ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-06-69-78

УДК: 620.197.7:621.315.592, 535.34

Влияние поливинилпирролидона и кислот на оптические характеристики перовскита CsPbI3 и его фазовую стабильность

Тарасов А.С., Исаев Ю.Е., Дегтерев А.Э., Дегтерева М.М., Павлова М.Д., Хоршев Н.А., Левин Е., Михайлов И.И., Ламкин И.А., Тарасов С.А.
Ссылка для цитирования:

Тарасов А.С., Исаев Ю.Е., Дегтерев А.Э., Дегтерева М.М., Павлова М.Д., Хоршев Н.А., Левин Е., Михайлов И.И., Ламкин И.А., Тарасов С.А. Влияние поливинилпирролидона и кислот на оптические характеристики перовскита CsPbI3 и его фазовую стабильность // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 6. С. 69–78. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-06-69-78

Tarasov A.S., Isaev Yu.E., Degterev A.E., Degtereva M.M., Pavlova M.D., Khorshev N.A., Levin E., Mikhailov I.I., Lamkin I.A., Tarasov S.A. The effect of polyvinylpyrrolidone and acids on the optical characteristics of CsPbI3 perovskite and its phase stability [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 6. P. 69–78. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-06-69-78

Ссылка на англоязычную версию:
-
Аннотация:

Предмет исследования. Фазовая стабилизация тонких плёнок неорганического перовскита CsPbI3 с целью оптимизации их функциональных характеристик для применения в оптоэлектронных устройствах нового поколения. Цель работы. Обеспечение долговременной стабилизации тонких плёнок CsPbI3 путём введения стабилизирующих добавок (поливинилпирролидон, йодоводородная, муравьиная и янтарная кислоты) и исследование их влияния на кинетику фазовых превращений и долговременную стабильность перовскитной фазы. Метод. Долговременная фазовая стабилизация достигалась путём добавления поливинилпирролидона и кислот в жидкий раствор прекурсоров перовскита. Стабильность перовскитной фазы оценивалась по положению края поглощения и на основе анализа изменения оптической плотности. Основные результаты. Внедрение стабилизирующих добавок позволило многократно продлить время существования перовскитной фазы CsPbI3. Срок стабильности перовскитной фазы превысил 1000 часов. Определены наиболее эффективные стабилизирующие добавки и их концентрации. Выявлен синергетический эффект от добавления полимера и кислот, позволивший повысить стабильность перовскитной фазы за счёт уменьшения плотности дефектов. Практическая значимость. Разработанный метод позволяет получать стабильные фотоактивные слои CsPbI3, которые могут применяться при создании оптоэлектронных устройств, таких как перовскитные солнечные элементы, в том числе тандемные структуры на основе кремния и других соединений, гибридные светодиоды и фотодетекторы видимого диапазона.

Ключевые слова:

металлогалогенидный перовскит, тонкие плёнки, неорганический перовскит, фазовая стабилизация, деградация

Благодарность:

работа поддержана проектом № FSEE-2025-0013.

Коды OCIS: 310.6860, 160.4670

Список источников:
  1. Дегтерев А.Э., Тарасов А.С., Дегтерева М.М., Павлова М.Д., Хоршев Н.А., Михайлов И.И., Ламкин И.А., Тарасов С.А. Моделирование фотоэлектрических характеристик солнечных элементов на основе CsPbI3, CsPbBr3 и создание экспериментальных структур // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 8. С. 14–24. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-08-14-24                                                                                                   Degterev A.E., Tarasov A.S., Degtereva M.M., Pavlova M.D., Khorshev N.A., Mikhailov I.I., Lamkin I.A., Tarasov S.A. Modeling of photoelectric characteristics of solar cells based on CsPbI3, CsPbBr3 and creation of experimental structures [in Russian] // Journal of Optical Technology. 2024. V. 91. № 8. P. 521–526. https://doi.org/10.1364/JOT.91.000521
  2. Tarasov A.S., Degterev A.E., Romanovich M.M. et al. Optical properties of Bromine-doped perovskite films // 2023 Seminar on Fields, Waves, Photonics and Electro-optics: Theory and Practical Applications (FWPE). Saint Petersburg. Russia. 21 November 2023. P. 147–150. https://doi.org/10.1109/FWPE60445.2023.10368505
  3. Sun J., Wu J., Tong X. et al. Organic/inorganic metal halide perovskite optoelectronic devices beyond solar cells // Advanced Science. 2018. V. 5. № 5. P. 1700780. https://doi.org/10.1002/advs.201700780
  4. Boyd C.C., Cheacharoen R., Leijtens T. et al. Understanding degradation mechanisms and improving stability of perovskite photovoltaics // Chem. Rev. 2019. V. 119. № 5. P. 3418–3451. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00336
  5. Ahmad W., Khan J., Niu G. et al. Inorganic CsPbI3 perovskite-based solar cells: A choice for a tandem device // Solar RRL. 2017. V. 1. № 7. P. 1700048. https://doi.org/10.1002/solr.201700048
  6. Yao Z., Zhao W., Liu S. (Frank). Stability of the CsPbI3 perovskite: from fundamentals to improvements // J. Mater. Chem. A. 2021. V. 9. № 18. P. 11124–11144. https://doi.org/10.1039/D1TA01252E
  7. Bian H., Wang H., Li Z. et al. Unveiling the effects of hydrolysis-derived DMAI/DMAPbIx intermediate compound on the performance of CsPbI3 solar cells // Advanced Science. 2020. V. 7. № 9. P. 1902868. https://doi.org/10.1002/advs.201902868
  8. Chen R., Hui Y., Wu B. et al. Moisture-tolerant and high-quality α-CsPbI3 films for efficient and stable perovskite solar modules // J. Mater. Chem. A. 2020. V. 8. № 19. P. 9597–9606. https://doi.org/10.1039/D0TA01968B
  9. Lu M., Zhang X., Bai X. et al. Spontaneous silver doping and surface passivation of CsPbI3 perovskite active layer enable light-emitting devices with an external quantum efficiency of 11.2% // ACS Energy Lett. 2018. V. 3. № 7. P. 1571–1577. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.8b00835
  10. Li B., Zhang Y., Fu L. et al. Surface passivation engineering strategy to fully-inorganic cubic CsPbI3 perovskites for high-performance solar cells // Nat Commun. 2018. V. 9. № 1. P. 1076. https://doi.org/10.1038/s41467-018-03169-0
  11. Hu Y., Bai F., Liu X. et al. Bismuth incorporation stabilized α-CsPbI3 for fully inorganic perovskite solar cells // ACS Energy Lett. 2017. V. 2. № 10. P. 2219–2227. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.7b00508
  12. Sutton R.J., Eperon G.E., Miranda L. et al. Bandgap-tunable Cesium lead halide perovskites with high thermal stability for efficient solar cells // Advanced Energy Materials. 2016. V. 6. № 8. P. 1502458. https://doi.org/10.1002/aenm.201502458
  13. Swarnkar A., Marshall A.R., Sanehira E.M. et al. Quantum dot — induced phase stabilization of α-CsPbI3 perovskite for high-efficiency photovoltaics // Science. 2016. V. 354. № 6308. P. 92–95. https://doi.org/10.1126/science.aag2700
  14. Heo D.Y., Han S.M., Woo N.S. et al. Role of additives on the performance of CsPbI3 solar cells // J. Phys. Chem. C. 2018. V. 122. № 28. P. 15903–15910. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b04613
  15. Liu R., Xu K. Solvent engineering for perovskite solar cells: a review // Micro & Nano Letters. 2020. V. 15. № 6. P. 349–353. https://doi.org/10.1049/mnl.2019.0735
  16. Radicchi E., Mosconi E., Elisei F. et al. Understanding the solution chemistry of lead halide perovskites precursors // ACS Appl. Energy Mater. 2019. V. 2. № 5. P. 3400–3409. https://doi.org/10.1021/acsaem.9b00206
  17. Mastria R., Colella S., Qualtieri A. et al. Elucidating the effect of the lead iodide complexation degree behind the morphology and performance of perovskite solar cells // Nanoscale. 2017. V. 9. № 11. P. 3889–3897. https://doi.org/10.1039/C6NR09819C
  18. Haque F., Wright M., Mahmud M.A. et al. Effects of hydroiodic acid concentration on the properties of CsPbI3 perovskite solar cells // ACS Omega. 2018. V. 3. № 9. P. 11937–11944. https://doi.org/10.1021/acsomega.8b01589
  19. Luo P., Xia W., Zhou S. et al. Solvent engineering for Ambient-Air-Processed, phase-stable CsPbI3 in perovskite solar cells // J. Phys. Chem. Lett. 2016. V. 7. № 18. P. 3603–3608. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6b01576
  20. Meng L., Wei Q., Yang Z. et al. Improved perovskite solar cell efficiency by tuning the colloidal size and free ion concentration in precursor solution using formic acid additive // Journal of Energy Chemistry. 2020. V. 41. P. 43–51. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2019.04.019
  21. Xu S., Libanori A., Luo G. et al. Engineering bandgap of CsPbI3 over 1.7 eV with enhanced stability and transport properties // iScience. 2021. V. 24. № 3. P. 102235. https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.102235