Cs₀.₃DMA₀.₂MA₀.₅PbI₃ 순수 요오드화물 WBG 페로브스카이트

삼중 양이온 순수 요오드화물 광대역 갭(WBG) 페로브스카이트 흡수층 (Eg 1.68 eV)은 paper_209의 주요 합성 목표이다 (see Ji et al., Joule (2022)). 밴드 갭은 Cs+DMA 공동 첨가를 통해 조정되며, 허용 인자(tolerance factor) 0.9–1.0을 유지한다 — 그리고 결정적으로, 브롬화물을 포함하지 않기 때문에 광유도 할라이드 분리가 발생하지 않는다.

정의

• Cs는 밴드 갭을 1.68 eV 방향으로 넓히며; DMA (디메틸암모늄, 이온 반지름 272 pm)는 Cs (167 pm)로 인해 감소하는 허용 인자를 보상한다; MA는 MACl 염화물 음이온 운반체의 형태로 부분적으로 도입된다.
• 최적 조성인 Cs₀.₃DMA₀.₂MA₀.₅PbI₃은 밴드 갭 1.68 eV를 달성한다 (see Ji et al., Joule (2022), Fig. 1A and Fig. S₂₂).
• 근본적으로 광유도 할라이드 분리가 없음: 520 nm 레이저를 대기 중에서 6시간 연속 조사하여도 PL 적색 편이 없음 (Fig. 3A) — 이는 조명 하에서 상 분리가 발생하는 혼합 할라이드(I/Br) WBG 페로브스카이트 대비 핵심적인 장점이다.

형성 메커니즘

kinetically-controlled-phase-evolution-perovskite를 통해 형성된다: MACl은 Cs를 사방정계 δ-CsPbI₃ 이차 상 대신 과도적인 2D Ruddlesden–Popper Cs₂PbI₂Cl₂-2D-RP-intermediate 상으로 유도하며, 이 2D RP 상은 완전 어닐링을 거쳐 목표하는 α-페로브스카이트로 전환된다. 이 동역학적 경로는 열역학적 허용 인자 논거만으로는 제조할 수 없는 단상 순수 요오드화물 박막을 구현한다.

응용

WBG 상부 셀로서 페로브스카이트/Si 2단자 모놀리식 탠덤에 적용됨 → perovskite-Si-tandem-PCE-certified-28pt37pct-2022 (NREL 인증 28.37%).