ОРГАНО-НЕОРГАНІЧНИЙ ПЕРОВСКИТ CH3NH3PbI3: МОРФОЛОГІЧНІ, СТРУКТУРНІ ТА ФОТОЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ
The organic-inorganic perovskite films CH3N-H3PbI3 were synthesized from solutions with different ratios of initial reagents (PbI2 to CH3NH3I were taken in the ratio 1:1, 1:2 and 1:3). To deposit films of organic-inorganic perovskite, solutions with different ratio of initial reagents were applied t...
Gespeichert in:
| Datum: | 2019 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2019
|
| Online Zugang: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/82 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871465589632925696 |
|---|---|
| author | Torchyniuk, Pavlo V'yunov, Oleg Ishchenko, Aleksandr Kurdyukova, Irina Vlasyuk, Viktor Kostylyov, Vitaliy Belous, Anatolii |
| author_facet | Torchyniuk, Pavlo V'yunov, Oleg Ishchenko, Aleksandr Kurdyukova, Irina Vlasyuk, Viktor Kostylyov, Vitaliy Belous, Anatolii |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Pavlo Torchyniuk",
"institution": "V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine, Palladina ave., 32\/34, Kyiv, 03142, Ukraine mob. phone. (+38099) 727-98-06"
},
{
"author": "Oleg V'yunov",
"institution": "Candidate of Chemical Sciences, Senior Researcher, V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine, Palladina ave., 32\/34, Kyiv, 03142,"
},
{
"author": "Aleksandr Ishchenko",
"institution": "Doctor of Chemical Sciences, Professor Corresponding Memberof NAS of Ukraine Institute of Organic Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine, Murmanskaya street, 5, Kyiv, 02660,"
},
{
"author": "Irina Kurdyukova",
"institution": "Candidate of Chemical Sciences, Researcher, Institute of Organic Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine, Murmanskaya street, 5, Kyiv, 02660"
},
{
"author": "Viktor Vlasyuk",
"institution": "Researcher, V. E. Lashkarev Institute of Semiconductor Physics of National Academy of Sciences of Ukraine, pr. Nauki 41, Kyiv, 03028"
},
{
"author": "Vitaliy Kostylyov",
"institution": "Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher, V. E. Lashkarev Institute of Semiconductor Physics of National Academy of Sciences of Ukraine, pr. Nauki 41, Kyiv, 03028"
},
{
"author": "Anatolii Belous",
"institution": "Doctor of Chemical Sciences, Professor, Academician of NAS of Ukraine V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of National Academy of Sciences of Ukraine, Palladina ave., 32\/34, Kyiv, 03142, "
}
] |
| author_sort | Torchyniuk, Pavlo |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:41Z |
| description | The organic-inorganic perovskite films CH3N-H3PbI3 were synthesized from solutions with different ratios of initial reagents (PbI2 to CH3NH3I were taken in the ratio 1:1, 1:2 and 1:3). To deposit films of organic-inorganic perovskite, solutions with different ratio of initial reagents were applied to the substrates by the spin-coating method. The organic-inorganic perovskites synthesized were of one chemical composition in spite of the fact that different chemical reactions proceeded during the synthesis. It was found that the formation of perovskite occurs according to different schemes depending on the ra-tio of PbI2 and CH3NH3I: without the formation of intermediate compounds (at ratio 1:1) and with the formation of one (CH3NH3)2PbI4 (1:2) and two intermediate compounds (CH3NH3)3PbI5, (CH3NH3)2PbI4 (1:3).It was established that regardless of the ratio of the initial reagents, organic-inorganic perovskites with different morphology are formed. At the ratio of the initial reagents 1:1, needle particles formed, and at the ratio of 1:2 and 1:3, particles have the form of a maple leaf and round shape, respectively.To improve the film stability, polyvinyl butyral polymer was used. It is an amorphous colorless pol-ymer which is characterized by high optical properties, environmental (in particular, H2O, O2 and O3) and light resistance. The stability of films of organic-inorganic perovskite without and with a polymer were investigated by XRD, fluorescence spectroscopy and non-contact optical methods. The stability of the films was evaluated by the content of the additional phase of PbI2, which is formed due to the degradation of the organic-inorganic perovskite film CH3NH3PbI3. It was established that the presence of a polymer layer results in improved stability of samples and decrease the rate of surface recombination velocity compared to samples without a polymer layer.The diffusion length of minority charge carriers of the organic-inorganic perovskite films with the polymeric layer was estimated by the method of spectral dependences of the surface photovoltage. The spectra of surface photovoltage and the diffusion length of minority charge carriers of organic-inorganic perovskites with a polymer layer were compared with the literature data for samples without a polymer layer. This comparison shown that the characteristics of the samples with polymer layer are somewhat worse. It is determined that the organic-inorganic perovskite with the polymer layer is characterized by a smaller diffusion length (by 10%) of the minority charge carriers. The prepared perovskite films CH3NH3PbI3 are promising for the development of effective solar cells. |
| doi_str_mv | 10.33609/0041-6045.85.9.2019.31-41 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
ФІЗИЧНА ХІМІЯ
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, № 9 31
УДК 547.288.4:541.122:541.132 doi: 10.33609/0041-6045.85.9.2019.31–43
П.В. Торчинюк *
1
, О.І. В’юнов
1
, О.О. Іщенко
2
, І.В. Курдюкова
2
,
В.М. Власюк
3
, В.П. Костильов
3
, А.Г. Білоус
1
ОРГАНО-НЕОРГАНІЧНИЙ ПЕРОВСКИТ CH3NH3PbI3: МОРФОЛОГІЧНІ,
СТРУКТУРНІ ТА ФОТОЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ **
1
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України,
просп. Академіка Палладіна, 32/34, Київ, 03142, Україна
2
Інститут органічної хімії НАН України, вул. Мурманська, 5, Київ, 02660, Україна
3
Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України,
просп. Науки, 41, Київ, 03028, Україна
* e-mail: pasha.torchyniuk@gmail.com
Синтезовано та досліджено властивості плівок органо-неорганічного перовскиту
CH3NH3PbI3, отриманих з розчинів із різним співвідношенням вихідних реагентів
(PbI2:CH3NH3I = 1:1, 1:2 та 1:3). Встановлено, що незалежно від співвідношення вихід-
них реагентів утворюється органо-неорганічний перовскит однакового хімічного скла-
ду, але з різною морфологією. Утворення перовскиту відбувається за різними схемами з
проміжними сполуками (CH3NH3)2PbI4 та (CH3NH3)3PbI5. Досліджено стійкість плівок
CH3NH3PbI3 методами рентгенофазового аналізу, флуоресцентної спектроскопії та
безконтактними оптичними методами. Виявлено, що стійкість плівок підвищується при
використанні полімеру — полівінілбутиралю. Для отриманих плівок оцінено довжину
дифузії неосновних носіїв заряду.
К л ю ч е в ы е с л о в а: органо-неорганічний перовскит, рентгенофазовий аналіз, мік-
роструктура, безконтактні оптичні методи.
.
ВСТУП. Збільшення попиту на енергію,
екологічні проблеми та обмеженість запасів
викопних речовин вимагає проведення дос-
ліджень щодо отримання стабільних та від-
новлюваних джерел енергії. Сонячна енергія
є одним з найбільш перспективних джерел
відновлюваної енергії протягом останніх кі-
лькох десятиліть. Крім існуючих матеріалів,
для перетворення сонячної енергії проводя-
ться пошуки нових високоефективних ма-
теріалів, але з простішою технологією їх от-
римання.
Останнім часом органо-неорганічні пе-
ровскити CH3NH3PbI3 привернули значну
увагу як світлопоглинаючі шари для вигото-
влення недорогих і високоефективних соняч-
них елементів [1], що обумовлено відносно
легким синтезом цих сполук, високим коефі-
** Роботу виконано за фінансової підтримки науково-дослідної програми НАН України «Фун-
даментальні питання створення нових наноматеріалів і нанотехнологій».
© П.В. Торчинюк, О.І. В’юнов, О.О. Іщенко, І.В. Курдюкова, В.М. Власюк
, В.П. Костильов,
А.Г. Білоус, 2019
mailto:pasha.torchyniuk@gmail.com
П.В. Торчинюк , О.І. В’юнов, О.О. Іщенко, І.В. Курдюкова та ін.
32 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, № 9
цієнтом поглинання світла в діапазоні види-
мого спектру, великою довжиною дифузії но-
сіїв заряду, низькою швидкістю їх рекомбі-
нації [2, 3].
Поширеними методами отримання плі-
вкових органо-неорганічних перовскитів є
так звані одностадійні процеси нанесення
розчину, при яких всі компоненти розчиня-
ються в органічному розчиннику, наносяться
на підкладку і згодом проходять термообро-
бку [4, 5]. Для отримання плівок органо-не-
органічного перовскиту використовують ве-
лику кількість методів нанесення, таких як
метод spin-coating [6], нанесення зануренням
у розчин [7], литтям плівок [8], розпиленням
[9], вакуумним осадженням [10].
Для отримання органо-неорганічних пе-
ровскитів можна використовувати різні роз-
чинники, наприклад диметилсульфоксид, ди-
метилформамід, γ-бутиролактон. У залежно-
сті від методу нанесення, а також від розчин-
ників, які значно впливають на процеси кри-
сталізації, плівки органо-неорганічного перо-
вскиту можуть характеризуватися різною
морфологією (формою та розміром зерен)
та, відповідно, різними дефектами криста-
лічної структури.
Сонячні елементи на основі органо-не-
органічних перовскитів можуть зайняти про-
відні позиції в фотоелектричних технологі-
ях, проте для комерційного використання не-
обхідно підвищити їх стійкість. Органо-неор-
ганічні перовскити є нестійкими матеріала-
ми, які під дією зовнішніх чинників (воло-
ги, температури, УФ-випромінювання) де-
градують, розкладаючись на PbI2 та інші про-
дукти [11].
Існує невелика кількість робіт, в яких
досліджується стійкість органо-неорганічно-
го перовскиту, зокрема, при використанні по-
лімерів, які безпосередньо вносили в розчин
прекурсорів [12] та наносили на поверхню
органо-неорганічного перовскиту [13]. Авто-
ри роботи [12] для підвищення стійкості
органо-неорганічного перовскиту використо-
вували крохмаль, який вносили у розчин ви-
хідних реагентів. Це покращувало електро-
фізичні властивості перовскиту, але значно-
го підвищення стійкості, за даними РФА,
не спостерігалося. У роботі [13] для вив-
чення стійкості органо-неорганічного перов-
скиту застосовували полімери поліметилме-
такрилат, полівінілпіралідон, полівініловий
спирт та натрій поліакрилат. При викорис-
танні цих полімерів, крім поліметилметакри-
лату, не спостерігалося значного підвищення
стійкості органо-неорганічного перовскиту,
відбувалася його деградація з появою піків
PbI2 на рентгенограмах вже через 48 годин.
Поліметилметакрилат значно підвищив стій-
кість органо-неорганічного перовскиту. Поя-
ва фази PbI2 не спостерігалася протягом 72
годин. Однак, зважаючи на деякі властивості
даного полімеру (електроізоляційні та схиль-
ність до поверхневих пошкоджень), нами для
підвищення стійкості плівок органо-неор-
ганічного перовскиту був запропонований
полівінілбутираль. Цей полімер характери-
зується високою адгезією до різних повер-
хонь, відмінними оптичними і плівкоутво-
рюючими та хорошими фізико-механічними
властивостями (еластичність, ударна міцність і
зносостійкість), атмосферо-, морозо- і світ-
лостійкістю, стійкістю до впливу O2 і О3.
Тому дослідження властивостей та пошук
шляхів підвищення стійкості органо-неор-
ганічних перовскитів на сьогодні є акту-
альними.
Метою даної роботи є синтез та вивчен-
ня властивостей плівок органо-неорганічно-
го перовскиту CH3NH3PbI3, пошук шляхів
підвищення стійкості плівок.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА. Ме-
тодика синтезу. Для синтезу органо-неор-
ганічних перовскитів як вихідні реагенти ви-
користовували йодид свинцю (PbI2) і попе-
Органо-неорганічний перовскит CH3NH3PbI3: морфологічні, структурні … властивості
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, № 9 33
редньо синтезований метиламоній йодид
CH3NH3I. З метою стабілізації перовскитної
структури у всіх досліджуваних зразках йод
частково заміщували хлором, для чого дода-
вали хлорид метиламонію CH3NH3Cl (марки
х.ч.). Розчинник — осушений диметилфор-
мамід (ДМФА, х. ч.).
З метою отримання плівок CH3NH3РbІ3
вихідні реагенти PbI2 та CH3NH3I у співвід-
ношеннях 1:1, 1:2, 1:3 розчиняли у ДМФА і
перемішували при 70 °С протягом 1 годи-
ни. Кристалічні плівки CH3NH3PbI3 форму-
вали в сухому боксі. Попередньо одержаний
прозорий розчин наносився на очищені під-
кладки зі скла та на FTO (Fluorine doped tin
oxide) та ITO (Indium doped tin oxide) під-
кладки з покриттям методом spin-coating зі
швидкістю 1200 об/хв протягом 30 с. Терміч-
ну обробку плівок проводили на завчасно на-
грітій гарячій пічці при температурах від 70
до 180 °С протягом 30 хв.
Мікроструктуру плівок вихідних реа-
гентів (PbI2 і CH3NH3I) і органо-неорганічних
перовскитів CH3NH3PbI3, отриманих при різ-
них співвідношеннях PbI2 і CH3NH3I, дослі-
джували на скануючому електронному мік-
роскопі SEC miniSEM SNE 4500MB. Еле-
ментний склад плівок вивчали з допомогою
спектрометра EDAX Element PV6500/00 F,
який входить у комплект цього мікроскопа.
Сформовані плівки перовскитів іденти-
фікували рентгенографічним методом по ди-
фрактограмах порошків, знятих на установці
ДРОН-4-07 (CuKα-випромінювання, 40 кВ, 18
мА). Спектри для 2Θ кутів реєстрували в ді-
апазоні від 5 до 20° з кроком в 0.04°, час екс-
позиції складав 4 с.
Для дослідження стійкості плівки орга-
но-неорганічного перовскиту з полімерним
шаром і без нього витримувалися протягом
різного часу на повітрі, вологість якого ста-
новила 55–65 %.
Методика вимірювань фізичних харак-
теристик. Спектральні залежності поверх-
Рис. 1. Схематичне зображення методики (а) та
оснастки (б) для вимірювання поверхневої фото-
напруги досліджуваного зразка: 1 – контактний
столик; 2 – досліджуваний зразок, 2a – скляна
підкладка, 2б – ITO, 2в – плівка перовскиту; 3 –
прозорий притискний електрод, 3a – слюда, 3б –
ITO; 4 – мідний провідник; 5 – омічні контакти.
невої фотонапруги плівок перовскитів CH3-
NH3PbI3, нанесених на скло з шаром ITO, ви-
вчали в діапазоні довжин хвиль ∆λ = 400–
900 нм. Вимірювання проводили в режимі
автоматичної підтримки постійного рівня по-
току квантів монохроматичного світла. По-
верхнева фотонапруга, отримана з цих вимі-
рювань, пропорційна зовнішньому квантово-
му виходу фотоструму. Схема експеримента-
льної установки для вимірювань поверхневої
фотонапруги показана на рис. 1, а. Світло від
галогенової лампи проходить через моно-
хроматор і систему розділення пучка і спря-
мовується на експериментальний зразок та
еталонний фотоприймач. Поверхневу фото-
напругу вимірювали неруйнівним методом за
допомогою притискного ІТО-електрода пло-
щею 7×7 мм
2
, нанесеного на слюду товщи-
ною 5 мкм (рис. 1, б). Спектральні вимірю-
вання здійснювали згідно зі стандартами
П.В. Торчинюк , О.І. В’юнов, О.О. Іщенко, І.В. Курдюкова та ін.
34 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, № 9
Рис. 2. Фотографії плівок CH3NH3I (а, б) і PbI2
(в, г) без нагріву (а, в) і після термообробки при
90 С (б, г), нанесених на скляні підкладки.
Рис. 3. Фотографії плівок органо-неорганічних
перовскитів, нанесених на скляні підкладки (а–в)
і FTO/скло (г–е) та отриманих при різному спів-
відношенні вихідних реагентів: 1:1 (а, г); 1:2 (б,
д); 1:3 (в, е).
ASTM [14]. Виміри виконували на установ-
ці для визначення спектральних характери-
стик фотоперетворювачів у Центрі тестуван-
ня фотоперетворювачів та фотоелектрич-
них батарей Інституту фізики напівпровідни-
ків ім. В.Є. Лашкарьова НАН України [15].
ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ. Мікро-
структура та фазові перетворення при син-
тезі органо-неорганічного перовскиту. На
рис. 2 наведені фотографії плівок вихідних
реагентів, нанесених на поверхню скляних
підкладок. Мікроструктура плівки CH3NH3I
нагадує скло, на поверхні якого спостеріга-
ються невеликі вкраплення, які мають певну
форму (рис. 2, а). Утворення таких областей
пов'язане зі швидким випаровуванням роз-
чинника з плівки. Це підтверджується тим
фактом, що при підвищенні температури до
90
о
С кількість таких включень значно зрос-
тає (рис. 2, б).
Мікроструктура плівки PbI2 за відсут-
ності нагріву представлена анізотропною
формою часток (голки), які ростуть у будь-
яких напрямках (рис. 2, в). При нагріванні до
90
о
С ріст часток відбувається з незначної
кількості центрів кристалізації по радіусам,
як видно на рис. 2 ,г.
На рис. 3 показані плівки органо-не-
органічних перовскитів, які були нанесені на
скляні підкладки і FTO/скло. При співвідно-
шенні вихідних реагентів (CH3NH3I : PbI2)
1:1 (рис. 3, а,г) мікроструктура плівки орга-
но-неорганічного перовскиту, нанесеного на
скляну підкладку і FTO/скло, практично не
відрізняється: структуровані (голкоподібні)
плівки зі значною анізотропією форми час-
тинок. При збільшенні співвідношення вихі-
дних реагентів 1:2 (рис. 3, б,д) мікрострук-
тура плівки органо-неорганічного перовски-
ту змінюється. Мікроструктура плівки пред-
ставлена частинками в формі кленового лис-
тка. В той же час при нанесенні плівки на по-
верхню FTO/скло частки набувають більш
ізотропної форми. При співвідношенні вихі-
дних реагентів 1:3 (рис. 3, в,е) розміри часток
суттєво зменшуються і утворюється більш
щільна плівка.
Зміна мікроструктури плівок органо-
неорганічних перовскитів CH3NH3РbІ3 пов'я-
зана з переважаючим впливом одного з вихі-
дних реагентів. Зокрема, для зразка 1:1 мік-
роструктура плівки перовскиту подібна до
мікроструктури плівки PbI2, де спостеріга-
Органо-неорганічний перовскит CH3NH3PbI3: морфологічні, структурні … властивості
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, № 9 35
ється ріст анізотропних часток. При підви-
щенні вмісту CH3NH3I в складі вихідного ро-
зчину вплив PbI2 на мікроструктуру поступо-
во зменшується. Форма часток органо-не-
органічного перовскиту стає округлою, мен-
шою за розмірами, більш ізотропною.
За результатами рентгенофазового ана-
лізу (РФА) встановлено, що утворення ор-
гано-неорганічного перовскиту при співвід-
ношенні вихідних реагентів 1:1, 1:2, 1:3 від-
бувається за різними схемами [16]. Дослі-
дження можливого входження розчинника
в структуру перовскиту методом РФА не
проводилося.
При синтезі органо-неорганічного перо-
вскиту з розчину із співвідношенням вихід-
них реагентів PbI2:CH3NH3I=1:1 встановлено,
що однофазна перовскитна структура форму-
ється при 70–80 °С за реакцією:
PbI2+CH3NH3I → CH3NH3PbI3 . (1)
Відомо, що при синтезі органо-неорга-
нічних перовскитів у вологій атмосфері мож-
ливе утворення сполук моногідрату (CH3NH3-
PbI3·H2O) та дигідрату ((CH3NH3)4PbI6·2H2O)
[17, 18]. Оскільки синтез проводився в су-
хій атмосфері, утворення цих сполук не
спостерігалося.
При вищих температурах ( > 80 °С) спо-
стерігається поява фази PbI2 (2Θ = 12.8°), що
пояснюється частковим розкладом утворе-
ного перовскиту. Продуктами розкладу перо-
вскиту CH3NH3PbI3, крім фази PbI2, можуть
бути CH3NH2 і НI [17, 19] або CH3I та NH3
[20]. Утворення продуктів CH3I та NH3 підт-
верджується результатами Fourier-transform
infrared spectroscopy (FTIR). На спектрах плі-
вок продукту є смуги, які вказують на наяв-
ність зв’язку C–I [15]. Тому реакцію розкла-
ду фази перовскиту можна записати:
CH3NH3PbI3 → PbI2 + CH3I↑ + NH3↑. (2)
При збільшенні співвідношення вихід-
них реагентів PbI2:CH3NH3I до 1:2 встанов-
лено, що синтез органо-неорганічного перов-
скиту відбувається через проміжну сполуку
(CH3NH3)2PbI4, яка утворюється після випа-
ровування розчинника [21]. При збільшенні
температури термообробки до 170 °С у зраз-
ках спостерігалося зменшення інтенсивнос-
ті піку проміжної фази і при 170 °С плівка
була однофазною:
PbI2 + 2CH3NH3I
70-120 °C
(CH3NH3)2PbI4
> 170 °C
(CH3NH3)2PbI4 + CH3I + NH3 . (3)
При співвідношенні вихідних реаген-
тів PbI2:CH3NH3I=1:3 утворення органо-не-
органічного перовскиту відбувається через
дві проміжні фази — (CH3NH3)2PbI4 та
(CH3NH3)3PbI5 [22]; однофазний продукт ут-
ворюється при температурі 175 °С:
PbI2 + 3CH3NH3I
70-120 °C
(CH3NH3)3PI5
(CH3NH3)2PbI4 + CH3I + NH3
CH3NH3PbI3 + CH3I + NH3 . (4)
У зразках плівок, отриманих при спів-
відношенні вихідних реагентів 1:2 та 1:3, при
збільшенні температури термообробки до
180 °С починається термічна деструкція пе-
ровскиту згідно з хімічною реакцією (2), що
супроводжується появою на рентгенограмі
додаткових піків від PbI2 (рис. 4).
Методом EDX-аналізу плівок органо-не-
органічного перовскиту встановлено, що при
зміні співвідношення вихідних реагентів ут-
ворюється органо-неорганічний перовскит
CH3NH3PbI3 однакового хімічного складу
(рис. 5). З рисунку видно, що співвідношен-
ня інтенсивностей піків Pb і I є сталим для
зразків з різними співвідношеннями PbI2 і
CH3NH3І. У спектрі спостерігаються піки еле-
ментів, що містяться в скляній підкладці скла-
ду (Na2O–MgO)–CaO–Al2O3–SiO2 [ 23]. Таким
чином, елементний склад отриманих плівок
перовскиту не змінюється у випадку надлиш-
ку CH3NH3І у вихідному розчині.
> 120 °C
> 170 °C
П.В. Торчинюк , О.І. В’юнов, О.О. Іщенко, І.В. Курдюкова та ін.
36 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, № 9
Рис. 4. Спектри EDX однофазних плівок CH3NH3-
PbI3, отриманих при мольних співвідношеннях
вихідних реагентів PbI2 : CH3NH3І, рівних 1:1 (1),
1:2 (2), 1:3 (3).
Рис. 5. Рентгенограми плівок органо-неорганіч-
ного перовскиту без домішок (а, б) та з додаван-
ням 5 % полімеру (в, г), синтезованих зі співвід-
ношенням вихідних реагентів 1:1 (а, в) та 1:3 (б,
г) : 1 — після синтезу; 2–7 — відповідно через
2, 5, 8, 10, 20, 55 днів.
Дослідження стійкості плівок та по-
шук шляхів її підвищення. На перший погляд
проблему стабільності перовскиту можна ви-
рішувати, як для типових органо-неорганіч-
них матеріалів, шляхом модифікації їх хімі-
чної будови. Однак фотовольтаїчні властиво-
сті перовскиту визначаються, в першу чергу,
особливостями його кристалічної гратки, в
якій надзвичайно високо упорядковані атоми
один по відношенню до другого, що відпові-
дає принципу «толерантності» [24]. Саме крис-
талічна упаковка, побудована по такому прин-
ципу, забезпечує ефективну генерацію і тран-
спорт екситонів у кристалі. Будь-яка модифі-
кація хімічної будови органо-неорганічного
перовскиту (заміна металу або галогену, або
вуглеводневого радикалу) приводить до по-
рушення «толерантності» у розташуванні ато-
мів в упаковці, а відповідно, до погіршення фо-
товольтаїчних властивостей.
Стійкість плівок органо-неорганічного пе-
ровскиту по відношенню до вологи визнача-
ли методом РФА. Рентгенограми досліджува-
них плівок були зняті через певні проміжки
часу протягом 55 днів (рис. 5, а,б). Стійкість
плівок оцінювали за вмістом фази PbI2, яка
утворюється в результаті деградації плівки ор-
гано-неорганічного перовскиту. Вміст фази
PbI2 визначали за формулою:
( )
П
де SP — площа піку PbI2 , Sп — піку перов-
скиту.
Плівки CH3NH3PbI3, отримані з розчи-
нів із різним співвідношенням вихідних реа-
гентів (1:1, 1:3), проявляють різну стійкість
до дії вологи: найстійкішими є плівки зі спів-
відношенням реагентів 1:3 (рис. 6, а).
Для підвищення стійкості плівок орга-
но-неорганічного перовскиту ми вирішили
створити захисний полімерний шар. Як полі-
мер використали полівінілбутираль. Це амо-
рфний безбарвний полімер, стійкий до дії во-
логи, світла, кисню та озону, який успішно за-
стосовується при створенні забарвлених функ-
ціональних матеріалів для перетворення сві-
тлової енергії [25]. Полімер наносили на плі-
вки у вигляді розчину в хлороформі та вису-
Органо-неорганічний перовскит CH3NH3PbI3: морфологічні, структурні … властивості
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, № 9 37
Рис. 7. Залежність інтенсивності флуоресценції If
плівки органо-неорганічного перовскиту без по-
лімеру (1) та з ним (2) від часу опромінення.
шували при 85 °C протягом 15 хв. На основі
РФА, який знімали через певні проміжки ча-
су протягом 55 днів, встановили, що плівки,
на які був нанесений полімер, характеризу-
ються значною стійкістю в порівнянні з плів-
ками без полімеру (рис. 5, в,г, рис. 6).
З таким висновком узгоджуються й да-
ні кінетики гасіння флуоресценції з
часом. Кінетика флуоресценції дос-
ліджувалася на спектрофлуориметрі
СМ 2203 (Білорусь) при збудженні
випромінюванням довжиною хвилі
470 нм у смузі поглинання перовс-
киту і реєстрації інтенсивності флу-
оресценції в області максимуму його
випромінювання (780 нм). Для зруч-
ності порівняння точки кожної з кі-
нетичних кривих нормувалися шля-
хом ділення на початкове значення
інтенсивності. З рис. 7 видно, що оп-
ромінення плівки перовскиту без по-
лімеру приводить до поступового га-
сіння флуоресценції з часом, що сві-
дчить про її деструкцію. У той же
час, в аналогічних умовах у відпові-
дної плівки, покритої шаром поліві-
нілбутиралю, інтенсивність флуоре-
сценції практично не змінюється.
Зазначимо, що також прово-
дяться дослідження перовскитів у полімерних
матрицях [26–30]. Од-нак як матриці перева-
жно використовуються фотопровідні поліме-
ри. Основна мета цих робіт — підвищення
коефіцієнту корисної дії (ККД) гібридного
матеріалу за рахунок тандемного ефекту пе-
ровскиту і органічного полімерного напівпро-
відника. Іноді останній також розширює спе-
ктральну зону чутливості перовскиту [31].
Однак як захисні шари такі полімери мало-
перспективні, оскільки їх π-система може
виявитись фотохімічно акти-вною до моле-
кул допантів матеріалу [32]. Крім того, вони
значно дорожчі, ніж полівінілбутираль.
Дослідження електрофізичних власти-
востей плівок. Для вивчення властивостей плі-
вок використовували безконтактний метод —
спектральних залежностей малосигнальної по-
верхневої фотонапруги, який дозволяє розра-
хувати зовнішній квантовий вихід та довжину
дифузії неосновних носіїв у досліджуваних
плівках органо-неорганічного перовскиту.
Рис. 6. Залежність вмісту фази PbI2, яка утворюється при
розкладі перовскиту без домішок (а) та з додаванням
5 % полімеру (б), з різним співвідношенням вихідних
реагентів: 1 – 1:1; 2 – 1:3.
П.В. Торчинюк , О.І. В’юнов, О.О. Іщенко, І.В. Курдюкова та ін.
38 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, № 9
На рис. 8 представлено порівняльні за-
лежності спектрів поверхневої фотонапруги
зразків органо-неорганічного перовскиту із
захисним полімерним шаром та без нього.
Слід зазначити, що спектри поверхневої фо-
тонапруги на зразку з полімерним шаром ха-
рактеризуються вдвічі меншою амплітудою
поверхневої фотонапруги, в порівнянні зі
спектрами поверхневої фотонапруги для зра-
зка без полімерної плівки, що свідчить про
менший початковий темновий вигин поверх-
невих зон. Це обумовлено підвищенням ста-
більності досліджуваних зразків при нане-
сенні полімеру, оскільки при деградації пе-
ровскитної плівки відбувається збільшення
темнового вигину поверхневих зон і підви-
щення амплітуди сигналу поверхневої фото-
напруги. Крім того, зразки з полімерним ша-
ром характеризуються меншим короткохви-
льовим спадом поверхневої фотонапруги у
порівнянні зі зразками без полімерної плів-
ки, що свідчить про меншу
швидкість поверхневої реком-
бінації. Це також може бути
пов’язано з підвищенням ста-
більності досліджуваних зраз-
ків при нанесенні полімерної
плівки.
Детальний аналіз довго-
хвильового краю спектрів по-
верхневої фотонапруги в ро-
боті [33] показав, що довжина
дифузії неосновних носіїв за-
ряду в синтезованих плівках
МАPbI3 без полімерного ста-
білізуючого покриття суттєво
перевищує товщину плівки
400 нм. У даній роботі дослі-
джена довжина дифузії неосно-
вних носіїв заряду для зразка з
полімерним шаром. Визначено,
що зразок органо-неорганічного
перовскиту з полімерним ша-
ром характеризується меншим значенням до-
вжини дифузії неосновних носіїв заряду, ніж
зразок без полімерного шару, досліджений у
роботі [33], оскільки у нього довгохвильовий
край поверхневої фотонапруги більш поло-
гий. Зміна довжини дифузії неосновних носі-
їв заряду для органо-неорганічного перовс-
киту складає близько 10 %. Цей висновок є
оціночним і потребує додаткових детальних
досліджень.
ВИСНОВКИ. Таким чином, змінюючи
співвідношення вихідних сполук PbI2 та
CH3NH3I у розчиннику ДМФА, можна керо-
ваним чином впливати на морфологію, струк-
турні та оптичні властивості плівок CH3-
NH3PbI3. Встановлено, що утворення органо-
неорганічного перовскиту відбувається за різ-
ними схемами. Показано, що плівки, отрима-
ні з розчинів із різним співвідношенням ви-
хідних реагентів, характеризуються різною
морфологією. При співвідношенні 1:1 утво-
Рис. 8. Спектральні залежності поверхневої фотонапруги Vph
(λ), одержаної в режимі автоматичного підтримання пос-
тійного потоку квантів для зразка перовскитної плівки без
полімеру (1) та з ним (2). Значення спектральної чутливості
для зразка з полімером (2) домножено на нормувальний
коефіцієнт 2.1.
Органо-неорганічний перовскит CH3NH3PbI3: морфологічні, структурні … властивості
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, № 9 39
рюються голчасті частинки, при 1:2 — час-
тинки у формі кленового листка, при 1:3 —
округлі частинки. Для підвищення стійкості
плівок використовували полімер полівініл-
бутираль. Дослідження стійкості плівок орга-
но-неорганічного перовскиту з полімером та
без нього визначали методом РФА, флуорес-
центної спектроскопії та безконтактними оп-
тичними методами. Встановлено, що присут-
ність полімерного шару призводить до пок-
ращення стабільності досліджуваних зразків.
Вивчено спектри поверхневої фотона-
пруги та оцінено довжину дифузії неоснов-
них носіїв заряду плівок органо-неорганіч-
ного перовскиту з полімерним шаром. Про-
ведено порівняння спектрів поверхневої фо-
тонапруги та довжини дифузії неосновних но-
сіїв заряду зразків органо-неорганічного пе-
ровскиту з полімерним шаром із літератур-
ними даними для зразків без полімерного ша-
ру. Встановлено, що об’ємні характеристики
зразків дещо погіршуються при нанесенні по-
лімерного шару, про що свідчить якісна оці-
нка значень довжини дифузії неосновних но-
сіїв заряду на зразках органо-неорганічного
перовскиту з полімерним шаром і без нього.
Визначено, що зразок органо-неорганічного
перовскиту з полімерним шаром характери-
зується меншим значенням довжини дифузії
неосновних носіїв заряду. Отримані плівки є
перспективними для розробки на їх основі ефек-
тивних сонячних елементів.
ОРГАНО-НЕОРГАНИЧЕСКИЙ ПЕРОВСКИТ
CH3NH3PbI3: МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ, СТРУК-
ТУРНЫЕ И ФОТОЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА
П.В. Торчинюк, О.И. Вьюнов, А.А. Ищенко,
І.В. Курдюкова, В.Н. Власюк, В.П. Костылев,
А.Г. Белоус
1
Институт общей и неорганической химии
им. В.И. Вернадского НАН Украины просп. Ака-
демика Палладина, 32/34, Киев, 03142, Украина
2
Институт органической химии НАН Украины,
ул. Мурманская, 5, Киев, 02660, Украина
3
Институт физики полупроводников
им. В.Е. Лашкарева НАН Украины, просп.
Науки, 41, Киев, 03028, Украина
* е-mail: pasha.torchyniuk@gmail.com
Синтезированы пленки органо-неорганичес-
кого перовскита CH3NH3PbI3, полученные из рас-
творов с различным соотношением исходных ре-
агентов (PbI2:CH3NH3I = 1:1, 1:2 и 1:3). Незави-
симо от соотношения исходных реагентов обра-
зуется органо-неорганический перовскит одина-
кового химического состава, но с разной морфо-
логией. Формирование перовскита происходит со-
гласно разным схемам с промежуточными соеди-
нениями (CH3NH3)2PbI4 и (CH3NH3)3PbI5. Иссле-
дована устойчивость пленок CH3NH3PbI3 метода-
ми рентгенофазового анализа, флуоресцентной
спектроскопии и бесконтактными оптическими ме-
тодами. Установлено, что устойчивость пленок
повышается при использовании полимера – по-
ливинилбутираля. Для полученных пленок оцене-
на длина диффузии неосновных носителей заряда.
К л ю ч е в ы е с л о в а: органо-неорганичес-
кий перовскит, рентгенофазовый анализ, микро-
структура.
ORGANIC-INORGANIC PEROVSKITE CH3NH3PbI3:
MORPHOLOGICAL, STRUCTURAL AND PHOTO-
ELECTROPHYSICAL PROPERTIES
P.V. Torchyniuk *
1
, O.I.Vyunov
1
, O.O.Ishchenko
2
,
I.V. Kurdyukova
2
, V.M.Vlasyuk
3
, V.P. Kostylov
3
,
A.G.Belous
1
1
V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic
Chemistry of National Academy of Sciences
of Ukraine, 32/34 Academic Palladin Avenue,
Kyiv, 03142, Ukraine
2
Institute of Organic Chemistry of National
Academy of Sciences of Ukraine, 5 Murmanskaya
Str., Kyiv, 02660, Ukraine
3
V.E. Lashkarev
Institute of Semiconductor Physics
of National Academy of Sciences of Ukraine,
41 Nauki Avenue, Kyiv, 03028, Ukraine
* e-mail: pasha.torchyniuk@gmail.com
The organic-inorganic perovskite films CH3N-
H3PbI3 were synthesized from solutions with differ-
П.В. Торчинюк , О.І. В’юнов, О.О. Іщенко, І.В. Курдюкова та ін.
40 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, № 9
ent ratios of initial reagents (PbI2 to CH3NH3I were
taken in the ratio 1:1, 1:2 and 1:3). To deposit films
of organic-inorganic perovskite, solutions with dif-
ferent ratio of initial reagents were applied to the sub-
strates by the spin-coating method. The organic-inor-
ganic perovskites synthesized were of one chemical
composition in spite of the fact that different chemi-
cal reactions proceeded during the synthesis. It was
found that the formation of perovskite occurs accor-
ding to different schemes depending on the ra-tio of
PbI2 and CH3NH3I: without the formation of interme-
diate compounds (at ratio 1:1) and with the forma-
tion of one (CH3NH3)2PbI4 (1:2) and two intermedi-
ate compounds (CH3NH3)3PbI5, (CH3NH3)2PbI4 (1:3).
It was established that regardless of the ratio of
the initial reagents, organic-inorganic perovskites
with different morphology are formed. At the ratio of
the initial reagents 1:1, needle particles formed, and
at the ratio of 1:2 and 1:3, particles have the form of
a maple leaf and round shape, respectively.
To improve the film stability, polyvinyl butyral
polymer was used. It is an amorphous colorless pol-
ymer which is characterized by high optical proper-
ties, environmental (in particular, H2O, O2 and O3)
and light resistance. The stability of films of organic-
inorganic perovskite without and with a polymer
were investigated by XRD, fluorescence spectrosco-
py and non-contact optical methods. The stability of
the films was evaluated by the content of the addi-
tional phase of PbI2, which is formed due to the deg-
radation of the organic-inorganic perovskite film
CH3NH3PbI3. It was established that the presence of
a polymer layer results in improved stability of sam-
ples and decrease the rate of surface recombination
velocity compared to samples without a polymer layer.
The diffusion length of minority charge carriers
of the organic-inorganic perovskite films with the
polymeric layer was estimated by the method of
spectral dependences of the surface photovoltage.
The spectra of surface photovoltage and the diffusion
length of minority charge carriers of organic-inor-
ganic perovskites with a polymer layer were com-
pared with the literature data for samples without a
polymer layer. This comparison shown that the char-
acteristics of the samples with polymer layer are
somewhat worse. It is determined that the organic-
inorganic perovskite with the polymer layer is char-
acterized by a smaller diffusion length (by 10%) of
the minority charge carriers. The prepared perovskite
films CH3NH3PbI3 are promising for the develop-
ment of effective solar cells.
K e y w o r d s: organic-inorganic perovskite, X-ray
diffraction analysis, microstructure.
ЛИТЕРАТУРА
1. Correa-Baena J.-P., Abate A., Saliba M. et al. The
rapid evolution of highly efficient perovskite solar
cells // Energy Environ. Sci. -2017. -10, № 3. -P.
710–727.
2. Chen Q., De Marco N., Yang Y.M. et al. Under the
spotlight: The organic–inorganic hybrid halide
perovskite for optoelectronic applications // Nano
Today. -2015. -10, № 3. -P. 355–396.
3. Zhao W., Yang D., Liu S.F. Organic–inorganic
hybrid perovskite with controlled dopant modifi-
cation and application in photovoltaic device //
Small. -2017. -13, № 25. -P. 1604153.
4. Lee M.M., Teuscher J., Miyasaka T. et al. Effi-
cient hybrid solar cells based on meso-super-
structured organometal halide perovskites // Sci-
ence. -2012. -338, № 2. -P. 643–647.
5. Cohen B.-E., Gamliel S., Etgar L. Parameters in-
fluencing the deposition of methylammonium lead
halide iodide in hole conductor free perovskite-
based solar cells // APL materials. -2014. -2, № 8.
-P. 081502 (1–8).
6. Im J.-H., Jang I.-H., Pellet N. et al. Growth of
CH3NH3PbI3 cuboids with controlled size for
high-efficiency perovskite solar cells // Nat. Na-
notechnol. -2014. -9, № 11. -P. 927–932.
7. Burschka J., Pellet N., Moon S.-J. et al. Sequen-
tial deposition as a route to high-performance per-
ovskite-sensitized solar cells // Nature. -2013. -
499, № 7458. -P. 316–320.
8. Kim J.-H., Williams S.T., Cho N. et al. Enhanced
environmental stability of planar heterojunction pe-
rovskite solar cells based on blade-coating // Adv.
Energy Mater. -2014. -5, № 4. -P. 1401229 (1–6).
9. Ahmadian-Yazdi M.-R., Eslamian M. Fabrication
of semiconducting methylammonium lead halide
perovskite particles by spray technology // Na-
noscale res. lett. -2018. -13, № 1. -P. 6.
Органо-неорганічний перовскит CH3NH3PbI3: морфологічні, структурні … властивості
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, № 9 41
10. Borchert J., Boht H., Fränzel W. et al. Structural
investigation of co-evaporated methyl ammoni-
um lead halide perovskite films during growth
and thermal decomposition using different PbX2
(X = I, Cl) precursors // Journal of Materials Che-
mistry A. -2015. -3, № 39. -P. 19842–19849.
11. Domanski K., Alharbi E.A., Hagfeldt A. et al.
Systematic investigation of the impact of opera-
tion conditions on the degradation behaviour of
perovskite solar cells // Nature Energy. -2018. -3,
№ 1. -P. 61.
12. Giuri A., Masi S., Listorti A. et al. Polymeric
rheology modifier allows single-step coating of
perovskite ink for highly efficient and stable so-
lar cells // Nano Energy. -2018. -54. -P. 400408.
13. Messegee Z., Al Mamun A., Ava T T. et al. Cha-
racterization of perovskite (CH3-NH3PbI3) deg-
radation with the integration of different poly-
mers for increased stability // Mater. Lett. -2019.
-236. -P. 159–162.
14. ASTM F391-02, Standard Test Methods for Mi-
nority Carrier Diffusion Length in Extrinsic Se-
miconductors by Measurement of Steady-State
Surface Photovoltage. Annual book of ASTM
standards 10.05. -West Conshohocken, PA: 2002.
15. Свідоцтво № ПТ-432/14 про атестацію Цент-
ра випробувань фотоперетворювачів та бата-
рей фотоелектричних ІФН ім. В.Є. Лаш-
карьова НАН України. Видане 08.12.2014р. ДП
«Укр-метртестстандарт». 2014. Дія продовжена
рішен-ням Держспоживстандарту України в
2018 р.
16. Belous A., Kobylianska S., V’yunov O. et al. Ef-
fect of non-stoichiometry of initial reagents on
morphological and structural properties of perov-
skites CH3NH3PbI3 // Nanoscale Res. Lett. -2019.
-14, № 4. -P. 1–9.
17. Kye Y.-H., Yu C.-J., Jong U.-G. et al. Critical
role of water in defect aggregation and chemical
degradation of perovskite solar cells // J. Phys.
Chem. Lett. -2018. -9, № 9. -P. 2196–2201.
18. Vincent B.R., Robertson K N., Cameron T.S. et
al. Alkylammonium lead halides. Part 1. Isolated
PbI6
4−
ions in (CH3NH3) 4PbI6•2H2O // Can. J.
Chem. -1987. -65, № 5. -P. 1042–1046.
19. Rajagopal A., Yao K., Jen A.K.Y. Toward Pe-
rovskite Solar Cell Commercialization: A Per-
spective and Research Roadmap Based on Inter-
facial Engineering // Adv. Mater. -2018.-30, №
32. -P. 1800455.
20. Chen X., Cao H., Yu H. et al. Large-area, high-
quality organic–inorganic hybrid perovskite thin
films via a controlled vapor–solid reaction // J.
Mater. Chem. A. -2016. -4, № 23. -P. 9124–9132.
21. Roghabadi F. A., Ahmadi V., Aghmiuni K. O. Or-
ganic–Inorganic Halide Perovskite Formation: In
Situ Dissociation of Cation Halide and Metal Ha-
lide Complexes during Crystal Formation // J. Phys.
Chem. C. -2017. -121, № 25. -P. 13532–13538.
22. Petrov A A., Sokolova I.P., Belich N A. et al. Crys-
tal structure of DMF-intermediate phases uncov-
ers the link between CH3NH3PbI3 morphology and
precursor stoichiometry // J. Phys. Chem. C. -2017.
-121, № 38. -P. 20739–20743.
23. Barbieri L., Ferrari A.M., Lancellotti I. et al.
Crystallization of (Na2O–MgO)–CaO–Al2O3–SiO2
glassy systems formulated from waste products //
J. Amer. Ceram. Soc. -2000. -83, № 10. -P. 2515
–2520.
24. Saliba M., Correa-Baena J. P., Grätzel M. et al.
Perovskite solar cells: from the atomic level to
film quality and device performance // Angew.
Chem. Int. Ed. -2018. -57, № 10. -P. 2554–2569.
25. Ishchenko A. A. Photonics and molecular design
of dye-doped polymers for modern light-sensi-
tive materials // Pure Appl. Chem. -2008. -80, №
7. -P. 1525–1538.
26. Jung E. H., Jeon N. J., Park E. Y. et al. Efficient,
stable and scalable perovskite solar cells using
poly (3-hexylthiophene) // Nature. -2019. -567,
№ 7749. -P. 511.
27. Han T.-H., Lee J.-W., Choi C. et al. Perovskite-
polymer composite cross-linker approach for high-
ly-stable and efficient perovskite solar cells //
Nature commun. -2019. -10, № 1. -P. 520.
28. Park D.Y., Byun H.R., Kim H. et al. Enhanced
Stability of Perovskite Solar Cells using Orga-
nosilane-treated Double Polymer Passivation Lay-
ers // J. Korean Phys. Soc. -2018. -73, № 11. -P.
1787–1793.
П.В. Торчинюк , О.І. В’юнов, О.О. Іщенко, І.В. Курдюкова та ін.
42 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, № 9
29. Valero S., Collavini S., Volker S.F. et al. Dopant-
free hole-transporting polymers for efficient and
stable perovskite solar cells // Macromolecules. -
2019. -52, № 6. -P. 2243–2254.
30. Li W., Mori T., Michinobu T. Perovskite solar
cells based on hole-transporting conjugated poly-
mers by direct arylation polycondensation // MRS
Communications. -2018. -8, № 3. -P. 1244–1253.
31. Bella F., Griffini G., Correa-Baena J-P. et al. Im-
proving efficiency and stability of perovskite so-
lar cells with photocurable fluoropolymers // Sci-
ences. -2016.-354, № 6309. -P. 203 – 206.
32. Hou W., Xiao Y., Han G. et al. The applications
of polymers in solar cells: A review // Polymers.
-2019. -11, № 1. -P. 143.
33. Kostylyov V.P., Sachenko A.V., Vlasiuk V.M. et
al. Synthesis and investigation of the properties
of organic-inorganic perovskite films with non-
contact optical methods // arXiv preprint arXiv:
1901.07853. -2019.
REFERENCES
1. Correa-Baena J.-P., Abate A., Saliba M., Tress W.,
Jacobsson T. J., Grätzel M., Hagfeldt A. The ra-
pid evolution of highly efficient perovskite solar
cells. Energy Environ. Sci. 2017. 10 (3): 710.
2. Chen Q., De Marco N., Yang Y. M., Song T.-B.,
Chen C.-C., Zhao H., Hong Z., Zhou H., Yang Y.
Under the spotlight: The organic–inorganic hyb-
rid halide perovskite for optoelectronic applica-
tions. Nano Today. 2015. 10 (3): 355.
3. Zhao W., Yang D., Liu S. F. Organic-inorganic
hybrid perovskite with controlled dopant modifi-
cation and application in photovoltaic device.
Small. 2017. 13 (25): 1604153.
4. Lee M.M., Teuscher J., Miyasaka T., Murakami
T.N., Snaith H.J. Efficient hybrid solar cells based
on meso-superstructured organometal halide pe-
rovskites. Science. 2012. 338 (2): 643.
5. Cohen B.-E., Gamliel S., Etgar L. Parameters in-
fluencing the deposition of methylammonium le-
ad halide iodide in hole conductor free perov-
skite-based solar cells. APL materials. 2014. 2
(8): 081502.
6. Im J.-H., Jang I.-H., Pellet N., Grätzel M., Park
N.-G. Growth of CH3NH3PbI3 cuboids with con-
trolled size for high-efficiency perovskite solar
cells. Nat. Nanotechnol. 2014. 9 (11): 927.
7. Burschka J., Pellet N., Moon S.-J., Humphry-Ba-
ker R., Gao P., Nazeeruddin M.K., Grätzel M. Se-
quential deposition as a route to high-performan-
ce perovskite-sensitized solar cells. Nature. 2013.
499 (7458): 316.
8. Kim J.H., Williams S. T., Cho N., Chueh C.C., Jen
A.K.Y. Enhanced environmental stability of pla-
nar heterojunction perovskite solar cells based on
blade-coating. Advanced Energy Materials. 2014.
5 (4): 1401229.
9. Ahmadian-Yazdi M.-R., Eslamian M. Fabrication
of semiconducting methylammonium lead halide
perovskite particles by spray technology. Na-
noscale research letters. 2018. 13 (1): 6.
10. Borchert J., Boht H., Fränzel W., Csuk R., Sche-
er R., Pistor P. Structural investigation of co-eva-
porated methyl ammonium lead halide perovskite
films during growth and thermal decomposition
using different PbX2 (X = I, Cl) precursors. Jour-
nal of Materials Chemistry A. 2015. 3 (39): 19842.
11. Domanski K., Alharbi E.A., Hagfeldt A., Grätzel
M., Tress W. Systematic investigation of the im-
pact of operation conditions on the degradation
behaviour of perovskite solar cells. Nature Ener-
gy. 2018. 3 (1): 61.
12. Giuri A., Masi S., Listorti A., Gigli G., Colella S.,
Corcione C.E., Rizzo A. Polymeric rheology mo-
difier allows single-step coating of perovskite ink
for highly efficient and stable solar cells. Nano
Energy. 2018. 54: 400.
13. Messegee Z., Al Mamun A., Ava T.T., Namko-
ong G., Abdel-Fattah T.M. Characterization of
perovskite (CH3NH3PbI3) degradation with the
integration of different polymers for increased
stability. Mater. Lett. 2019. 236: 159.
14. ASTM F391-02, Standard Test Methods for Mi-
nority Carrier Diffusion Length in Extrinsic Se-
miconductors by Measurement of Steady-State
Surface Photovoltage. Annual book of ASTM stan-
dards 10.05. (West Conshohocken, PA: 2002).
15. Certificate No. PT-432/14 on the attestation of
the Center for testing photocurrent and photovol-
taic IFN batteries V.E. Lashkarev National Aca-
Органо-неорганічний перовскит CH3NH3PbI3: морфологічні, структурні … властивості
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, № 9 43
demy of Sciences of Ukraine. Issued on 08/12/
2014 State Enterprise "Ukrmetrteststandard".
2014. The action was prolonged by the decision
of the Derzhspozhyvstandart of Ukraine in 2018.
[in Ukrainian]
16. Belous A., Kobylianska S., V’yunov O., Torchy-
niuk P., Yukhymchuk V., Hreshchuk O. Effect of
non-stoichiometry of initial reagents on morpho-
logical and structural properties of perovskites
CH3NH3PbI3. Nanoscale Res. Lett. 2019. 14 (4): 1.
17. Kye Y.-H., Yu C.-J., Jong U.-G., Chen Y., Walsh A.
Critical role of water in defect aggregation and
chemical degradation of perovskite solar cells. J.
Phys. Chem. Lett. 2018. 9 (9): 2196.
18. Vincent B.R., Robertson K.N., Cameron T.S.,
Knop O. Alkylammonium lead halides. Part 1.
Isolated PbI6
4−
ions in (CH3NH3) 4PbI6•2H2O.
Can. J. Chem. 1987. 65 (5): 1042.
19. Rajagopal A., Yao K., Jen A.K.Y. Toward Pe-
rovskite Solar Cell Commercialization: A Per-
spective and Research Roadmap Based on Inter-
facial Engineering. Adv. Mater. 2018. 30 (32):
1800455.
20. Chen X., Cao H., Yu H., Zhu H., Zhou H., Yang
L., Yin S. Large-area, high-quality organic–inor-
ganic hybrid perovskite thin films via a control-
led vapor–solid reaction. Journal of Materials
Chemistry A. 2016. 4 (23): 9124.
21. Roghabadi F.A., Ahmadi V., Aghmiuni K.O. Or-
ganic–Inorganic Halide Perovskite Formation: In
Situ Dissociation of Cation Halide and Metal
Halide Complexes during Crystal Formation. J.
Phys. Chem. C. 2017. 121 (25): 13532.
22. Petrov A.A., Sokolova I.P., Belich N.A., Peters G.S.,
Dorovatovskii P.V., Zubavichus Y.V., Khrusta-
lev V.N., Petrov A.V., Grätzel M., Goodilin E.A.
Crystal structure of DMF-intermediate phases
uncovers the link between CH3NH3PbI3 morpho-
logy and precursor stoichiometry. J. Phys. Chem.
C. 2017. 121 (38): 20739.
23. Barbieri L., Ferrari A.M., Lancellotti I., Leonelli C.,
Rincón J.M., Romero M. Crystallization of
(Na2O–MgO)–CaO–Al2O3–SiO2 glassy systems
formulated from waste products. J. Amer. Ceram.
Soc. 2000. 83 (10): 2515.
24. Saliba M., Correa-Baena J.P., Grätzel M., Hag-
feldt A., Abate A. Perovskite solar cells: from the
atomic level to film quality and device perfor-
mance. Angew. Chem. Int. Ed. 2018. 57 (10):
2554.
25. Ishchenko A.A. Photonics and molecular design
of dye-doped polymers for modern light-sen-
sitive materials. Pure Appl. Chem. 2008. 80 (7): 1525.
26. Jung E.H., Jeon N.J., Park E.Y., Moon C.S., Shin
T.J., Yang T.-Y., Noh J.H., Seo J. Efficient, sta-
ble and scalable perovskite solar cells using poly
(3-hexylthiophene). Nature. 2019. 567 (7749): 511.
27. Han T.-H., Lee J.-W., Choi C., Tan S., Lee C.,
Zhao Y., Dai Z., De Marco N., Lee S.-J., Bae S.-H.
Perovskite-polymer composite cross-linker appro-
ach for highly-stable and efficient perovskite so-
lar cells. Nature communications. 2019. 10 (1): 520.
28. Park D.Y., Byun H.R., Kim H., Kim B., Jeong M.S.
Enhanced Stability of Perovskite Solar Cells us-
ing Organosilane-treated Double Polymer Pas-
sivation Layers. J. Korean Phys. Soc. 2018. 73
(11): 1787.
29. Valero S., Collavini S., V lker S.F., Saliba M.,
Tress W.R., Zakeeruddin S.M., Grätzel M., Del-
gado J.L. Dopant-free hole-transporting polymers
for efficient and stable perovskite solar cells.
Macromolecules. 2019. 52 (6): 2243.
30. Li W., Mori T., Michinobu T. Perovskite solar
cells based on hole-transporting conjugated po-
lymers by direct arylation polycondensation. MRS
Communications. 2018. 8 (3): 1244.
31. Bella F., Griffini G., Correa-Baena J-P. et al. Im-
proving efficiency and stability of perovskite so-
lar cells with photocurable fluoropolymers. Sci-
ences. 2016. 354 (6309): 203.
32. Hou W., Xiao Y., Han G., Lin J.-Y. The applica-
tions of polymers in solar cells: A review. Poly-
mers. 2019. 11 (1): 143.
33. Kostylyov V.P., Sachenko A.V., Vlasiuk V.M., So-
kolovskyi I.O., Kobylianska S.D., Torchyniuk P.V.,
V'yunov O.I., Belous A.G. Synthesis and inves-
tigation of the properties of organic-inorganic pe-
rovskite films with non-contact optical methods.
arXiv preprint arXiv:1901.07853. 2019.
Надійшла 03.07.2019
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-82 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:04:26Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/d4/387c0b33967030c8beed239b7f980ad4.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-822026-07-22T08:23:41Z ORGANIC-INORGANIC PEROVSKITE CH3NH3PbI3: MORPHOLOGICAL, STRUCTURAL AND PHOTOELECTROPHYSICAL PROPERTIES ОРГАНО-НЕОРГАНИЧЕСКИЙ ПЕРОВСКИТ CH3NH3PbI3: МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ, СТРУКТУРНЫЕ И ФОТОЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОРГАНО-НЕОРГАНІЧНИЙ ПЕРОВСКИТ CH3NH3PbI3: МОРФОЛОГІЧНІ, СТРУКТУРНІ ТА ФОТОЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ Torchyniuk, Pavlo V'yunov, Oleg Ishchenko, Aleksandr Kurdyukova, Irina Vlasyuk, Viktor Kostylyov, Vitaliy Belous, Anatolii organic-inorganic perovskite, X-ray diffraction analysis, microstructure The organic-inorganic perovskite films CH3N-H3PbI3 were synthesized from solutions with different ratios of initial reagents (PbI2 to CH3NH3I were taken in the ratio 1:1, 1:2 and 1:3). To deposit films of organic-inorganic perovskite, solutions with different ratio of initial reagents were applied to the substrates by the spin-coating method. The organic-inorganic perovskites synthesized were of one chemical composition in spite of the fact that different chemical reactions proceeded during the synthesis. It was found that the formation of perovskite occurs according to different schemes depending on the ra-tio of PbI2 and CH3NH3I: without the formation of intermediate compounds (at ratio 1:1) and with the formation of one (CH3NH3)2PbI4 (1:2) and two intermediate compounds (CH3NH3)3PbI5, (CH3NH3)2PbI4 (1:3).It was established that regardless of the ratio of the initial reagents, organic-inorganic perovskites with different morphology are formed. At the ratio of the initial reagents 1:1, needle particles formed, and at the ratio of 1:2 and 1:3, particles have the form of a maple leaf and round shape, respectively.To improve the film stability, polyvinyl butyral polymer was used. It is an amorphous colorless pol-ymer which is characterized by high optical properties, environmental (in particular, H2O, O2 and O3) and light resistance. The stability of films of organic-inorganic perovskite without and with a polymer were investigated by XRD, fluorescence spectroscopy and non-contact optical methods. The stability of the films was evaluated by the content of the additional phase of PbI2, which is formed due to the degradation of the organic-inorganic perovskite film CH3NH3PbI3. It was established that the presence of a polymer layer results in improved stability of samples and decrease the rate of surface recombination velocity compared to samples without a polymer layer.The diffusion length of minority charge carriers of the organic-inorganic perovskite films with the polymeric layer was estimated by the method of spectral dependences of the surface photovoltage. The spectra of surface photovoltage and the diffusion length of minority charge carriers of organic-inorganic perovskites with a polymer layer were compared with the literature data for samples without a polymer layer. This comparison shown that the characteristics of the samples with polymer layer are somewhat worse. It is determined that the organic-inorganic perovskite with the polymer layer is characterized by a smaller diffusion length (by 10%) of the minority charge carriers. The prepared perovskite films CH3NH3PbI3 are promising for the development of effective solar cells. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2019-10-16 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/82 10.33609/0041-6045.85.9.2019.31-41 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 85 No. 9 (2019): Ukrainian Chemistry Journal; 31-41 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 85 ##issue.no## 9 (2019): Украинский химический журнал; 31-41 Український хімічний журнал; Том 85 № 9 (2019): Український хімічний журнал; 31-41 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/82/55 Copyright (c) 2019 Pavlo Torchyniuk, Oleg V'yunov, Aleksandr Ishchenko, Irina Kurdyukova, Viktor Vlasyuk, Vitaliy Kostylyov, Anatolii Belous https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Torchyniuk, Pavlo V'yunov, Oleg Ishchenko, Aleksandr Kurdyukova, Irina Vlasyuk, Viktor Kostylyov, Vitaliy Belous, Anatolii ОРГАНО-НЕОРГАНІЧНИЙ ПЕРОВСКИТ CH3NH3PbI3: МОРФОЛОГІЧНІ, СТРУКТУРНІ ТА ФОТОЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ |
| title | ОРГАНО-НЕОРГАНІЧНИЙ ПЕРОВСКИТ CH3NH3PbI3: МОРФОЛОГІЧНІ, СТРУКТУРНІ ТА ФОТОЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ |
| title_alt | ORGANIC-INORGANIC PEROVSKITE CH3NH3PbI3: MORPHOLOGICAL, STRUCTURAL AND PHOTOELECTROPHYSICAL PROPERTIES ОРГАНО-НЕОРГАНИЧЕСКИЙ ПЕРОВСКИТ CH3NH3PbI3: МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ, СТРУКТУРНЫЕ И ФОТОЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА |
| title_full | ОРГАНО-НЕОРГАНІЧНИЙ ПЕРОВСКИТ CH3NH3PbI3: МОРФОЛОГІЧНІ, СТРУКТУРНІ ТА ФОТОЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ |
| title_fullStr | ОРГАНО-НЕОРГАНІЧНИЙ ПЕРОВСКИТ CH3NH3PbI3: МОРФОЛОГІЧНІ, СТРУКТУРНІ ТА ФОТОЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ |
| title_full_unstemmed | ОРГАНО-НЕОРГАНІЧНИЙ ПЕРОВСКИТ CH3NH3PbI3: МОРФОЛОГІЧНІ, СТРУКТУРНІ ТА ФОТОЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ |
| title_short | ОРГАНО-НЕОРГАНІЧНИЙ ПЕРОВСКИТ CH3NH3PbI3: МОРФОЛОГІЧНІ, СТРУКТУРНІ ТА ФОТОЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ |
| title_sort | органо-неорганічний перовскит ch3nh3pbi3: морфологічні, структурні та фотоелектрофізичні властивості |
| topic_facet | organic-inorganic perovskite X-ray diffraction analysis microstructure |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/82 |
| work_keys_str_mv | AT torchyniukpavlo organicinorganicperovskitech3nh3pbi3morphologicalstructuralandphotoelectrophysicalproperties AT vyunovoleg organicinorganicperovskitech3nh3pbi3morphologicalstructuralandphotoelectrophysicalproperties AT ishchenkoaleksandr organicinorganicperovskitech3nh3pbi3morphologicalstructuralandphotoelectrophysicalproperties AT kurdyukovairina organicinorganicperovskitech3nh3pbi3morphologicalstructuralandphotoelectrophysicalproperties AT vlasyukviktor organicinorganicperovskitech3nh3pbi3morphologicalstructuralandphotoelectrophysicalproperties AT kostylyovvitaliy organicinorganicperovskitech3nh3pbi3morphologicalstructuralandphotoelectrophysicalproperties AT belousanatolii organicinorganicperovskitech3nh3pbi3morphologicalstructuralandphotoelectrophysicalproperties AT torchyniukpavlo organoneorganičeskijperovskitch3nh3pbi3morfologičeskiestrukturnyeifotoélektrofizičeskiesvojstva AT vyunovoleg organoneorganičeskijperovskitch3nh3pbi3morfologičeskiestrukturnyeifotoélektrofizičeskiesvojstva AT ishchenkoaleksandr organoneorganičeskijperovskitch3nh3pbi3morfologičeskiestrukturnyeifotoélektrofizičeskiesvojstva AT kurdyukovairina organoneorganičeskijperovskitch3nh3pbi3morfologičeskiestrukturnyeifotoélektrofizičeskiesvojstva AT vlasyukviktor organoneorganičeskijperovskitch3nh3pbi3morfologičeskiestrukturnyeifotoélektrofizičeskiesvojstva AT kostylyovvitaliy organoneorganičeskijperovskitch3nh3pbi3morfologičeskiestrukturnyeifotoélektrofizičeskiesvojstva AT belousanatolii organoneorganičeskijperovskitch3nh3pbi3morfologičeskiestrukturnyeifotoélektrofizičeskiesvojstva AT torchyniukpavlo organoneorganíčnijperovskitch3nh3pbi3morfologíčnístrukturnítafotoelektrofízičnívlastivostí AT vyunovoleg organoneorganíčnijperovskitch3nh3pbi3morfologíčnístrukturnítafotoelektrofízičnívlastivostí AT ishchenkoaleksandr organoneorganíčnijperovskitch3nh3pbi3morfologíčnístrukturnítafotoelektrofízičnívlastivostí AT kurdyukovairina organoneorganíčnijperovskitch3nh3pbi3morfologíčnístrukturnítafotoelektrofízičnívlastivostí AT vlasyukviktor organoneorganíčnijperovskitch3nh3pbi3morfologíčnístrukturnítafotoelektrofízičnívlastivostí AT kostylyovvitaliy organoneorganíčnijperovskitch3nh3pbi3morfologíčnístrukturnítafotoelektrofízičnívlastivostí AT belousanatolii organoneorganíčnijperovskitch3nh3pbi3morfologíčnístrukturnítafotoelektrofízičnívlastivostí |