I. Einführung

Perovskit-Solarzellen (Perovskite Solar Cells, PSCs) sind in den letzten Jahren eine aufstrebende Technologie im Bereich der neuen Energien, die Perovskit-Halbleiter aus organischen Metallhalogeniden als Lichtabsorptionsmaterial verwendet, und gehören zur dritten Generation von Solarzellen. Durch ihre engere Bandlücke können Perovskit-Solarzellen ein breiteres Spektrum von Sonnenlicht absorbieren, was eine höhere Energieumwandlungseffizienz (PCE) ermöglicht.

In einer Vielzahl von Perovskit-Materialien ist das Bleijod (FAPbI)3Molekuläre Formel CH5N2PbI3Im Vergleich zum herkömmlichen Methylamidbleijod (MAPbI)3Mit einer engeren Bandspalte, einer ausgezeichneten thermischen Stabilität und einer stärkeren Lichtabsorptionsfähigkeit wird es als Vertreter der dritten Generation von Perovskit-Photovoltaik-Materialien angesehen und zeigt ein erhebliches Anwendungspotenzial.

Abbildung 1. Konstruktion und Betriebsmechanismus von Perovskit-Solarzellen

Zwei, FAPbI3Kristallstruktur

FAPbI3Es ist ein polykristallines kristallines Material, das vier Phasen im breiteren Phasenwechseltemperaturbereich (Tc) enthält, einschließlich der kubischen photoaktiven Phase (α-FAPbI).3Sechsseitig nicht-photoaktive Phase (δ-FAPbI)3Zwei Phasen mit niedriger Lichtaktivität, die Quadratphase (β-FAPbI).3und orthogonale Phase (γ-FAPbI)3). Die kubische Lichtaktivität befindet sich jedoch in einem thermodynamischen substabilen Zustand und bildet sich nur bei Phasenwechseltemperaturen über 390 K. Wenn die Temperatur höher als Tc ist, verringert der Entropiegewinn durch die Rotationsbewegung des FA-Ions die freie Gibbs-Energie der kubischen Phase auf weit unter der freien Gibbs-Energie der sechseckigen Phase, wodurch die kubische Phase entsteht. Bei der Abkühlung auf Raumtemperatur orientieren sich die FA-Ionen vorzugsweise in der Hexagonphase, in der die kubische Phase mit höherer Gibbs-freier Energie leicht die Phasenübergangsbarriere überwinden kann und sich spontan in eine niedrige Energie-Hexagonphase verwandelt. Bei hocheffizienten und stabilen Perovskit-Photovoltaik-Geräten muss diese Umstellung der kubischen Phase in die sechskantige Phase unterdrückt werden.

Abbildung 2: FAPbI3Die kubische alpha-Phase der kopalen Spitzenverbindung in der Kristallstruktur (a); (b) Sechsseitige δ-Phase der gemeinsamen Verbindung

Anwendung von XRD in Perovskitfilmmaterialien

XRD (Röntgendiffraktion) ist das Kerncharakterisierungsmittel für die Forschung von Perovskitfilmmaterialien. Durch die präzise Bestimmung der Diffraktionsspitzenposition und -stärke kann die Kristallphase von Perovskit schnell identifiziert werden (z. B. die photoaktive Alpha-Phase und die inaktive Delta-Phase), die Reinheit quantifiziert und den Phasenwechseldynamikprozess unter den Bedingungen des Glittens, der Beleuchtung und anderer verfolgt werden. In Kombination mit der Spitzenanalyse (wie halbhohe Breite, Spannungsverschiebung) können auch die Korngröße, die Gitterspannung und die Fehlerdichte des Films bewertet werden, um eine wichtige strukturelle Grundlage für die Optimierung des Herstellungsprozesses (wie Lösungsmitteltechnik, Additivregelung) zu bieten, die eine unersetzliche Rolle bei der Verbesserung der Effizienz und Stabilität von Perovskit-PV-Geräten spielt.

IV. Anwendungsfälle

(1) Proben / Proben

Dieses Experiment verwendet das FRINGE EV Desktop-Röntgendifferator von Suzhou Wave Science Instruments Co., Ltd. zur Prüfung von Perovskitproben (Pulver, 100-Nanometer-Film), die von einem Unternehmen geliefert wurden.

Abbildung 3. Probenbilder zu messender Perovskitfilm

(2) Testparametereinstellung

(3) Testspektrum

Abbildung 4. Diffraktionsdiagramm von PVK-Pulver

Abbildung 5. Diffraktionsdiagramm der PVK-Folie-1

Abbildung 6. Diffraktionsdiagramm der PVK-Folie-2

Abbildung 7. Diffraktionsdiagramm der PVK-Folie-3

Abbildung 8. FAPbI3 Perovskit PVK Probe Diffraktionskarte Überlagerung und Kristallqualitätsergebnisse

4) Testergebnisse

Perovskitproben wurden mit dem Desktop-Röntgendifferator FRINGE EV der Wellenwissenschaft getestet, wobei die Diffraktionskarte in Abbildungen 7-10 dargestellt ist. Die Diffraktionsspitzen bei 14,08° (110), 28,24° (220) und 31,62° (310) sind die charakteristischen Spitzen der Perovskitphase und spiegeln die Bildung von Perovskitkristallen in allen Proben gut wider. Darüber hinaus zeigt das PVK Pulver Diffraktionsdiagramm, dass es als reines Perovskit α-FAPbI3Während die PVK-Folie-1 einen kleinen Spitzenpunkt bei 10,19 ° auftritt, der δ-FAPbI zugeschrieben wird3Der (010) Kristall. PVK-Film-2 und PVK-Film-3 können einen zusätzlichen kleinen Spitzenpunkt bei 12,8 ° deutlich beobachten, der als nicht reagierendes PbI identifiziert werden kann2Der (001) Kristall. Gleichzeitig erschienen drei PVK-Folienproben sehr offensichtliche Diffraktionsspitzen von FTO-Glas, nämlich SnO.2(110), (101) und (200) Kristalle, da die PVK-Folie auf dem FTO-Glas beladen ist, wird auch das Diffraktionssignal des FTO-Glases erfasst.

V. Schlussfolgerungen

XRD ist ein sehr wichtiges Charakterisierungsmittel in der Materialwissenschaftliche Forschung. Die Desktop-Röntgendifferatoren von WaveSound Science bieten eine starke Datenunterstützung für die Materialentwicklung, Prozessanpassung und Qualitätskontrolle von Perovskitfilmen.