوا میں 5000 rpm پر UV-اوزون سے علاج شدہ SnO2 پرت کے اوپر 40 μL پیرووسکائٹ پیشگی محلول کو سینٹرفیوگ کرکے تیار کیا گیا تھا۔ آخری بار کے 5 سیکنڈ بعد، 50 μL MACl IPA محلول (4 mg/mL) کو فوری طور پر سبسٹریٹ پر اینٹی سالوینٹس کے طور پر گرا دیا گیا۔ پھر، تازہ تیار شدہ فلموں کو 20 منٹ کے لیے 150 ° C پر اور پھر 10 منٹ کے لیے 100 ° C پر اینیل کیا گیا۔ پیرووسکائٹ فلم کو کمرے کے درجہ حرارت پر ٹھنڈا کرنے کے بعد، H2C2O4 محلول (1 mL IPA میں 1, 2, 4 mg تحلیل ہوا) کو 4000 rpm پر 30 s کے لیے سینٹرفیوج کیا گیا تاکہ پیرووسکائٹ کی سطح کو غیر فعال کیا جا سکے۔ 72.3 mg spiro-OMeTAD، 1 ml CB، 27 µl tBP اور 17.5 µl Li-TFSI (520 mg in 1 ml acetonitrile) کو ملا کر تیار کردہ ایک spiro-OMeTAD محلول کو 4000rpm کے اندر فلم پر اسپن لیپت کیا گیا تھا۔ آخر میں، خلا میں 0.05 nm/s (0~1 nm)، 0.1 nm/s (2~15 nm) اور 0.5 nm/s (16~100 nm) کی شرح سے 100 nm موٹی Au تہہ کو بخارات بنا دیا گیا۔ )۔
پیرووسکائٹ سولر سیلز کی SC کارکردگی کو کیتھلی 2400 میٹر ان سولر سمیلیٹر الیومینیشن (SS-X50) کا استعمال کرتے ہوئے 100 mW/cm2 کی روشنی کی شدت پر ماپا گیا اور کیلیبریٹڈ معیاری سلکان سولر سیلز کے ذریعے تصدیق کی گئی۔ جب تک کہ دوسری صورت میں بیان نہ کیا گیا ہو، SP منحنی خطوط کو نائٹروجن سے بھرے دستانے والے خانے میں کمرے کے درجہ حرارت (~25°C) میں آگے اور ریورس اسکین طریقوں میں ماپا گیا تھا (وولٹیج مرحلہ 20 mV، تاخیر کا وقت 10 ms)۔ ماپا پی ایس سی کے لیے 0.067 cm2 کے موثر علاقے کا تعین کرنے کے لیے شیڈو ماسک کا استعمال کیا گیا تھا۔ EQE کی پیمائش PVE300-IVT210 سسٹم (انڈسٹریل وژن ٹیکنالوجی(s) Pte Ltd) کا استعمال کرتے ہوئے محیطی ہوا میں کی گئی تھی جس میں ایک رنگی روشنی ڈیوائس پر مرکوز تھی۔ ڈیوائس کے استحکام کے لیے، بغیر کسی UV فلٹر کے 100 mW/cm2 پریشر پر نائٹروجن گلوو باکس میں غیر انکیپسولیٹڈ سولر سیلز کی جانچ کی گئی۔ ToF-SIMS کی پیمائش PHI nanoTOFII ٹائم آف فلائٹ SIMS کا استعمال کرتے ہوئے کی جاتی ہے۔ 400×400 µm کے رقبے کے ساتھ 4 kV Ar آئن گن کا استعمال کرتے ہوئے گہرائی کی پروفائلنگ حاصل کی گئی۔
ایکس رے فوٹو الیکٹران اسپیکٹروسکوپی (XPS) کی پیمائش تھرمو-VG سائنٹیفک سسٹم (ESCALAB 250) پر 5.0 × 10–7 Pa کے دباؤ پر مونوکرومیٹائزڈ Al Kα (XPS موڈ کے لیے) کا استعمال کرتے ہوئے کی گئی۔ اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپی (SEM) کو JEOLF-603-3-3-سیسٹم پر کیا گیا۔ پیرووسکائٹ فلموں کی سطح کی شکل اور کھردری کو اٹامک فورس مائکروسکوپی (AFM) (بروکر ڈائمینشن فاسٹ اسکین) کا استعمال کرتے ہوئے ماپا گیا۔ STEM اور HAADF-STEM FEI Titan Themis STEM میں منعقد ہوتے ہیں۔ UV-Vis جذب سپیکٹرا کو UV-3600Plus (Shimadzu Corporation) کا استعمال کرتے ہوئے ماپا گیا۔ خلائی چارج محدود کرنٹ (SCLC) کیتھلی 2400 میٹر پر ریکارڈ کیا گیا تھا۔ FLS 1000 photoluminescence اسپیکٹومیٹر کا استعمال کرتے ہوئے سٹیڈی سٹیٹ فوٹولومینیسیس (PL) اور کیریئر لائف ٹائم کشی کے وقت سے حل شدہ photoluminescence (TRPL) کی پیمائش کی گئی۔ PL میپنگ امیجز کو ہوریبا لیبر رام رامن سسٹم HR Evolution کا استعمال کرتے ہوئے ماپا گیا۔ فوئیر ٹرانسفارم انفراریڈ اسپیکٹروسکوپی (FTIR) تھرمو فشر نکلیٹ NXR 9650 سسٹم کا استعمال کرتے ہوئے انجام دیا گیا تھا۔
اس کام میں، ہم α-phase سے δ-phase تک مرحلے کی منتقلی کے راستے کا مطالعہ کرنے کے لیے SSW پاتھ کے نمونے لینے کا طریقہ استعمال کرتے ہیں۔ SSW طریقہ میں، ممکنہ توانائی کی سطح کی حرکت کا تعین بے ترتیب نرم موڈ (دوسرا مشتق) کی سمت سے کیا جاتا ہے، جو ممکنہ توانائی کی سطح کے تفصیلی اور معروضی مطالعہ کی اجازت دیتا ہے۔ اس کام میں، راستے کے نمونے لینے کا عمل 72 ایٹم سپر سیل پر کیا جاتا ہے، اور DFT سطح پر 100 سے زیادہ ابتدائی/حتمی حالت (IS/FS) جوڑے جمع کیے جاتے ہیں۔ IS/FS جوڑے کے اعداد و شمار کے سیٹ کی بنیاد پر، ابتدائی ڈھانچے اور حتمی ڈھانچے کو جوڑنے والے راستے کا تعین ایٹموں کے درمیان خط و کتابت کے ساتھ کیا جا سکتا ہے، اور پھر متغیر یونٹ کی سطح کے ساتھ دو طرفہ حرکت کو منتقلی حالت کے طریقہ کار کا آسانی سے تعین کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ (VK-DESV)۔ منتقلی کی حالت کو تلاش کرنے کے بعد، توانائی کی رکاوٹوں کی درجہ بندی کرکے سب سے کم رکاوٹ کے ساتھ راستے کا تعین کیا جا سکتا ہے۔
تمام DFT کیلکولیشنز VASP (ورژن 5.3.5) کا استعمال کرتے ہوئے کیے گئے تھے، جہاں C, N, H, Pb، اور I ایٹموں کے الیکٹران آئن تعاملات کو ایک متوقع ایمپلیفائیڈ ویو (PAW) اسکیم کے ذریعے دکھایا جاتا ہے۔ ایکسچینج کوریلیشن فنکشن Perdue-Burke-Ernzerhoff پیرامیٹرائزیشن میں عمومی گراڈینٹ قریب کے ذریعے بیان کیا گیا ہے۔ ہوائی جہاز کی لہروں کے لیے توانائی کی حد 400 eV مقرر کی گئی تھی۔ Monkhorst-Pack k-point گرڈ کا سائز (2 × 2 × 1) ہے۔ تمام ڈھانچے کے لیے، جالی اور جوہری پوزیشن کو مکمل طور پر بہتر بنایا گیا تھا جب تک کہ زیادہ سے زیادہ تناؤ کا جزو 0.1 GPa سے کم نہ ہو اور زیادہ سے زیادہ قوت کا جزو 0.02 eV/Å سے نیچے نہ ہو۔ سطحی ماڈل میں، FAPbI3 کی سطح پر 4 پرتیں ہیں، نیچے کی تہہ میں FAPbI3 کے جسم کی تقلید کرنے والے ایٹمز ہیں، اور اوپر کی تین تہیں اصلاح کے عمل کے دوران آزادانہ طور پر حرکت کر سکتی ہیں۔ PbC2O4 پرت 1 ML موٹی ہے اور FAPbI3 کی I-ٹرمینل سطح پر واقع ہے، جہاں Pb 1 I اور 4 O پر پابند ہے۔
مطالعہ کے ڈیزائن کے بارے میں مزید معلومات کے لیے، اس مضمون سے وابستہ نیچرل پورٹ فولیو رپورٹ کا خلاصہ دیکھیں۔
اس مطالعہ کے دوران حاصل کردہ یا تجزیہ کردہ تمام ڈیٹا شائع شدہ مضمون کے ساتھ ساتھ معاون معلومات اور خام ڈیٹا فائلوں میں شامل ہیں۔ اس مطالعے میں پیش کردہ خام ڈیٹا https://doi.org/10.6084/m9.figshare.2410016440 پر دستیاب ہے۔ اس مضمون کے لیے ماخذ کا ڈیٹا فراہم کیا گیا ہے۔
گرین، M. et al. سولر سیل کی کارکردگی کی میزیں (57 واں ایڈیشن)۔ پروگرام فوٹو الیکٹرک وسائل درخواست 29، 3–15 (2021)۔
پارکر J. et al. اتار چڑھاؤ والے الکائل امونیم کلورائڈ کا استعمال کرتے ہوئے پیرووسکائٹ تہوں کی نشوونما کو کنٹرول کرنا۔ فطرت 616، 724–730 (2023)۔
Zhao Y. et al. غیر فعال (PbI2)2RbCl اعلی کارکردگی والے شمسی خلیوں کے لیے پیرووسکائٹ فلموں کو مستحکم کرتا ہے۔ سائنس 377، 531–534 (2022)۔
ٹین، کے وغیرہ۔ dimethylacridinyl dopant کا استعمال کرتے ہوئے الٹی پیرووسکائٹ سولر سیل۔ فطرت، 620، 545–551 (2023)۔
ہان، کے وغیرہ۔ سنگل کرسٹل لائن فارمامیڈائن لیڈ آئوڈائڈ (FAPbI3): ساختی، نظری اور برقی خصوصیات میں بصیرت۔ فعل میٹ 28، 2253–2258 (2016)۔
میسی، ایس وغیرہ۔ FAPbI3 اور CsPbI3 میں بلیک پیرووسکائٹ مرحلے کا استحکام۔ اے کے ایس انرجی کمیونیکیشنز۔ 5، 1974–1985 (2020)۔
آپ، جے جے، وغیرہ۔ بہتر کیریئر مینجمنٹ کے ذریعے موثر پیرووسکائٹ سولر سیل۔ فطرت 590، 587–593 (2021)۔
سلیبہ ایم وغیرہ۔ پیرووسکائٹ شمسی خلیوں میں روبیڈیم کیشنز کو شامل کرنے سے فوٹو وولٹک کارکردگی بہتر ہوتی ہے۔ سائنس 354، 206–209 (2016)۔
سلیبہ ایم وغیرہ۔ ٹرپل کیشن پیرووسکائٹ سیزیم سولر سیل: بہتر استحکام، تولیدی صلاحیت اور اعلی کارکردگی۔ توانائی کے ماحول. سائنس 9، 1989–1997 (2016)۔
Cui X. et al. اعلی کارکردگی والے پیرووسکائٹ سولر سیلز میں FAPbI3 مرحلے کے استحکام میں حالیہ پیشرفت۔ RRL 6، 2200497 (2022)۔
Delagetta S. et al. مخلوط ہالائیڈ نامیاتی-غیر نامیاتی پیرووسکائٹس کا معقول فوٹو انڈیسڈ فیز علیحدگی۔ نیٹ بات چیت 8، 200 (2017)۔
Slotcavage، DJ et al. ہالیڈ پیرووسکائٹ جذب کرنے والوں میں روشنی سے متاثرہ مرحلے کی علیحدگی۔ اے کے ایس انرجی کمیونیکیشنز۔ 1، 1199–1205 (2016)۔
چن، ایل وغیرہ۔ اندرونی مرحلے کا استحکام اور فارمامیڈین لیڈ ٹرائیوڈائڈ پیرووسکائٹ سنگل کرسٹل کا اندرونی بینڈ گیپ۔ انجیوا۔ کیمیکل۔ بین الاقوامیت ایڈ 61. e202212700 (2022)۔
ڈوئنسٹی، ای اے وغیرہ۔ میتھیلینیڈیمونیم کے گلنے اور لیڈ ٹرائیوڈائڈ فارمامیڈین کے مرحلے کے استحکام میں اس کے کردار کو سمجھیں۔ جے کیم کتیا 18، 10275–10284 (2023)۔
Lu, HZ et al. سیاہ پیرووسکائٹ سولر سیلز FAPbI3 کا موثر اور مستحکم بخارات کا ذخیرہ۔ سائنس 370, 74 (2020)۔
ڈوہرٹی، ٹی اے ایس وغیرہ۔ مستحکم جھکا ہوا آکٹہیڈرل ہالائیڈ پیرووسکائٹس محدود خصوصیات کے ساتھ مراحل کی مقامی تشکیل کو دباتا ہے۔ سائنس 374، 1598–1605 (2021)۔
ہو، کے وغیرہ۔ نمی اور روشنی کے زیر اثر فارمامیڈین اناج اور سیزیم اور لیڈ آئوڈائڈ پیرووسکائٹس کی تبدیلی اور انحطاط کا طریقہ کار۔ اے کے ایس انرجی کمیونیکیشنز۔ 6، 934–940 (2021)۔
Zheng J. et al. α-FAPbI3 پیرووسکائٹ سولر سیلز کے لیے سیوڈوہلائیڈ ایونز کی ترقی۔ فطرت 592، 381–385 (2021)۔