I. Introducción

Las células solares de Perovskita (psc), como una tecnología emergente que ha atraído mucha atención en el campo de la nueva energía en los últimos años, utilizan semiconductores de haluro metálico orgánico de Perovskita como materiales absorbentes de luz y pertenecen a la tercera generación de células solares. Debido a su estrecha brecha de banda, las células solares de Perovskita pueden absorber la luz solar en un rango espectral más amplio, logrando así una mayor eficiencia de conversión de energía (pce).

Entre los muchos materiales de perovskita, el yodo de plomo formamidina (fapbi)3, fórmula molecular CH5N2PbI3) debido a su comparación con el yodo de plomo de Metilamina tradicional (mapbi)3) con una brecha de banda más estrecha, una mejor estabilidad térmica y una mayor capacidad de absorción de luz, es considerado como un representante de la tercera generación de materiales fotovoltaicos de perovskita, mostrando un potencial de aplicación significativo.

Figura 1. diagrama esquemático de la estructura y el mecanismo de funcionamiento de las células solares de Perovskita

En segundo lugar, FAPbI3Estructura cristalina

FAPbI3Es un material cristalino policristalino con cuatro fases cristalinas en un rango más amplio de temperatura de Transición de fase (tc), incluida la fase fotoactiva cúbica (alfa - fapbi).3), fase no fotoactiva hexagonal (delta - fapbi3) y dos fases fotoactivas a baja temperatura, la fase cuatripartita (beta - fapbi)3) y fase ortonormal (gamma - fapbi)3). Sin embargo, la actividad luminosa cúbica se lleva bien con la metaestabilidad termodinámica y solo se forma a temperaturas de Transición de fase superiores a 390 K. Cuando la temperatura es superior a tc, la ganancia de entropía causada por el Movimiento de rotación del catión fa reduce la energía libre de Gibbs de la fase cúbica a muy por debajo de la energía libre de Gibbs de la fase hexagonal, lo que hace que la fase cúbica se forme. Cuando se enfría a temperatura ambiente, el catión fa se orienta prioritariamente en una fase hexagonal, cuando la fase cúbica con mayor energía libre de Gibbs puede superar fácilmente la barrera de energía de cambio de fase y, por lo tanto, transformarse espontáneamente en una fase hexagonal de baja energía. En los dispositivos fotovoltaicos de Perovskita eficientes y estables, esta transformación de fase cúbica a fase hexagonal debe frenarse.

Figura 2. fapbi3Diagrama esquemático de la estructura cristalina (a) fase Alfa cúbica conectada en la parte superior común; (b) fase Delta hexagonal conectada coplanares

3. aplicación de xrd en materiales de película delgada de Perovskita

La dispersión de rayos X es el medio característico central de la investigación de materiales de película delgada de perovskita. al determinar con precisión la posición y la intensidad de los picos de refracción, se puede identificar rápidamente la fase cristalina de Perovskita (como la fase alfa fotoactiva y la fase Delta inactiva), cuantificar la pureza de la fase y rastrear el proceso dinámico de Transición de fase en condiciones de recocido e iluminación; Combinando el análisis de la forma del pico (como la mitad de la altura y el ancho, el desplazamiento de la tensión), también se puede evaluar el tamaño del grano, el estrés de la red cristalina y la densidad de defectos de la película, proporcionando una base estructural clave para optimizar el proceso de preparación (como la ingeniería de disolventes y la regulación de aditivos), y desempeñando un papel insustituible en la mejora de la eficiencia y estabilidad de los dispositivos fotovoltaicos de perovskita.

IV. casos de aplicación

(1) muestra / preparación de muestras

Este experimento utilizó el difractómetro de rayos X de escritorio Fringe EV de Suzhou langsheng Science Instrument co., Ltd. para detectar muestras de Perovskita (polvo, película de 100 nanómetros) proporcionadas por una empresa.

Figura 3. imagen de la muestra de película de Perovskita a medir

(2) configuración de los parámetros de prueba

(3) espectro de pruebas

Figura 4. mapa de difracción del polvo PVK

Figura 5. mapa de difracción de la película PVK - 1

Figura 6. mapa de difracción de la película PVK - 2

Figura 7. mapa de difracción de la película PVK - 3

Figura 8. superposición de patrones de difracción de muestras PVK de Perovskita fapbi3 y resultados cualitativos de la forma cristalina

(4) resultados de las pruebas

Las muestras de Perovskita fueron probadas con el difractómetro de rayos X de escritorio Fringe EV de Wave Sound science, y el mapa de difracción se muestra en la figura 7 - 10. El patrón de difracción superpuesto se muestra en la figura 11, y los picos de difracción a 14,08 ° (110), 28,24 ° (220) y 31,62 ° (310) son picos característicos de la fase perovskita, lo que puede reflejar bien la formación de cristales de Perovskita en todas las muestras. Además, el patrón de difracción del polvo PVK muestra que es Perovskita pura alfa - fapbi3. por su parte, la película PVK - 1 presenta un pequeño pico a 10,19 °, atribuido a Delta - fapbi3Superficie cristalina (010). La película PVK - 2 y la película PVK - 3 pueden observar claramente un pequeño pico adicional a 12,8 ° y se puede determinar que no reacciona pbi.2Superficie cristalina (001). Al mismo tiempo, las tres muestras de película PVK mostraron picos de refracción muy obvios de vidrio fto, es decir, sno.2(110), (101) y (200) superficies cristalinas, debido a que la película PVK está cargada en vidrio fto, la señal de difracción del vidrio FTO también se recoge.

V. Conclusiones

Xrd es un medio de caracterización muy importante en la investigación científica de materiales. El difractómetro de rayos X de escritorio de Wave Sound Science puede proporcionar un fuerte soporte de datos para la investigación y el desarrollo de materiales, el ajuste de procesos y el control de calidad de las películas de perovskita.