Perovskiti ad alogenuri metallici (ABX₃ ) sono emersi come candidati promettenti per varie applicazioni optoelettroniche grazie alle loro eccellenti proprietà optoelettroniche e alla fabbricazione a basso costo. Attualmente, lo strato che assorbe la luce delle celle solari a perovskite a giunzione singola (PSC) a più alta efficienza è quasi tutto basato su FAPbI₃ perovskite, ottenendo un'efficienza di conversione di potenza (PCE) paragonabile alle celle di silicio cristallino commerciali.

Tuttavia, la fase nera fotoattiva FAPbI₃ si trasforma prontamente in una fase gialla foto-inattiva in condizioni umide. L'ingegneria della composizione come la lega A/X-site è stata sviluppata per stabilizzare la fase nera FAPbI₃ .

In particolare, lega FA ⁺ con Cs ⁺ formare perovskite FA-C a ioduro puro (FA_1-x Cs_x PbI₃ ) è un approccio ideale per ottenere PSC con elevata efficienza e stabilità. Tuttavia, a causa della complessa cinetica di cristallizzazione tra FAPbI₃ e CsPbI₃ , FA_1-x Cs_x PbI₃ la perovskite preparata mediante la tipica cristallizzazione in uno stadio (1S) mostra una scarsa omogeneità compositiva e un'elevata densità di trappola, che limita le prestazioni del dispositivo e la stabilità a lungo termine.

Per affrontare questa sfida, il professor Yixin Zhao dell'Università Jiao Tong di Shanghai e colleghi hanno recentemente sviluppato una strategia di incorporazione sequenziale del cesio (SCI) per disaccoppiare la cristallizzazione della perovskite triioduro FA-C con PSC altamente efficienti e stabili raggiunti.

In questo lavoro, il formiato di cesio (HCOOC) come fonte di cesio viene introdotto in sequenza nel film precursore di FA di alta qualità. Collaborando con il professor Feng Gao dell'Università di Linköping, un nuovo meccanismo di stabilizzazione per il doping Cs per stabilizzare FAPbI₃ viene anche rivelato. Questo articolo di ricerca è pubblicato su National Science Review .

Nel loro lavoro, FA_{1-x di alta qualità} Cs_x PbI₃ (x =0,05-0,16) le perovskiti sono ottenute con il metodo SCI. Il rapporto tra FA e C in questi SCI-FA_1-x Cs_x PbI₃ le perovskiti possono essere facilmente sintonizzate regolando il contenuto della fonte di cesio.

Rispetto al convenzionale 1S-FA_{1-x preparato in un unico passaggio} Cs_x PbI₃ perovskiti, SCI-FA_1-x Cs_x PbI₃ le perovskiti hanno dimostrato una distribuzione Cs molto più uniforme. "La distribuzione uniforme della composizione dei C è la chiave per il miglioramento delle prestazioni del dispositivo", afferma Zhao, mentre i PSC si basano su SCI-FA_0.91 Cs_0.09 PbI₃ i film hanno raggiunto un PCE del 24,7% (certificato 23,8%), che è il valore più alto tra i PSC triioduro FA-C riportati finora.

Inoltre, la collaborazione con il gruppo di Gao ha ulteriormente rivelato un nuovo meccanismo di stabilizzazione per questo doping da Cs. L'incorporazione di Cs in FAPbI₃ riduce significativamente la forza di accoppiamento elettrone-fonone e la fluttuazione del reticolo, sopprimendo così la migrazione ionica e la formazione di ammassi ricchi di ioduro. Di conseguenza, la stabilità dei dispositivi basati su FA-C è stata notevolmente migliorata.

Nel complesso, questo lavoro apre nuove possibilità per sviluppare strategicamente perovskiti a cationi misti di alta qualità con un buon controllo sulla cinetica di cristallizzazione, presentando una pietra miliare verso la costruzione razionale di applicazioni optoelettroniche basate su perovskite altamente efficienti e stabili, incluso ma non limitato al solare celle, diodi emettitori di luce e laser. + Esplora ulteriormente

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