逐次Aサイトドーピングによるペロブスカイト結晶化動力学の精密制御

要約 二段階で製造されたFAPbI3ベースのペロブスカイトは、その優れたフィルム品質と再現性のため、注目を集めています。しかし、基盤となるフィルム形成メカニズムは謎に包まれています。ここでは、Cs+およびGA+の逐次Aサイトドーピングを施したベンチマークFAPbI3ベースのペロブスカイトフィルムの結晶化動力学を、インシチュX線散乱および第一原理計算によって明らかにします。最初のステップでCs+を取り入れることで、δ-CsPbI3からペロブスカイトα相への代替経路が導入され、PbI2からの従来の経路よりもエネルギー的に有利となります。しかし、希薄なδ-CsPbI3結晶による不均一な核形成のためにピンホールが形成されます。幸運なことに、2ステップ目でGA+を取り入れることで、δ-CsPbI3からペロブスカイトα相への相転移を促進するだけでなく、オストワルド熟成および粒界移動の促進を通じてピンホールを排除することができ、これによりペロブスカイト太陽電池の効率を23%以上向上させます。この研究は、結晶核形成と成長プロセスを分離することによって、ペロブスカイト結晶化動力学を精密に制御できる二段階プロセスの前例のない利点を示しています。