عملية الحل المدعوم من بخار الضغط المنخفض للفرقة الانضباطي الفجوة خالية من الثقب الرصاص ميثيلامونيوم هاليد بيروفسكيتي الأفلام

Summary

هنا، نحن نقدم بروتوكول لتوليف CH₃NH₃الأولى والفصل₃NH₃ر السلائف وتشكيل اللاحقة خالية من الثقب والمستمر CH₃NH₃PbI_3-سر_س الأغشية الرقيقة التطبيق في الخلايا الشمسية عالية الكفاءة وغيرها من الأجهزة الإلكترونية البصرية.

Abstract

واجتذبت بيروفسكيتيس هاليد Organo-الرصاص مؤخرا اهتماما كبيرا للتطبيقات المحتملة الضوئية الأغشية الرقيقة والإلكترونيات الضوئية. وهنا، نقدم بروتوكول لتصنيع هذه المواد عبر طريقة بخار الضغط المنخفض وساعد الحل عملية (ليرة لبنانية-بسب)، التي تعطي كفاءة تحويل الطاقة ~ 19% في مستو هيتيروجونكشن الخلايا الشمسية بيروفسكيتي. أولاً، نحن تقرير توليف يوديد ميثيلامونيوم (CH₃NH₃أنا) بروميد ميثيلامونيوم (CH₃NH₃Br) من ميثيلاميني وحمض هاليد المقابلة (مرحبا أو هبر). ثم يصف لنا تصنيع هاليد ميثيلامونيوم قيادة خالية من الثقب والمستمر بيروفسكيتي (CH₃NH₃مقسم₃ مع X = أنا وبرازيلي، Cl وبها خليط) الأفلام مع ليرة لبنانية-بسب. تقوم هذه العملية على خطوتين: ط) تدور-طلاء طبقة متجانسة من الرصاص هاليد السلائف على الركازة، وثانيا) تحويل هذه الطبقة إلى CH₃NH₃PbI_3-سر_س بتعريض الركيزة للأبخرة خليط CH ₃ NH₃الأول والفصل₃NH₃ر في خفض الضغط و 120 درجة مئوية. من خلال نشر بخار هاليد ميثيلامونيوم بطيئة في السلائف هاليد الرائدة، نحقق النمو البطيء والخاضعة للرقابة لفيلم بيروفسكيتي المستمر، وخاليا من الثقب. ليرة لبنانية-VASP يسمح الاصطناعية الوصول إلى مساحة تكوين هاليد كاملة في الفصل₃NH₃PbI_3-xBr_x 0 ≤ x ≤ 3. اعتماداً على تكوين مرحلة البخار، يمكن ضبطها في باندجاب بين 1.6 eV ≤ ه_ز ≤ 2.3 eV. وبالإضافة إلى ذلك، باختلاف تكوين السلائف هاليد ومرحلة البخار، يمكننا أيضا الحصول على CH₃NH₃PbI_3-xCl_x. الأفلام التي تم الحصول عليها من ليرة لبنانية-VASP استنساخه، المرحلة الصرفة التي أكدتها القياسات حيود الأشعة السينية، وإظهار photoluminescence عالية الغلة الكم. لا تتطلب العملية استخدام الدرج الأمامي.

Introduction

بيروفسكيتيس هاليد الرصاص غير العضوية العضوية المختلطة (CH₃NH₃مقسم₃، س = أنا، Br، Cl) هي فئة جديدة من أشباه الموصلات التي ظهرت سريعاً خلال السنوات القليلة الماضية. هذه الفئة المادية يظهر خصائص أشباه الموصلات ممتازة، مثل معامل امتصاص عالية¹والانضباطي bandgap²، تهمة طويلة حاملة نشر طول³، التسامح عيب عالية⁴وفوتولومينيسسينسي عالية الكم العائد^5،6. مزيج فريد من هذه الخصائص تجعل تؤدي هاليد بيروفسكيتيس جذابة جداً للتطبيق في الأجهزة الإلكترونية البصرية، مثل تقاطع واحد^7،8 و⁹الضوئية مولتيجونكشن^، الليزر^11،12، ¹⁰و¹³من المصابيح.

يمكن ملفقة CH₃NH₃مقسم₃ أفلام بمجموعة متنوعة من الأساليب الاصطناعية¹⁴، التي تهدف إلى تحسين كفاءة هذه المواد انتشارية ل تطبيقات الطاقة¹⁵. ومع ذلك، الاستغلال الأمثل للأجهزة الضوئية يعتمد على نوعية هاليد بيروفسكيتي الطبقة النشطة، فضلا عن الواجهات الخاصة به مع رسوم انتقائية جهات الاتصال (أي إلكترون وثقب نقل الطبقات)، التي تسهل جمع فوتوكارير في هذه الأجهزة. على وجه التحديد، طبقات النشط المستمر، وخاليا من الثقب ضرورية لتقليل المقاومة التحويلة، مما يؤدي إلى تحسين أداء الجهاز.

بين الطرق الأكثر انتشارا لاختلاق هاليد organo الرائدة هي الأغشية الرقيقة بيروفسكيتي العمليات المستندة إلى الحل والمستندة إلى فراغ. عملية الحل الأكثر شيوعاً يستخدم نسب اكويمولار هاليد الرائدة وهاليد ميثيلامونيوم حله في γ-المادة (GBL)، dimethylformamide (DMF)، ديميثيلسولفوكسيدي ([دمس])، أو خليط من هذه المواد المذيبة. ^{2 , 16 ,} يجب أن تسيطر ¹⁷ السلائف مولاريتي ونوع المذيب، فضلا عن الصلب درجة الحرارة والوقت والغلاف الجوي، وتحديداً للحصول على الأفلام متواصلة وخالية من الثقب. ¹⁶ على سبيل المثال، تحسين التغطية السطحية، تقنية الهندسة المذيبات تجلى تسفر عن كثيفة والغاية زي أفلام. ¹⁷ في هذا الأسلوب، (التولوين) غير مذيب هو مقطر على طبقة بيروفسكيتي أثناء حركة الدوران لحل بيروفسكيتي. ¹⁷ هذه النهج عادة ما تكون مناسبة تماما هيتيروجونكشنز mesoscopic، التي توظف ميسوبوروس TiO₂ كجهة اتصال انتقائية إلكترون مع المجال الاتصال زيادة وتقليل طول النقل الناقل.

ولكن هيتيروجونكشنز المستوية، التي تستخدم اتصالات الانتقائي على أساس رقيقة (عادة TiO₂) الأفلام، أكثر من المرغوب فيه لأنها توفر بسيطة وقابلة لتكوين التي يمكن اعتمادها بسهولة أكبر في تكنولوجيا الخلايا الشمسية. ولذلك، تطوير هاليد الرصاص organo بيروفسكيتي الطبقات النشطة التي تظهر عالية الكفاءة والاستقرار ضمن العملية لمستو هيتيروجونكشنز قد تؤدي إلى التقدم التكنولوجي في هذا المجال. ومع ذلك، أحد التحديات الرئيسية افتعال هيتيروجونكشنز مستو تزال ممثلة بتجانس الطبقة النشطة. كما بذلت محاولات قليلة، على أساس عمليات التفريغ، إعداد طبقات موحدة في TiO₂ الأغشية الرقيقة. على سبيل المثال، سنايث والمتعاونين أثبتت عملية تبخر مزدوج، التي تسفر عن طبقات بيروفسكيتي عالية متجانسة مع كفاءات التحويل الطاقة العالية للتطبيقات الكهربائية الضوئية. ¹⁸ في حين أن هذا العمل يمثل تقدما هاما في هذا المجال، استخدام نظم فراغ عالية وعدم وجود ألواح لتكوين الطبقة النشطة تحد من إمكانية تطبيق هذا الأسلوب. من المثير للاهتمام، قد تحقق التوحيد عالية للغاية مع الحل بخار-وساعدت عملية (فاسب)¹⁹ وتعديل الضغط المنخفض فاسب (ليرة لبنانية-فاسب)^6،20. بينما يتطلب بسب، المقترحة من يانغ والمتعاونين¹⁹، ارتفاع درجات الحرارة، واستخدام صندوق القفازات، ليرة لبنانية--بسب يستند على الصلب طبقة الرصاص السلائف هاليد حضور بخار هاليد ميثيلامونيوم، في تقليل الضغط و درجات حرارة منخفضة نسبيا في فوميهود. هذه الشروط محددة تمكين الوصول مختلطة التراكيب بيروفسكيتي، واختلاق محض CH₃NH₃PbI₃، الفصل₃NH₃PbI_3-xCl_x, CH₃NH₃PbI_{3- س}Br_xو CH₃NH₃ببر₃ يمكن أن يتحقق بسهولة. على وجه التحديد، يمكن توليفها CH₃NH₃PbI_3-سر_س الأفلام أكثر من مساحة التشكيل الكامل مع البصرية الإلكترونية عالية الجودة وإمكانية تكرار نتائج^6،20.

هنا، نحن نقدم وصفاً مفصلاً للبروتوكول لتوليف هاليد الرصاص غير العضوي العضوي طبقات بيروفسكيتي عبر بسب ليرة لبنانية، بما في ذلك إجراء توليف السلائف هاليد ميثيلامونيوم. حالما يتم تصنيعه والسلائف، تشكيل CH₃NH₃مقسم₃ أفلام تتكون من إجراء خطوتين التي تضم ط) تدور طلاء/PbBr₂PbI₂ (PbI₂أو PbI₂/PbCl ₂) السلائف على الركازة زجاجية أو أكسيد القصدير يخدر فلور (إرهابية) مغلفة بالزجاج الركازة مع مستو TiO₂، كطبقة النقل الإلكترون، وثانيا) انخفاض ضغط بخار ساعد الصلب في المزائج CH₃NH₃أنا و CH₃NH₃ر التي يمكن تعديلها بدقة اعتماداً على باندجاب البصرية المرغوبة (1.6 eV ≤ ه_ز ≤ 2.3 eV). في ظل هذه الظروف، تقديم جزيئات هاليد ميثيلامونيوم في مرحلة البخار ببطء منتشر في الفيلم رقيقة هاليد الرصاص مما أسفر عن الأفلام بيروفسكيتي هاليد المستمر، وخاليا من الثقب. تؤدي هذه العملية توسيع حجم شقين من انطلاق الرصاص هاليد السلائف طبقة إلى بيروفسكيتي هاليد الرصاص غير العضوي العضوي المكتملة. معيار سمك الفيلم بيروفسكيتي هو حوالي 400 نانومتر. فمن الممكن أن تختلف هذه السماكة بين 100-500 شمال البحر الأبيض المتوسط عن طريق تغيير سرعة الدوران طلاء الخطوة الثانية. أسلوب عرض النتائج في الأفلام البصرية الإلكترونية عالية الجودة، الذي يترجم إلى الأجهزة الضوئية مع كفاءات التحويل الطاقة تصل إلى 19% استخدام الاتحاد الأفريقي/سبيرو-أوميتاد/CH₃NH₃PbI_3-سر_س/ ضغط TiO₂/خلية إرهابية/الزجاج الشمسية الهندسة المعمارية. ²¹

Protocol

تنبيه: الرجاء مراجعة صحائف بيانات السلامة المادية ذات الصلة (MSDS) قبل الاستخدام. العديد من المواد الكيميائية المستخدمة في هذه التوليفات حادة السمية والمسرطنة والسامة للتكاثر. وترتبط مخاطر انهيار وانفجار باستخدام خط شلينك. يرجى التأكد من التحقق من سلامة الجهاز الزجاج قبل تنفيذ هذا الإجراء. قد يؤدي الاستخدام غير الصحيح لخط شلينك في رابطة مع فخ باردة النتروجين سائل في تكثيف الأوكسجين السائل (أزرق شاحب) التي يمكن أن تصبح متفجرة. الرجاء التأكد من تلقي المناسب في التدريب المهني من الخبراء قبل استخدام الفراغ-نظم وخطوط شلينك، وسوائل التبريد. الرجاء استخدام جميع ممارسات السلامة المناسبة عند إجراء التجميع بما في ذلك استخدام الضوابط الهندسية (غطاء الدخان) ومعدات الحماية الشخصية (سلامة النظارات، قفازات، معطف مختبر، وكامل طول السراويل، أحذية أغلقت تو). كافة الإجراءات التالية المبينة أدناه تتم بغطاء دخان في الهواء، وما لم يرد بشكل مختلف.

1-إعداد هاليد ميثيلامونيوم

1. 250 مل جولة أسفل قارورة مزودة بشريط ضجة، إضافة الإيثانول (100 مل) وميثيلاميني (190 ملمول، مل 16.5، 40% _بالوزن في ح ₂ س)، وبارد قارورة إلى 0 درجة مئوية مع حمام الثلج.
2. بينما هو إثارة الحل ميثيلاميني (لحوالي 5 دقائق في الثورة 600 في الدقيقة (لفة في الدقيقة))، أضف مرحبا (76 ملمول، 10 مل، 57% _بالوزن في ح ₂ س) أو HBr (76 ملمول، 8.6 مل، 48% _بالوزن في ح ₂ س) دروبويسي، وختم قارورة مع حاجز.
3. السماح برد فعل على إثارة ح 2 في 0 ˚C-
4. إزالة قارورة رد فعل من حمام الثلج وتتبخر المكونات المتطايرة المذيبات والممتص في خفض الضغط (~ 50 عربة) مع مبخر دوارة مجهزة بحمام مائي في 60 ˚C ح 4 أو حتى تتم إزالة التطاير.
5. إلى ريكريستاليزي الصلبة الناتجة عن ذلك، إضافة الإيثانول الحارة (~ 50 درجة مئوية) (100 مل) وحل المواد المتبقية-
6. ببطء إضافة الاثير ثنائي إثيل (200 مل) للحث على بلورة من مادة صلبة بيضاء.
7. فراغ تصفية الخليط فوق عامل تصفية أطل زجاج خشنة 50 مم-
8. استعادة المادة طافية وإضافة الاثير ثنائي إثيل (200 مل) للحث على بلورة إضافية بيضاء صلبة. الفراغ تصفية الخليط فوق عامل تصفية أطل زجاج خشنة 50 مم ثانية-
9. الجمع بين المواد الصلبة البيضاء على تصفية أطل زجاج خشنة 50 مم، وأثناء تصفية الفراغ، غسل المسحوق الناتج مع إثيل الاثير ثلاثة إضعاف (~ 30 مل كل مرة).
10. الجافة الصلبة البيضاء تحت الفراغ. ينتج هذا الإجراء (58.9 ملمول، 9.360 ز، 77 في المائة) من يوديد ميثيلامونيوم (CH ₃ NH ₃ أنا) و (55.5 ملمول، 6.229 ز، 73 في المائة) بروميد ميثيلامونيوم (CH ₃ NH ₃ Br).
11. المخزن في الظلام وفي مجفف في درجة حرارة الغرفة للتقليل من التحلل مع مرور الوقت-

2. إعداد "أفلام رقيقة هاليد يؤدي ميثيلامونيوم" (CH ₃ NH ₃ PbI _3-س ر _س) ^{6 ، 20}

أنبوب تكييف السابقة من شلينك

1. 1. التحميل 50 مل شلينك الأنبوبة (قطره 2.5 سم) مع 0.1 غرام هاليد ميثيلامونيوم. لمنع المواد الكيميائية العالقة على جدران أنبوب اختبار، استخدم اسطوانة ورقة وزنها لتحويل هاليد ميثيلامونيوم إلى الأنبوب.
      ملاحظة: نسبة I/(I+Br) النهائية في الفصل ₃ NH ₃ PbI _3-س ر _س يتحدد تكوين هاليد ميثيلامونيوم في أنبوبة الاختبار. على سبيل المثال، لتحقيق نسبة 30% أنا المحتوى، أنبوب شلينك يتم تحميلها مع ز 0.03 CH ₃ NH ₃ أنا و 0.07 ز CH ₃ NH ₃ فرع الفعلية التي تم الحصول عليها من التراكيب قد تختلف مع الإعداد التجريبية، معايرة ذلك شروط التوليف ومن الضروري التراكيب مستهدفة محددة العائد. في هذه الحالة، تم إنجاز ذلك عن طريق قياس محتوى هاليد في الأفلام المركبة عن طريق الطاقة المشتتة التحليل الطيفي بالأشعة السينية (EDX)-
   2. استخدام خط شلينك مزودة بمضخة دوارة للاتصال وإجلاء الأنبوب. ضبط الضغط إلى 0.185 تور. ثم تزج أنبوبة الاختبار في حمام زيت سيليكون قبل تسخينها إلى 120 درجة مئوية، مع محرض مغناطيسي (600 لفة في الدقيقة) ح 2 (تكييف قبل أنبوب شلينك)-
      ملاحظة: تسمح هذه الخطوة للتسامي السلائف ميثيلامونيوم على طول جانبي الأنبوب شلينك. من المهم ضمان تسأم السلائف ميثيلامونيوم خلال ساعتين تكييف لما قبل. وسوف تتكثف طبقة رقيقة من السلائف ميثيلامونيوم على طول جانبي الأنبوب شلينك لتغطية انخفاض نصف الأنبوبة. إذا لم يلاحظ تسأم السلائف ميثيلامونيوم أو يحدث بسرعة كبيرة جداً، تحقق إذا كان ضغط خط شلينك ودرجة حرارة الحمام زيت صحيحة، أو محاولة استخدام السلائف هاليد ميثيلامونيوم الطازجة.
   3. "شلينك إزالة" أنبوب من حمام الزيت وترك هاليد ميثيلامونيوم تحت يركب تتدفق ن ₂ تجنب تناول الرطوبة.
2. إعداد الركيزة
   1. Sonicate الركازة واحد (زجاج أو إرهابية مغلفة الزجاج، 14 x 16 ملم ²) مع الماء (~ 3 مل) الذي يحتوي على مواد التنظيف لمدة 15 دقيقة في أنبوب اختبار (قطرها 1.5 سم وارتفاع 15 سم) في 35 كيلو هرتز.
   2. تجاهل المنظفات والماء بواسطة الشطف بماء عالي النقاوة (~ 10 مل) 5 مرات.
   3. نبذ الماء عالي النقاوة وإضافة الأسيتون (~ 3 مل)، و sonicate لمدة 15 دقيقة على 35 كيلو هرتز-
   4. تجاهل الأسيتون، وإضافة الايزوبروبانول (~ 3 مل)، و sonicate لمدة 15 دقيقة على 35 كيلو هرتز-
   5. تجاهل الايزوبروبانول واسترداد الركيزة من أنبوبة الاختبار مع ملاقط الجاف لأنه يحمل بندقية ₂ ن 15 س.
   6. TiO إيداع ₂ ضغط الطبقة (100 nm) على إرهابية الزجاج ركائز بالتبخر شعاع الإلكترون في درجة حرارة الركازة 350 درجة مئوية، ومعدل ترسيب 0.5/s باستخدام التناوب الركازة. ²¹
3. إعداد الحل السلائف هاليد الرصاص
   1. لإعداد ماببي _3-x Brx (0 < x < 3)، حل PbI ₂ (0.8 ملمول، ز 0.369) وببر ₂ (0.2 ميللي مول، 0.073 ز) في 1 مل DMF لتحقيق تركيز نهائي من 0.8 PbI ₂ و 0.2 متر مربع من ببر ₂. Sonicate لمدة 5 دقائق في 35 كيلو هرتز إلى حل تماما السلائف.
      1. للإعداد من اليود النقي أو الأفلام البروم، حل PbI ₂ (1 ملمول، 0.461 ز) أو ببر ₂ (0.8 ملمول، ز 0.294) في 1 مل DMF، لتحقيق تركيز نهائي من 1 و 0.8 متر مربع، على التوالي. Sonicate لمدة 5 دقائق في 35 كيلو هرتز إلى حل تماما السلائف.
      2. لإعداد أفلام بيروفسكيتي يوديد الرصاص ميثيلامونيوم يخدر الكلور، حل PbI ₂ (0.369 ز) وببكل ₂ (0.056 ز) في 1 مل DMF، لتحقيق تركيز نهائي من 0.8 PbI ₂ و 0.2 متر مربع ببكل ₂. Sonicate لمدة 5 دقائق في 35 كيلو هرتز إلى حل تماما السلائف.
   2. تصفية الحل السلائف مع عامل تصفية بوليتيترافلوريثيليني (PTFE) 0.2 ميكرومتر.
4. يؤدي ترسب هاليد
   1. الحرارة قبل الحل السلائف على صفيحة تعيين إلى 110 درجة مئوية للحد الأدنى 5
   2. مع ميكروبيبيتي، إسقاط 80 ميكروليتر من محلول السلائف هاليد الرصاص قبل ساخنة على الركازة غير الدورية (زجاج أو TiO ₂ أودعت في إرهابية مغلفة الزجاج؛ حجم 14 × 16 مم ²). تدور 500 لفة في الدقيقة 5 s بمعدل تسارع s 500 لفة في الدقيقة ^-1، و 1500 لفة في الدقيقة لمدة 3 دقائق مع أكسيليراتيعلى معدل 1500 دورة في الدقيقة s ^-1-
   3. في فوميهود، جاف الفيلم السلائف لمدة 15 دقيقة عند 110 درجة مئوية على صفيحة تحت تتدفق N ₂-
      ملاحظة: يستخدم طبق كريستاليزينج ووضعها فوق الركيزة للسماح تمهيدا لتجف في جو ₂ ن. تغيير سمك الفيلم بيروفسكيتي الناتجة عن ذلك، يمكن أن تختلف سرعة الدوران-طلاء والخطوة الثانية من 1200 إلى 12,000 لفة في الدقيقة لتحقيق سمك الفيلم في المجموعة من 500 إلى 100 نانومتر. يمكن استخدام الحل السلائف المخفف لمواصلة تقليل سمك الفيلم،.
5. ساعد بخار الصلب
   1. تحميل العينة في أنبوب شلينك (أعدت وفقا للتعليمات الواردة في الفقرة 2.1.2). ضبط الضغط لعربة 0.185.
      ملاحظة: العينة يجلس في أنبوبة الاختبار أعلاه هاليد ميثيلامونيوم دون أن يكون على اتصال مباشر معها. إلى إبطاء إدماج ميثيلامونيوم، السطح هاليد الرصاص تتجه إلى الوجه بعيداً عن هاليد ميثيلامونيوم.
   2. تزج أنبوب شلينك محملة بالعينة في حمام زيت سيليكون تسخينها إلى 120 درجة مئوية ل 2 حاء
   3. أخذ العينة وشطفه بسرعة بالغمس في كوب المحتوية على كحول الأيزوبروبيل. فورا تجف العينة مشطوف مع بندقية ₂ ن.
      ملاحظة: إعداد نقية CH ₃ NH ₃ PbI ₃ استخدام PbI ₂ هاليد السلائف ويوديد ميثيلامونيوم نقية في الخطوة انلينغ المدعومة من بخار. إعداد CH ₃ NH استخدام ₃ ببر ₃ ببر ₂ هاليد السلائف وبروميد ميثيلامونيوم نقية في الخطوة انلينغ ساعد بخار.

Representative Results

أطياف الرنين المغناطيسي النووي (الرنين المغناطيسي النووي) بروتون اتخذت بعد التوليف هاليد ميثيلامونيوم للتحقق من نقاء جزيء (الشكل 1). مسح صور المجهر الإلكتروني (SEM) تم الحصول عليها قبل وبعد البخار الصلب (الشكل 2) لتحديد خصائص مورفولوجية وتجانس السلائف هاليد الرصاص مختلطة وال CH₃NH₃PbI_3-سر_س الأفلام. وقد جمعت أنماط حيود الأشعة السينية (XRD) لتأكيد نقاوة المرحلة وتحويل هاليد تؤدي إلى الفصل₃NH₃ر PbI_3-xx (الشكل 3).

رقم 1: أطياف الرنين المغناطيسي النووي- () ¹ح الرنين المغناطيسي النووي للفصل₃NH₃ر في [دمس]-d6. قمم في جزء في المليون δ 7.65 (فرع ق، ح 3) و 2.35 (ق، ح 3) تأكيد هوية الجزيء. الرنين المغناطيسي النووي ¹ح ²² (ب) من الفصل₃NH₃في [دمس]-d6. قمم في جزء في المليون δ 7.45 (فرع ق، ح 3) و 2.37 (ق، ح 3) تأكيد هوية الجزيء. وتعود قمم 2.50 و 3.33 صفحة في الدقيقة ²³ المتبقية [دمس] والمياه. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

ويمكن وصف يوديد بروميد وميثيلامونيوم ميثيلامونيوم سهولة ¹"ح الرنين المغناطيسي النووي" (الشكل 1). التحول الكيميائي لمجموعة الميثيل القميص حادة تركزت في δ 2.35 جزء في المليون (ح 3) للفصل₃NH₃ر، و δ 2.37 جزء في المليون (ح 3) للفصل₃NH₃. وهذا التحول الأمونيوم القميص واسعة النطاق تركزت في δ 7.65 جزء في المليون (3 ح)، و δ 7.45 جزء في المليون (ح 3) الفصل₃NH₃ر والفصل₃NH₃أنا على التوالي. ويرجع الاختلاف في التحول الكيميائي من هاليدات ميثيلامونيوم هما اليكترونيجاتيفيتيس هاليد المختلفة، التي تؤثر في التدريع (de) للبروتونات الموجودة في الجزيئات. هذه التحولات الكيميائية التي تتفق مع سبق الإبلاغ عنها أطياف^22،23.

الشكل 2: تحويل السلائف هاليد تؤدي إلى CH₃NH₃PbI_3-سر_س. الصور ووزارة شؤون المرأة من السلائف هاليد الرصاص مختلطة ( و ب). ممثل وزارة شؤون المرأة الصور CH₃NH₃PbI_3-سر_س الأفلام تعتيق في 100 ٪ (ج، د)، 50% (ه، و) ويوديد ميثيلامونيوم 30% (ز، ح). الأفلام الأوجه الثقب مجاناً، والحبوب إظهار أحجام تصل إلى 700 نانومتر. شريط المقياس = 5 ميكرومتر (أ، ج، ه، ز)، و 1 ميكرومتر (ب، د، و، ح). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

تظهر الأرقام 2 ألف و 2 باء مورفولوجية متجانسة من السلائف هاليد الرائدة التي يتم تحويلها فيما بعد إلى الفصل₃NH₃PbI_3-سر_س في خليط من بروميد ويوديد ميثيلامونيوم (ج-ح). الأفلام بيروفسكيتي الناتجة عن ذلك مستمرة، وخالية من الثقب مع أحجام الحبوب يصل إلى 700 نيوتن متر. معيار سمك الفيلم بيروفسكيتي هو حوالي 400 نانومتر، التي يتم الحصول عليها بزيادة ونقصان طلاء م 1 يؤدي هاليد السلائف الحل بسرعة 1500 دورة في الدقيقة. يمكن تغيير السمك باختلاف سرعة دوران، مع سرعات أعلى مما أسفر عن أرق الأفلام و العكس بالعكس. من المثير للاهتمام، التحويل من طبقة السلائف هاليد يؤدي إلى نتائج بيروفسكيتي هاليد الرصاص الناتجة في توسيع وحدة تخزين المزدوجة تقريبي.

درجة حرارة 120 درجة مئوية يصلب مرحلة البخار يتم اختياره أن هاليد ميثيلامونيوم سوبليميس، ينشر في الفيلم هاليد الرائدة، والتوازن بين بخار هاليد ميثيلامونيوم والصلبة CH₃NH₃PbI_3-سر _x صالح مرحلة بيروفسكيتي. وفي دراسة سابقة، واظهرنا أن الصلب عند 100 درجة مئوية أدى إلى تحويل غير مكتملة إلى حد كبير إلى مرحلة بيروفسكيتي، وأن أداء الجهاز كان أفضل عندما كان يؤديها التوليف في 120 درجة مئوية بدلاً من 150 درجة مئوية. ²⁰ يرد وصف المرحلة CH₃NH₃PbI_3-xBr_x الأفلام على ركائز الزجاج إرهابية من زرد والسلائف في الشكل 3 ألف. يظهر السلائف هاليد الرصاص (PbI 0.8 م₂ و 0.2 M ببر₂) المرحلة₂ PbI مع ذروته الرئيسي في حوالي 12.7 درجة. ₃NH CH_33-xPbI Br الأفلام_x المرحلة الصرفة ولا تحتوي على بقايا المرحلة₂ PbI. CH₃NH₃ر PbI_3-xx زرد قمم معرض منهجية التحول إلى زوايا أعلى بسبب الاستعاضة التدريجية عن أكبر أنا ذرات ذرات Br أصغر مما يؤدي إلى انخفاض ثابت شعرية من ~6.29 (x = 0) إلى ~5.93 (x = 3 )².

الشكل 3: مرحلة تحليل وتشكيل كامل الطيف CH₃NH₃PbI_3-سر_س الأفلام. () XRD أنماط من السلائف هاليد يؤدي عرض المرحلة₂ PbI، والفصل₃NH₃PbI_3-سر_س الأفلام مع تناقص محتوى اليود. ومن الواضح يصور نمط تضخيم التحول في موقف أكبر من زوايا الحيود عند تأسيسها Br الذروة (110). (ب) "صورة من الفصل"₃NH₃PbI_3-سر_س الأفلام مع الإدماج التدريجي لفرع (من اليسار إلى اليمين: نقية CH₃NH₃PbI₃، 90%، 80%، 70%، 50%، 40%، 30%، 20%، 10%، و CH نقية ₃ NH₃ببر₃). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

ويوضح الصورة CH₃NH₃PbI_3-سر_س الأفلام (الشكل 3b) الإدماج التدريجي لفرع، أدى إلى زيادة فجوة فرقة من 1.6 eV إلى 2.3 eV، ومن ثم تغيير المظهر المرئي (اليسار، نقية CH₃NH₃PbI₃ للحق، نقية CH₃NH₃ببر₃). قد تبين الزيادة التدريجية من باندجاب من فوتولومينيسسينسيالقياسات، التي أبلغ عنها سابقا في₃NH CH_33-xPbI Br الأفلام_x مع البصرية الإلكترونية عالية الجودة أكثر من مساحة التشكيل الكامل. ⁶

Discussion

من أجل افتعال هيتيروجونكشنز بيروفسكيتي مستو organo الرائدة عالية الكفاءة، تجانس الطبقة النشطة شرطا أساسيا. فيما يتعلق بالقائمة الحل^2،،من¹⁶¹⁷ ومنهجيات¹⁹ المستندة إلى فراغ^18،، لدينا عملية ملحوظ قابلة لتشكيل ألواح من الطبقة النشطة التي يمكن أن تكون وتوليفها عبر كامل CH₃NH₃PbI_3-xx Br تكوين الفضاء مع البصرية الإلكترونية عالية الجودة وإمكانية تكرار نتائج. ^{6 , 20} وبالإضافة إلى ذلك، هذه العملية تسمح للاستخدام للحد من الضغط والمنخفضة نسبيا لدرجة الحرارة في فوميهوود دون الحاجة إلى استخدام صندوق قفازات أو ترسب فراغ عالية.

بينما VASP ليرة لبنانية تم استنساخه بدرجة عالية، وينبغي أن يكون أي تعديل للبروتوكول اللازمة، لوحظ أن تكوين Br/(Br+I) الفعلية في الفيلم قد يكون أقل قليلاً من التكوين الأولى لأنبوب شلينك. ولمعالجة هذه المسألة، من الأهمية بمكان قياس هاليد المحتوى عبر EDX في الفيلم النهائي، وكذلك فيما يتعلق بتأكيد هيكل بيروفسكيتي عبر زرد، من أجل القيام بمعايرة الظروف الاصطناعية الغلة التراكيب مستهدفة محددة فيما يتعلق يستخدم برنامج الإعداد التجريبية.

وبالإضافة إلى ذلك، هناك عدد قليل من التوصيات المفيدة التي يمكن ضمان موثوقية الصحيح لعمليتنا. نوعية المواد انطلاق مهم بشكل خاص. تخزين كل من العضوية (CH₃NH₃X) وغير العضوية (مقسم₂) السلائف في مجفف تحت النتروجين الجو والرطوبة التي تسيطر عليها دور أساسي لضمان إمكانية تكرار نتائج في التوليف. وبالإضافة إلى ذلك، على السلائف العضوية تحتاج إلى أن تكون نظيفة جداً وينبغي إزالة كل آثار من المواد الأولية مع الغسيل حذراً.

وقد أثبتنا توليف هاليد ميثيلامونيوم وتحويل اللاحقة الرصاص هاليد السلائف إلى CH₃NH₃PbI_3-سر_س في أخلاط منها، مما أدى على نحو سلس، الثقب مجاناً إلى الأفلام التي معرض الجودة البصرية الإلكترونية جيدة. وفيما يتعلق بالأساليب السابقة،^{2،16،17،،}من¹⁸¹⁹ هذا البروتوكول الاصطناعية مرنة وقابلة لتكييفها في مختبرات مختلفة لأن بسهولة أنها تجري في فوميهود. وبالإضافة إلى ذلك، يسمح بسب ليرة لبنانية للوصول سهلة لتكوين بيروفسكيتي مختلفة تؤدي organo هاليد وضبط الفجوة الفرقة.

طريقة تصنيع الأفلام المعروضة يوفر تحكم مورفولوجيا متفوقة مقارنة بحل محض أساليب الطلاء، مما أسفر عن بيروفسكيتي المستوية ذات كفاءة عالية الخلايا الشمسية هيتيروجونكشن. بسبب معالجة انخفاض درجة الحرارة، واستخدام المعدات القياسية متوفرة في معظم المختبرات (أي فوميهودس وخطوط شلينك)، هذه المنهجية مناسبة خاصة لاختلاق واحد، فضلا عن مولتيجونكشن من الخلايا الشمسية، والضوء التي تنبعث منها الثنائيات، وأشعة الليزر. ونحن حاليا بوضع عملية التي تسمح بإيداع كبيرة (> 2 سم²) منطقة بيروفسكيتي المستمر الأغشية الرقيقة.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Lead (II) bromide, 99.999%	Sigma-Aldrich	398853	Acute toxicity, Carcinogenicity
Lead (II) Iodide, 99.9985%	Alfa Aesar	12724	Acute toxicity, light sensitive
N, N-Dimethylformamide, > 99.9%	Sigma-Aldrich	270547	Acute toxicity, flamable; store in well ventilated place
Isopropyl alcohol, 99.5%	BDH	BDH1133-4LP	Flamable
Methylamine ca. 40% in water	TCI	M0137	Acute toxicity, flamable; Corrosive
Hydrobromic acid 48 wt. % in H2O, ≥99.99%	Sigma-Aldrich	339245	Acute toxicity, Corrosive; air and light sensitive; store in well ventilated place
Hydroiodic acid 57 wt. % in H2O, distilled, stabilized, 99.95%	Sigma-Aldrich	210021	Corrosive; air and light sensitive; store in well ventilated place Recommended storage temperature 2/8 °C; air and light sensitiv
Ethyl Ether Anhydrous BHT Stabilized/Certified ACS	Fisher Chemicals	E 138-4	Acute toxicity, flamable
Ethanol Denatured (Reagent Alcohol), ACS	BDH	BDH1156-4LP	Flamable
Alconoxdetergent	Sigma-Aldrich	242985	Soap utilized for substrate cleaning
Milli-QIntegral 3 Water Purification System	EMD Millipore	ZRXQ003WW	Dispenser of ultrapure water
Fluorine-doped Thin Oxide (FTO) coated glass	Thin Film Devices	Custom	Glass: dimensions 13.8mm x 15.8mm ± 0.2mm, thickness 2.3mm ± 0.1mm; FTO: dimensions 3000Å ± 100Å, resistivity 7-10 ohms/sq, transmission 82% @ 550nm)
Glass substrates	C & A Scientific - Premiere	9101-E	Plain. Length: 75 mm, Width: 25 mm, Thickness: 1 mm
Ultrasonic Cleaner with Digital Timer and Heater	VWR	97043-992	2.8 L (0.7 gal.)24L x 14W x 10D cm (97/16x 51/2x 315/16")
Nuclear Magnetic Resonance Advance 500	Bruker	Z115311
Quanta 250 FEG Scanning Electron Microscope	FEI	743202032141	Equipped with a Bruker Xflash 5030 Energy-dispersive X-ray detector
SmartLab X-ray diffractometer	Rigaku	2080B411	Using Cu Kα radiation at 40 kV and 40 mA