I. Introdução

Células solares de perovskite (PSCs), como uma tecnologia emergente de alta atenção no campo das novas energias nos últimos anos, usam semicondutores de halogenos metálicos orgânicos de perovskite como material de absorção de luz e pertencem à terceira geração de células solares. Devido à sua lacuna de banda mais estreita, as células solares de perovskite são capazes de absorver uma gama espectral mais ampla de luz solar, permitindo uma maior eficiência de conversão de energia (PCE).

Em muitos materiais de perovskite, o iodo de chumbo (FAPbI)3fórmula molecular CH5N2PbI3Em comparação com o iodo de chumbo metálico convencional (MAPbI).3Com uma brecha de banda mais estreita, maior estabilidade térmica e maior capacidade de absorção de luz, é considerado um representante da terceira geração de materiais fotovoltaicos de perovskite, mostrando um potencial de aplicação significativo.

Figura 1. Estrutura e mecanismo operacional de células solares de perovskite

Dois. FAPbI3Estrutura Cristal

FAPbI3É um material cristalino policristalino que possui quatro fases em uma gama mais ampla de temperaturas de mudança de fase (Tc), incluindo a fase fotoativa cúbica (α-FAPbI).3Fase não fotoativa hexagonal (δ-FAPbI)3e duas fases fotoativas a baixa temperatura, a saber, a fase quadrada (β-FAPbI).3fase ortogonal (γ-FAPbI)3). No entanto, a fotoatividade cúbica está subestável termodinâmicamente e só se forma a temperaturas de mudança de fase acima de 390 K. Quando a temperatura é superior a Tc, o ganho de entropia causado pelo movimento de rotação do catião FA reduz a energia livre de Gibbs da fase cúbica para muito abaixo da energia livre de Gibbs da fase hexagonal, permitindo a formação da fase cúbica. Quando resfriados a temperatura ambiente, os catiões FA são direcionados prioritariamente em fases hexagonais, quando as fases cúbicas com maior energia livre de Gibbs podem facilmente superar as barreiras de energia de mudança de fase e, assim, se transformar espontaneamente em fases hexagonais de baixa energia. Em dispositivos fotovoltaicos de perovskite altamente eficientes e estáveis, essa mudança de fase cúbica para fase hexagonal deve ser inibida.

Figura 2: FAPbI3Estrutura cristalina esquemática (a) A fase alfa cúbica da conexão de topo comum; (b) Fase δ hexagonal de conexão comum

Aplicação do XRD em materiais de perovskita

XRD (difração de raios X) é o principal meio de caracterização do estudo de materiais de películas finas de perovskita, através da determinação precisa da posição e intensidade do pico de difração, pode identificar rapidamente a fase cristalina do perovskita (como a fase α fotoativa e a fase delta inativa), quantificar a pureza e rastrear o processo de dinâmica de mudança de fase sob as condições de refresco, iluminação e outros; Em combinação com a análise de picos (como a largura semi-alta, o desvio de tensão), também é possível avaliar o tamanho do grão da película fina, a tensão da grade e a densidade de defeito, fornecendo uma base estrutural crítica para otimizar o processo de preparação (como engenharia de solventes, regulação de aditivos), desempenhando um papel insubstituível na melhoria da eficiência e estabilidade dos dispositivos fotovoltaicos perovskita.

Casos de aplicação

(1) amostras / fabricação de amostras

Este experimento usou o difractor de raios-X de mesa FRINGE EV da Suzhou Rongsong Science Instruments Co., Ltd. para testar amostras de perovskite fornecidas por uma empresa (pó, película fina de 100 nanometros).

Figura 3. Imagem de amostra de película de perovskite a ser testada

(2) Configuração de parâmetros de teste

3) Espectrograma de teste

Figura 4. Difração do pó de PVK

Figura 5. Diagrama de difração de PVK-1

Figura 6. Diagrama de difração de PVK-2

Figura 7. Diagrama de difração de PVK-3

Figura 8. FAPbI3 perovskite PVK amostra de sobreposição do mapa de difração e resultados de calificação de cristal

4) Resultados do teste

As amostras de perovskite foram testadas usando o difractor de raios-X de mesa FRINGE EV da Ciência da Onda, com o mapa de difração mostrado nas Figuras 7-10. Como mostrado na Figura 11, os picos de difração em 14,08 ° (110), 28,24 ° (220) e 31,62 ° (310) são os picos característicos da fase de perovskita e podem refletir bem a formação de cristais de perovskita em todas as amostras. Além disso, o mapa de difração de pó de PVK mostra que ele é puro perovskite α-FAPbI3. Enquanto a película de PVK-1 apareceu um pico pequeno em 10,19 °, atribuído a δ-FAPbI3O (010) cristal. Películas de PVK-2 e PVK-3 podem observar claramente um pico adicional a 12,8 ° que pode ser identificado como PbI não reativo2O cristal (001). Ao mesmo tempo, três amostras de filme de PVK apareceram picos de difração muito evidentes do vidro FTO, SnO.2(110), (101) e (200) cristal, porque a película fina de PVK é carregada no vidro FTO, o sinal de difração do vidro FTO também é coletado.

V. Conclusões

XRD é um instrumento de caracterização muito importante na pesquisa em ciência de materiais. Os difractores de raios-X de mesa da WaveSound Science fornecem um forte suporte de dados para o desenvolvimento de materiais, ajuste de processo e controle de qualidade de películas de perovskite.