zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1971Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫOPTICAL MATERIALSПолучение эффективных и стабильных активных слоев перовскита CsPbI3 вакуумно-динамическим методомPreparation of Efficient and Stable CsPbI3 Perovskite Active Layers with Vacuum-Dynamic MethodОтакуловаН. Ф.OtakulovaN. F.

Ташкент

Tashkent

ЗахидоваМ. А.ZakhidovaM. A.

Ташкент

Tashkent

НематовШ. К.NematovSh. К.

Ташкент

Карши

Tashkent

Karshi

НурумбетоваЛ. Р.NurumbetovaL. R.

Ташкент

Tashkent

СаклейнМ.SaqlainM.

Лахор

 Lahore 

ШахидБ.ShahidB.

Лахор

 Lahore 

СапарбаевА. А.SaparbaevA. A.

Ташкент

Tashkent

saparbaevaziz83@gmail.comИнститут ионно-плазменных и лазерных технологий АН РУзArifov Institute of Ion-Plasma and Laser Technologies of Uzbekistan Academy of SciencesТашкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова; Национальный университет Узбекистана имени Мирзо УлугбекаTashkent State Technical University named after Islam Karimov; National University of Uzbekistan named after Mirzo UlugbekТашкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова; Каршинский государственный технический университетTashkent State Technical University named after Islam Karimov; Karshi State Technical UniversityИнститут ионно-плазменных и лазерных технологий АН РУз; Ташкентский государственный технический университет имени Ислама КаримоваArifov Institute of Ion-Plasma and Laser Technologies of Uzbekistan Academy of Sciences; Tashkent State Technical University named after Islam KarimovПедагогический университетUniversity of EducationИнститут ионно-плазменных и лазерных технологий АН РУз; Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова; Национальный университет Узбекистана имени Мирзо УлугбекаArifov Institute of Ion-Plasma and Laser Technologies of Uzbekistan Academy of Sciences; Tashkent State Technical University named after Islam Karimov; National University of Uzbekistan named after Mirzo Ulugbek202526092025925679688Copyright © Отакулова Н.Ф., Захидова М.А., Нематов Ш.К., Нурумбетова Л.Р., Саклейн М., Шахид Б., Сапарбаев А.А., 20252025Отакулова Н.Ф., Захидова М.А., Нематов Ш.К., Нурумбетова Л.Р., Саклейн М., Шахид Б., Сапарбаев А.А.Otakulova N.F., Zakhidova M.A., Nematov S.К., Nurumbetova L.R., Saqlain M., Shahid B., Saparbaev A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1971

Метод динамического термоотжига в вакууме использован для приготовления активных слоев перовскита CsPbI₃ — перспективного материала для солнечных элементов благодаря своей высокой стабильности и оптимальной ширине запрещенной зоны (1.7 эВ). Применение этого метода способствовало улучшению структуры активного слоя за счет снижения количества дефектных состояний и нанопор, а также увеличения размера кристаллических зерен. Вакуумный термоотжиг способствовал снижению концентрации дефектов и рекомбинационных ловушек, что объясняется более эффективным удалением молекул диметилформамида из структуры активного слоя. Проведен сравнительный анализ оптических и фотоэлектрических характеристик перовскитных солнечных элементов (ПСЭ), полученных методом динамического термоотжига в вакууме, а также изучено влияние изменений условий окружающей среды. Напряжение холостого хода (Voc) ПСЭ, изготовленных при низких температурах, увеличилось с 1.08 до 1.16 В. Эффективность преобразования энергии активных слоев возросла с 16.5 до 18.8 %.

The dynamic vacuum-assisted thermal annealing method was employed to prepare CsPbI₃ perovskite active layers. CsPbI₃ is highly suitable for solar cells due to its high stability and optimal band gap (1.7 eV). Application of this method improved the active layer structure due to the reduction of defect states and nanopores, as well as the increase of crystalline grains size. The dynamic vacuum-assisted thermal annealing method effectively reduced trap-state density and suppressed recombination due to the faster removal of dimethylformamide (DMF). A comparative analysis of the optical and photovoltaic properties was conducted to evaluate the efficiency of perovskite solar cells (PSCs) fabricated using dynamic vacuum-assisted thermal annealing versus ambient-condition processing. As a result, the open-circuit voltage (Voc) of PSCs prepared by the vacuum-assisted method at low temperatures increased from 1.08 to 1.16 V. Additionally, the power conversion efficiency (PCE) of the active layers improved from 16.5 to 18.8%.

CsPbI3динамический вакуумный термический отжигперовскитные солнечные элементыгаз аргонCsPbI3dynamic vacuum thermal annealingpower conversion efficiencyargon gasРезультаты получены в рамках проекта № ФЗ-20200929177, финансируемого Министерством высшего образования, науки и инноваций Республики Узбекистан, и выполнены в Институте ионно-плазменных и лазерных технологий имени У. А. Арифова Академии наук Республики Узбекистан.ReferencesW.-M. Gu, Y. Zhang, K.-J. Jiang, G. Yu, Y. Xu, J.-H. Huang, Y. Zhang, F. Wang, Y. Li, Y. Lin. J. Mater. Chem. A, 10 (2022) 12882—12889W.-M. Gu, Y. Zhang, K.-J. Jiang, G. Yu, Y. Xu, J.-H. Huang, Y. Zhang, F. Wang, Y. Li, Y. Lin. J. Mater. Chem. A, 10 (2022) 12882—12889A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, T. Miyasaka. J. Am. Chem. Soc., 131 (2009) 6050—6051A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, T. Miyasaka. J. Am. Chem. Soc., 131 (2009) 6050—6051F. Li, X. Deng, F. Qi, Z. Li, D. Liu, D. Shen, M. Qin, S. Wu, F. Lin, S.-H. Jang. J. Am. Chem. Soc., 142 (2020) 20134—20142F. Li, X. Deng, F. Qi, Z. Li, D. Liu, D. Shen, M. Qin, S. Wu, F. Lin, S.-H. Jang. J. Am. Chem. Soc., 142 (2020) 20134—20142J. Zhang, J. Liu, A. Tan, J. Piao, Z. Fu. Chem. Commun., 56 (2020) 13816—13819J. Zhang, J. Liu, A. Tan, J. Piao, Z. Fu. Chem. Commun., 56 (2020) 13816—13819X. Liu, X. Wang, T. Zhang, Y. Miao, Z. Qin, Y. Chen, Y. Zhao. Angew. Chem. Int. Ed., 60 (2021) 12351—12355X. Liu, X. Wang, T. Zhang, Y. Miao, Z. Qin, Y. Chen, Y. Zhao. Angew. Chem. Int. Ed., 60 (2021) 12351—12355T. Liu, J. Zhang, M. Qin, X. Wu, F. Li, X. Lu, Z. Zhu, A. K. Y. Jen. Adv. Funct. Mater., 31 (2021) 2009515T. Liu, J. Zhang, M. Qin, X. Wu, F. Li, X. Lu, Z. Zhu, A. K. Y. Jen. Adv. Funct. Mater., 31 (2021) 2009515M. M. Lee, J. Teuscher, T. Miyasaka, T. N. Murakami, H. J. Snaith. Science, 338 (2012) 643—647M. M. Lee, J. Teuscher, T. Miyasaka, T. N. Murakami, H. J. Snaith. Science, 338 (2012) 643—647Y. Wang, T. Zhang, M. Kan, Y. Li, T. Wang, Y. Zhao. Joule, 2 (2018) 2065—2075Y. Wang, T. Zhang, M. Kan, Y. Li, T. Wang, Y. Zhao. Joule, 2 (2018) 2065—2075R. J. Sutton, G. E. Eperon, L. Miranda, E. S. Parrott, B. A. Kamino, J. B. Patel, M. T. Hörantner, M. B. Johnston, A. A. Haghighirad, D. T. Moore. Adv. Energy Mater., 6 (2016) 1502458R. J. Sutton, G. E. Eperon, L. Miranda, E. S. Parrott, B. A. Kamino, J. B. Patel, M. T. Hörantner, M. B. Johnston, A. A. Haghighirad, D. T. Moore. Adv. Energy Mater., 6 (2016) 1502458J. Tian, Q. Xue, Q. Yao, N. Li, C. J. Brabec, H. L. Yip. Adv. Energy Mater., 10 (2020) 2000183J. Tian, Q. Xue, Q. Yao, N. Li, C. J. Brabec, H. L. Yip. Adv. Energy Mater., 10 (2020) 2000183H. Zhu, Y. Ren, L. Pan, O. Ouellette, F. T. Eickemeyer, Y. Wu, X. Li, S. Wang, H. Liu, X. Dong. J. Am. Chem. Soc., 143 (2021) 3231—3237H. Zhu, Y. Ren, L. Pan, O. Ouellette, F. T. Eickemeyer, Y. Wu, X. Li, S. Wang, H. Liu, X. Dong. J. Am. Chem. Soc., 143 (2021) 3231—3237H. Zhu, B. Shao, J. Yin, Z. Shen, L. Wang, R.W. Huang, B. Chen, N. Wehbe, T. Ahmad, M. Abulikemu. Adv. Mater., 36 (2024) 2306466H. Zhu, B. Shao, J. Yin, Z. Shen, L. Wang, R.W. Huang, B. Chen, N. Wehbe, T. Ahmad, M. Abulikemu. Adv. Mater., 36 (2024) 2306466R. Cheacharoen, N. Rolston, D. Harwood, K. A. Bush, R. H. Dauskardt, M. D. McGehee. Energy & Environ. Sci., 11 (2018) 144—150R. Cheacharoen, N. Rolston, D. Harwood, K. A. Bush, R. H. Dauskardt, M. D. McGehee. Energy & Environ. Sci., 11 (2018) 144—150G. Zheng, C. Zhu, J. Ma, X. Zhang, G. Tang, R. Li, Y. Chen, L. Li, J. Hu, J. Hong. Nature Commun., 9 (2018) 2793G. Zheng, C. Zhu, J. Ma, X. Zhang, G. Tang, R. Li, Y. Chen, L. Li, J. Hu, J. Hong. Nature Commun., 9 (2018) 2793Y. Guo, X. Yin, J. Liu, W. Que. J. Mater. Chem. A, 7 (2019) 19008—19016Y. Guo, X. Yin, J. Liu, W. Que. J. Mater. Chem. A, 7 (2019) 19008—19016F. Yang, D. Hirotani, G. Kapil, M. A. Kamarudin, C. H. Ng, Y. Zhang, Q. Shen, S. Hayase. Angew. Chem., 130 (2018) 12927—12931F. Yang, D. Hirotani, G. Kapil, M. A. Kamarudin, C. H. Ng, Y. Zhang, Q. Shen, S. Hayase. Angew. Chem., 130 (2018) 12927—12931P. Luo, W. Xia, S. Zhou, L. Sun, J. Cheng, C. Xu, Y. Lu. J. Phys. Chem. Lett., 7 (2016) 3603—3608P. Luo, W. Xia, S. Zhou, L. Sun, J. Cheng, C. Xu, Y. Lu. J. Phys. Chem. Lett., 7 (2016) 3603—3608Y. Hu, F. Bai, X. Liu, Q. Ji, X. Miao, T. Qiu, S. Zhang. ACS Energy Lett., 2 (2017) 2219—2227Y. Hu, F. Bai, X. Liu, Q. Ji, X. Miao, T. Qiu, S. Zhang. ACS Energy Lett., 2 (2017) 2219—2227A. Saparbaev, C. Gao, D. Zhu, Z. Liu, X. Qu, X. Bao, R. Yang. J. Power Sources, 426 (2019) 61—66A. Saparbaev, C. Gao, D. Zhu, Z. Liu, X. Qu, X. Bao, R. Yang. J. Power Sources, 426 (2019) 61—66B. Zhao, S.-F. Jin, S. Huang, N. Liu, J.-Y. Ma, D.-J. Xue, Q. Han, J. Ding, Q.-Q. Ge, Y. Feng. J. Am. Chem. Soc., 140 (2018) 11716—11725B. Zhao, S.-F. Jin, S. Huang, N. Liu, J.-Y. Ma, D.-J. Xue, Q. Han, J. Ding, Q.-Q. Ge, Y. Feng. J. Am. Chem. Soc., 140 (2018) 11716—11725Y. Wang, M. I. Dar, L. K. Ono, T. Zhang, M. Kan, Y. Li, L. Zhang, X. Wang, Y. Yang, X. Gao. Science, 365 (2019) 591—595Y. Wang, M. I. Dar, L. K. Ono, T. Zhang, M. Kan, Y. Li, L. Zhang, X. Wang, Y. Yang, X. Gao. Science, 365 (2019) 591—595S. Yang, M. Wu, X. Lei, J. Wang, Y. Han, X. He, S. Liu, Z. Liu. ACS Energy Lett., 9 (2024) 4817—4826S. Yang, M. Wu, X. Lei, J. Wang, Y. Han, X. He, S. Liu, Z. Liu. ACS Energy Lett., 9 (2024) 4817—4826J. Qiu, X. Mei, M. Zhang, G. Wang, S. Zou, L. Wen, J. Huang, Y. Hua, X. Zhang. Angew. Chem. Int. Ed., 63 (2024) e202401751J. Qiu, X. Mei, M. Zhang, G. Wang, S. Zou, L. Wen, J. Huang, Y. Hua, X. Zhang. Angew. Chem. Int. Ed., 63 (2024) e202401751Y. Che, Z. Liu, Y. Duan, J. Wang, S. Yang, D. Xu, W. Xiang, T. Wang, N. Yuan, J. Ding. Angew. Chem. Int. Ed., 61 (2022) e202205012Y. Che, Z. Liu, Y. Duan, J. Wang, S. Yang, D. Xu, W. Xiang, T. Wang, N. Yuan, J. Ding. Angew. Chem. Int. Ed., 61 (2022) e202205012J. Wang, Y. Che, Y. Duan, Z. Liu, S. Yang, D. Xu, Z. Fang, X. Lei, Y. Li, S. Liu. Adv. Mater., 35 (2023) 2210223J. Wang, Y. Che, Y. Duan, Z. Liu, S. Yang, D. Xu, Z. Fang, X. Lei, Y. Li, S. Liu. Adv. Mater., 35 (2023) 2210223S. M. Yoon, H. Min, J. B. Kim, G. Kim, K. S. Lee, S. I. Seok. Joule, 5 (2021) 183—196S. M. Yoon, H. Min, J. B. Kim, G. Kim, K. S. Lee, S. I. Seok. Joule, 5 (2021) 183—196A. Saparbaev, M. Zhang, V. Kuvondikov, L. Nurumbetova, I.O. Raji, I. Tajibaev, E. Zakhidov, X. Bao, R. Yang. Solar Energy, 228 (2021) 405—412A. Saparbaev, M. Zhang, V. Kuvondikov, L. Nurumbetova, I.O. Raji, I. Tajibaev, E. Zakhidov, X. Bao, R. Yang. Solar Energy, 228 (2021) 405—412E. Zakhidov, S. K. Nematov, A. Saparbaev, L. Nurumbetova, B. Khidirov, A. Y. Turguboev. J. Appl. Spectrosc., 90 (2023) 830—836E. Zakhidov, S. K. Nematov, A. Saparbaev, L. Nurumbetova, B. Khidirov, A. Y. Turguboev. J. Appl. Spectrosc., 90 (2023) 830—836R. E. Beal, D. J. Slotcavage, T. Leijtens, A. R. Bowring, R. A. Belisle, W. H. Nguyen, G. F. Burkhard, E. T. Hoke, M. D. McGehee. J. Phys. Chem. Lett., 7 (2016) 746—751R. E. Beal, D. J. Slotcavage, T. Leijtens, A. R. Bowring, R. A. Belisle, W. H. Nguyen, G. F. Burkhard, E. T. Hoke, M. D. McGehee. J. Phys. Chem. Lett., 7 (2016) 746—751C.-Y. Chen, H.-Y. Lin, K.-M. Chiang, W.-L. Tsai, Y.-C. Huang, C.-S. Tsao, H.-W. Lin. Adv. Mater. (Deerfield Beach, Fla.), 29 (2017)C.-Y. Chen, H.-Y. Lin, K.-M. Chiang, W.-L. Tsai, Y.-C. Huang, C.-S. Tsao, H.-W. Lin. Adv. Mater. (Deerfield Beach, Fla.), 29 (2017)L. A. Frolova, D. V. Anokhin, A. A. Piryazev, S. Y. Luchkin, N. N. Dremova, K. J. Stevenson, P. A. Troshin. J. Phys. Chem. Lett., 8 (2017) 67—72L. A. Frolova, D. V. Anokhin, A. A. Piryazev, S. Y. Luchkin, N. N. Dremova, K. J. Stevenson, P. A. Troshin. J. Phys. Chem. Lett., 8 (2017) 67—72J. Huang, S. He, W. Zhang, A. Saparbaev, Y. Wang, Y. Gao, L. Shang, G. Dong, L. Nurumbetova, G. Yue. Solar RRL, 6 (2022) 2100839J. Huang, S. He, W. Zhang, A. Saparbaev, Y. Wang, Y. Gao, L. Shang, G. Dong, L. Nurumbetova, G. Yue. Solar RRL, 6 (2022) 2100839W. Ke, I. Spanopoulos, C. C. Stoumpos, M. G. Kanatzidis. Nature Commun., 9 (2018) 4785W. Ke, I. Spanopoulos, C. C. Stoumpos, M. G. Kanatzidis. Nature Commun., 9 (2018) 4785Y. Wang, T. Zhang, M. Kan, Y. Zhao. J. Am. Chem. Soc., 140 (2018) 12345—12348Y. Wang, T. Zhang, M. Kan, Y. Zhao. J. Am. Chem. Soc., 140 (2018) 12345—12348T. Kirchartz, J. A. Márquez, M. Stolterfoht, T. Unold. Adv. Energy Mater., 10 (2020) 1904134T. Kirchartz, J. A. Márquez, M. Stolterfoht, T. Unold. Adv. Energy Mater., 10 (2020) 1904134C. Li, F. Xu, Y. Li, N. Li, H. Yu, B. Yuanb, Z. Chen, L. Li, B. Cao. Solar Energy, 233 (2022) 271—277C. Li, F. Xu, Y. Li, N. Li, H. Yu, B. Yuanb, Z. Chen, L. Li, B. Cao. Solar Energy, 233 (2022) 271—277

The authors declare that there are no conflicts of interest present.