この方法は、環境にやさしい薄膜太陽電池用の溶液処理可能な銀ビスマス-ヨウ素三分半導体の作り方に関する重要な質問に答え、応用を採用するのに役立ちます。この技術の主な利点は、銀ビスマス-ヨウ素の溶液製造であり、その後、顕微鏡デバイスアーキテクチャを有する薄膜太陽電池における鉛フリー光起吸収体として使用される。この技術は、銀ビスマスヨウ素三元半導体が鉛フリーで空気安定性の高い太陽電池吸収体であるため、環境に優しい薄膜太陽電池の製造に潜在的な応用を有する。
コンパクトな二酸化チタン層の前駆体溶液の調製を開始するには、20ミリリットルガラスバイアルに無水エタノール8ミリリットルを入れ、激しく攪拌を開始します。攪拌エタノールを滴下するに0.74ミリリットルのチタンイソプロポキシドを加える。そして、濃縮塩酸の0.06ミリリットルを急速に追加します。
混合物を室温で12時間から24時間攪拌し、前駆体溶液を形成する。次に、2%水性オクトキシノール-9、アセトン、イソプロピルアルコールでそれぞれ15分間、1インチのFTO基質で1インチの裸のFTO基板を超音波処理する。きれいな基板を70°Cのオーブンで1時間乾燥させ、空気中の室温まで冷却します。
次に、基板をスピンコーターチャックに固定します。コンパクトな二酸化チタン層前駆体溶液を1ミリリットルまたは3ミリリットルのシリンジに充填し、0.2ナノメートルのシリンジフィルターを取り付けます。小さなバイアルに溶液をフィルターします。
200マイクロリットルの濾過前駆体溶液を基板に塗布し、それを完全にカバーします。3000 RPMで基板を30秒間スピンコートします。500°Cのオーブンでフィルムを1時間アニールします。
その後、熱を消し、通常約6時間かかる室温まで空気中で基板を冷却させます。次に、被覆された基板を四塩化チタンの水溶液0.12モル溶液に浸漬する。基板を摂氏70度のオーブンに30分間浸します。
その後、残存四塩化チタンを除去するために、その後脱イオン水で基板を十分に洗い流します。フィルムを摂氏500度で1時間アニールし、空気中の室温まで冷却します。冷めたら、コンパクトな二酸化チタンコーティング基板を窒素ガスの下に保管し、後で使用します。
5ミリリットルガラスバイアル中空孔性二酸化チタンナノ粒子層の前駆体溶液の調製を開始するには、0.5グラムの50ナノメートルの二酸化チタンナノ粒子ペーストと1.75グラムのイソプロピルアルコールと0.5グラムのテルピネオールを組み合わせます。バイアルにかき混ぜ棒を加え、ペーストが完全に溶解するまでかき混ぜます。通常、この処理には約 1 時間かかります。
次に、コンパクトな二酸化チタンコーティングされたFTO基板をスピンコーターに固定し、200マイクロリットルのナノ粒子溶液を基板表面に塗布します。基板を5000RPMで30秒間スピンコートします。コーティングされた基板を500°Cのオーブンで1時間アニールし、室温まで冷却します。
その後、30分間摂氏70度で四塩化チタンの水性0.12モル溶液に基板を浸します。イオン化された水で基板を十分に洗い流します。摂氏500度で1時間アニールし、空気中の室温まで冷まします。
後で使用するために、コンパクトでメソポーラス二酸化チタン層を被覆した基板を窒素ガスの下に保管してください。低湿度の窒素で満たされたグローブボックスに含まれるヨウドビスム酸銀、ジビスマスヘプタイオジドの薄膜の調製を開始するには、0.3グラムのビスマス-3ヨウ化物、0.06グラムのヨウ化銀、および3ミリリットルのn-ブチルアミンを組み合わせる。固形物がほとんど溶解するまで混合物を激しく渦を流し、その後、0.2マイクロメートルのポリテトラフルオロエチレンフィルターを介して前駆体溶液をフィルターします。
次に、スピンコーターに所望の基板を固定し、濾過前駆体溶液の200マイクロリットルを塗布する。基板を6000RPMで30秒間スピンコートします。ホットプレートに基板を置き、150°Cに加熱します。
その温度でフィルムを30分間アニールし、ホットプレートから素早く取り出して焼入れます。窒素で満たされたグローブボックスに、P3HTの10ミリグラムとクロロベンゼン1ミリリットルを組み合わせます。50°Cで30分間攪拌し、P3HTを完全に溶解し、0.2マイクロメートルのPTFEシリンジフィルターで混合物を濾過します。
次に、銀二重マスの重症体を付けたFTO基材をコンパクトに、メソポーラス二酸化チタンをスピンコーターに固定します。P3HT溶液の100マイクロリットルを基板に塗布し、基板を4000RPMまたは30秒でスピンコートします。ホットプレート上のP3HTフィルムを130°Cに予熱して10分間アニールします。
グローブボックス内の基板を室温まで冷まします。最後に、熱蒸発器を使用して、100ナノメートルの金を基板上に毎秒0.5オングストロームで堆積させて太陽電池の上部金接点を形成します。銀ビスマス-ヨウ素三日薄薄膜は、ヨウ化銀とヨウ化銀の1:2、1:1、および2:1モル比をこの方法で製造した。
1:2フィルムは、約42度で単一のピークを示し、立方体構造を示した。1:1および2:1のフィルムについてピーク分割が観察され、六角形の構造を示す。1:2フィルムは2:1フィルムよりも長い波長を吸収した。
また、1:2フィルムは大粒で滑らかな表面を有し、2:1フィルムでは過剰なヨウ化銀の粒子が観察された。1:2の映画は、このようにさらなる研究のために選ばれました。X線回折は、1:2フィルムが立方相で完全に結晶化するために150°Cのアニーリング温度が必要であることを示した。
フィルムは少なくとも10日間空気中で安定していた。FTIR分光法は、残留n-ブチルアミンが低いアニール温度でビスマス-3ヨウ化物とヨウ化銀に弱く複雑なままであり、銀ビスマスヨウ素ビルディングブロックの形成を抑制することを示唆した。アニーリング温度が上昇するにつれて、穀物はより大きく、より密に詰まりました。
150°Cでアニールされたフィルムはまた、太陽電池での使用に最も適した吸収特性を有していた。全体として、150°Cでアニールされた銀の二重マスヘプテオジド膜は、太陽電池の使用に適したエネルギッシュな特性を示した。この技術は、溶液処理可能な薄膜太陽電池の研究者が、鉛フリーおよび空気安定性の高い薄膜太陽電池などの用途における銀ビスマス-ヨウ素三元半導体の方法論をさらに発展させる道を開く。
この手順を試みている間に、銀ビスマス-ヨウ素前駆体溶液で基板をスピンコーティングするために20%以下の制御湿度を使用することがよい。前駆体溶液を30%以上の湿度で回転すると、反応性が高いため黄色が表示され、写真スピンコートの湿度を制御できない場合は、N充填グローブボックスで前駆体溶液をスピンコートすることができます。ただし、完了後にグローブボックスを完全にパージする必要がありますのでご注意ください。
