I. Giới thiệu

Các tế bào năng lượng mặt trời perovskite (PSC), một công nghệ mới nổi được chú ý trong lĩnh vực năng lượng mới trong những năm gần đây, sử dụng chất bán dẫn halogen kim loại hữu cơ perovskite làm vật liệu hấp thụ ánh sáng, thuộc về pin mặt trời thế hệ thứ ba. Do khoảng cách dải hẹp hơn, các tế bào năng lượng mặt trời perovskite có thể hấp thụ một dải quang phổ rộng hơn của ánh sáng mặt trời, dẫn đến hiệu quả chuyển đổi năng lượng (PCE) cao hơn.

Trong số nhiều vật liệu perovskite, formamidine chì iodine (FAPbI)3Công thức phân tử CH5N2PbI3So sánh với methylamine chì iodine truyền thống (MAPbI)3Với khoảng cách dải hẹp hơn, ổn định nhiệt tuyệt vời hơn và khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh hơn, nó được coi là đại diện của vật liệu quang điện perovskite thế hệ thứ ba, cho thấy tiềm năng ứng dụng đáng kể.

Sơ đồ 1. Sơ đồ cơ chế xây dựng và vận hành các tế bào năng lượng mặt trời perovskite

Hai, FAPbI3Cấu trúc tinh thể

FAPbI3Là một vật liệu tinh thể đa hình với bốn pha tinh thể tồn tại trong một phạm vi rộng hơn của nhiệt độ thay đổi pha (Tc), bao gồm pha hoạt tính quang khối (α-FAPbI)3B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)3và hai pha hoạt động nhẹ ở nhiệt độ thấp, bốn pha (β-FAPbI)3Phương pháp trực giao (γ-FAPbI)3）。 Tuy nhiên, hoạt động quang lập phương, cùng với trạng thái nhiệt động học cận ổn định, chỉ hình thành ở nhiệt độ thay đổi pha trên 390 K. Khi nhiệt độ cao hơn Tc, entropy tăng do chuyển động quay của cation FA làm giảm năng lượng tự do Gibbs của pha lập phương xuống thấp hơn nhiều so với năng lượng tự do Gibbs của pha lục phương, cho phép pha lập phương hình thành. Khi được làm mát đến nhiệt độ phòng, cation FA được ưu tiên định hướng trong pha sáu chiều, khi pha lập phương với năng lượng tự do Gibbs cao hơn có thể dễ dàng vượt qua các cơ sở năng lượng thay đổi pha và do đó tự động chuyển sang pha sáu chiều năng lượng thấp. Trong các thiết bị quang điện perovskite hiệu quả và ổn định, sự chuyển đổi pha lập phương sang pha sáu chiều này phải bị ức chế.

Hình 2.FAPBI3Sơ đồ cấu trúc tinh thể (a) pha alpha lập phương của kết nối đỉnh chung; (b) Giai đoạn δ sáu phương của kết nối chung

III. Ứng dụng XRD trong vật liệu màng perovskite

XRD (nhiễu xạ tia X) là phương tiện mô tả cốt lõi của nghiên cứu vật liệu màng perovskite, bằng cách xác định chính xác vị trí và cường độ đỉnh nhiễu xạ, có thể nhanh chóng xác định pha tinh thể của perovskite (như pha alpha hoạt động quang và pha delta không hoạt động), độ tinh khiết pha lượng tử, và theo dõi quá trình động lực thay đổi pha trong ủ, ánh sáng và các điều kiện khác; Kết hợp với phân tích đỉnh núi (chẳng hạn như chiều rộng nửa chiều cao, độ lệch căng thẳng), nó cũng có thể đánh giá kích thước hạt của màng, ứng suất mạng và mật độ khuyết tật, để tối ưu hóa quá trình chuẩn bị (chẳng hạn như kỹ thuật dung môi, điều chỉnh phụ gia) cung cấp cơ sở cấu trúc quan trọng, đóng một vai trò không thể thay thế trong việc nâng cao hiệu quả và sự ổn định của thiết bị quang điện perovskite.

IV. Trường hợp ứng dụng

(1) Mẫu/Làm mẫu

Thí nghiệm này sử dụng FRINGE EV Desktop X-ray Diffusion Meter từ Suzhou Longsound Science Instrument Co., Ltd. để kiểm tra các mẫu perovskite (bột, màng 100 nanomet) do một công ty cung cấp.

Hình 3. Hình ảnh của các mẫu màng perovskite được thử nghiệm

(2) Cài đặt tham số kiểm tra

(3) Sơ đồ phổ kiểm tra

Sơ đồ 4. Sơ đồ nhiễu xạ của bột PVK

Hình 5. Sơ đồ nhiễu xạ của màng PVK-1

Hình 6. Sơ đồ nhiễu xạ của màng PVK-2

Hình 7. Sơ đồ nhiễu xạ của màng PVK-3

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

(4) Kết quả kiểm tra

Các mẫu perovskite đã được thử nghiệm bằng cách sử dụng FRINGE EV, một máy nhiễu xạ tia X kiểu máy tính để bàn của khoa học sóng, với biểu đồ nhiễu xạ như Hình 7-10. Biểu đồ nhiễu xạ chồng chất được thể hiện trong Hình 11, với đỉnh nhiễu xạ ở 14,08 ° (110), 28,24 ° (220) và 31,62 ° (310) là đỉnh đặc trưng của pha perovskite và có thể phản ánh tốt sự hình thành tinh thể perovskite trong tất cả các mẫu. Ngoài ra, bản đồ nhiễu xạ bột PVK cho thấy nó là perovskite alpha-FAPbI tinh khiết.3. Trong khi màng PVK-1 xuất hiện một đỉnh nhỏ ở 10,19 ° thuộc về δ-FAPbI3Tinh diện (010). PVK Film-2, PVK Film-3 có thể quan sát rõ ràng một đỉnh nhỏ bổ sung ở 12,8 ° và có thể được xác định là PbI không phản ứng2Tinh diện (001). Đồng thời, cả ba mẫu phim PVK đều có đỉnh nhiễu xạ rất rõ ràng của kính FTO, SnO.2(110), (101) và (200) bề mặt tinh thể, điều này là do tải màng PVK trên kính FTO và tín hiệu nhiễu xạ của kính FTO cũng được thu thập.

V. Kết luận

XRD là một phương tiện đặc tính rất quan trọng trong nghiên cứu khoa học vật liệu. Máy nhiễu xạ tia X để bàn của Wave Sound Science có thể cung cấp hỗ trợ dữ liệu mạnh mẽ cho nghiên cứu và phát triển vật liệu, điều chỉnh quy trình và kiểm soát chất lượng của màng perovskite.