필름 형성에 하이브리드 페 로브 스카이 트 제조 방법, 전자 구조 및 태양 전지 성능의 영향

요약

우리는 결정 구조, 상태, 에너지 수준의 밀도 및 궁극적으로 태양 전지의 성능을 비교하는 무기 / 유기 박막이 페 로브 스카이 트 (perovskite)의 다른 제조 방법의 효과에 대한 광범위한 연구 결과를 제시한다.

초록

하이브리드 유기 / 무기 할로겐화 티탄 석 최근 다른 박막 디바이스 기술을 초과 장치 효율을 달성 할 가능성, 태양 전지 응용 분야에서 큰 관심의 주제이었다. 그러나, 장치의 효율성과 기본 물성에 큰 변화가보고되어있다. 이것은 지금까지 충분히 검토되어 있지 않은 필름을 처리하는 동안 의도하지 않은 변형에 기인한다. 따라서 우리는 우리가 보여 CH ₃ NH ₃ PBI ₃ 페 로브 스카이 트의 다수의 형태 및 전자 구조의 광범위한 연구를 수행하는 방법 제조 방법뿐만 아니라, 유리체의 methylammonium 요오드화 납 (II), 요오드화 충격성 등의 혼합비 성막, 결정 구조, 상태 밀도, 에너지 수준, 궁극적으로 태양 전지 성능.

서문

박막 태양 전지 기술에 의한 플렉시블 기판 상에 낮은 재료 소모량 및 적용에 태양 전지 응용 연구에 큰 관심을 끌고있다. 특히, 무기 / 유기 할로겐화물 페 로브 스카이 트 재료를 높은 효율로 이어지는 태양 전지 소자에서 가능한 활성층 인 것으로 입증되었다. 페 로브 스카이 트 (perovskite)는 높은 흡수 계수 ^1, 높은 전하 이동 ^(2), 에너지 ^(3)를 결합 낮은 여기자으로 유리한 특성을 갖추고 있습니다. 페 로브 스카이 트 레이어는 다양한 용액 또는 납 (II) 요오다 이드 (PBI ₂₎ methylammonium오다 이드 (MAI)과 같은 저가의 전구체 물질을 사용하여 기상 기반 제조 방법에 의해 제조 될 수있다. 이 방법은 시판의 실리콘 태양 전지에 비해 낮은 제조 온도를 사용하여 결정 성이 높은 필름을 쉽게 제조 할 수 있습니다.

그것은 웃음이었다이 엑시톤 확산 길이와 전하 이동에 영향을 WN로하는 여러 파라미터는 페 로브 스카이 트의 태양 전지, 특히 필름 형태의 성능에 큰 영향을 미친다. 니가 등. 보여 주었다, 페 로브 스카이 트 막 모폴로지를 향상 따르면 평균 결정 크기, 태양 전지의 성능 향상 ^{-4,5- 관련하여.} 형태 (예 : 아세트산 납 ^(6)의 이용), (II) 분자 첨가제 ⁷ 용매 (III)을 선택 (NH ₄ CL 등) (ⅳ) 온도, 전구체 재료 (I)의 선택에 의해 영향을받을 것으로 나타났다 및 그 제조 방법, 특히 ⁹ (V)를 선택 (톨루엔 또는 클로로 벤젠과 같은 ⁸⁾ 용매 대기 하에서 어닐링. ⁽⁴⁾ 17 ^{%를 초과하는} 효율이 태양 전지의 1 단계 또는 2 단계, 스핀 코팅과 같은 용액 결과 기반 프로세스 ^</ ^{SUP> (10)는} 진공 증착 페 로브 스카이 태양 전지 동안 ^{11, 12, 15.4} % ^(13)의 효율을 얻었다.

페 로브 스카이 트 레이어 과잉 _{PBI이 때문에} 결정 입계 ^(14)에 의한 PBI ₂ 페 로브 스카이 트 막을 패시베이션 의해 향상된 캐리어 균형 태양 전지의 성능에 유리하다 나타났다. 그러나, 약간의 작업이 페 로브 스카이 트 막 재료의 화학량 효과의 역할을 이해하기 위해 수행되었다.

이 논문에서 우리는 다르게 준비 페 로브 스카이 트 필름의 넓은 범위에 광범위한 연구를 제시하고 표시 방법 제조 방법 및 전구체 화학 양론 영향 형태, 결정, 상태 밀도, 막 조성 및 태양 전지의 성능을 제공합니다. 전체 론적 개요 characteri 필름으로 제작에 이르기까지, 제시장치 성능에 zation 모든 방법.

프로토콜

1. ITO 기판

주 : 개선 된 샘플과 접촉 장치의 단락을 방지하기 위해, 코팅 된 ITO 유리 기판은 리소그라피 및 에칭을 이용하여 패터닝 될 수있다. 상부 및 하부 전극의 중첩이 생성되는 태양 전지의 활성 영역을 정의한다.

1. 2.5 cm의 2.5 cm 기판을 수득 유리 커터로 인듐 주석 산화물 (ITO) 코팅 된 유리판을 잘라.
2. 에 ITO의 중심에 원형 형상의 라벨 (직경 = 1.6 cm)를 접착제 기판 덮여있다.
3. 10 분 동안 60 ° C에서 1 M _{염산의 FeCl3} 용액에 기판을 배치하여 ITO 에칭.
4. 클로로포름, 아세톤 및 초음파 목욕 비누 용액 (2 %)와 기판을 순차적으로 청소합니다.
5. _N이 흐름에 따라 한 번 증류수로 더 건조를 씻어.

이토 기판 2. 오존

주 : 유기 불순물을 제거하기 위해서, t그 기판을 오존 처리 할 필요 이토. 이 산화 조 표면을 활성화하고 다음 층의 재현 증착을위한 중요 기판의 습윤 특성을 증가시킨다.

1. 마운트 ITO는 샘플 홀더에 기판들과 오존 챔버에 넣습니다.
2. 오존을 생성하는 자외선 램프 (20 W)와 (대기) 산소에서 10 분 동안 조명.

PEDOT 3. 증착 : PSS 구멍-수집 연락

주 : 폴리 (3,4- 에틸렌 디옥 시티 오펜) - 폴리 (스티렌 술폰산) (PEDOT : PSS)의 필름이 주변 조건 (25 내지 40 % 상대 습도) 하에서 수성 현탁액으로부터 스핀 코팅에 의해 증착된다. 이 층은 정공 수집 접점으로 사용되고, 높은 일 함수를 갖추고, 핀홀을 감소시키고, 장치의 재현성 증가에 이르게된다.

1. 죽 필터링 후 PSS 기판 상에 주사기와 물 현탁액 (1.5 %)에 다음 PEDOT 150 μL를 놓습니다0.45 μm의 필터를 우.
2. 25 초 동안 2500 rpm의 회전 속도를 이용하여 스핀 코팅에 직접 4,000 RPM / s 각각의 가속도 5 초 동안 4000 rpm으로 하였다. PSS 필름 :이 절차는 40 ~ 45 nm 두께의 PEDOT로 연결됩니다.
3. 열 공기 중에서 10 분간 150 ℃에서 핫 플레이트 상에 기판을 어닐링에 의해 막으로부터 잔류 물을 제거한다.

페 로브 스카이 트 레이어 4. 증착

주의 : 리드 요오드 (PBI ₂₎ 인체에 매우 유해하다. 심지어 소량의 신경, 조혈, 신장 및 간 시스템에 매우 위험합니다. 주의 솔루션을 포함 이어질 처리합니다.
참고 :이 문서를 통해 조사 페 로브 스카이 트 필름 전구체 물질로 PBI _2, CH ₃ NH ₃ I (MAI)를 사용하여 다섯 가지 방법에 의해 제조된다. ^{15 저하를} 방지하기 위해서, 필름 및 장치와 특성화 제조는 ㄱ해야_N이 채워진 글러브 박스 (액 처리) 불활성 분위기, 예를 들어 아래 실시 예를 진공하에 (증착).

1. 솔루션 처리
   1. 순차 증착
      1. 스핀 코터에 기판을 배치하고 드롭 150 μL 기판 상에 피펫으로 N, N- 디메틸 포름 아미드 DMF (400 ㎎ / ㎖)에 용해 PBI _2.
      2. 30 초 동안 3,000 rpm에서 바로 스핀 코트.
      3. MAI에서 딥 _PBI이 필름은 이소프로판올에 용해 (40)의 또는 건조 된 PBI ₂ 필름 상에 드롭 MAI 용액 (10 ㎎ / ㎖) 40 초 동안가 둡니다.
      4. 기판 오프 30 초 동안 3000 rpm에서 MAI 용액 나머지 스핀 코팅.
      5. 핫 플레이트 상에 기판을 배치하여 100 ℃에서 15 분 동안 가열한다.
   2. 공동 솔루션 :
      1. 250 mg의 농도로 전구체 용액을 형성하기에 DMF (1 몰비 이상적 1) 원하는 _비율이 PBI와 MAI를 모두 녹여/ mL로.
      2. 적어도 5 시간 동안 50 ° C에서 전구체 용액을 교반한다.
      3. 데우고 기판 PEDOT 덮여 : PSS 50 ℃의 핫 플레이트상에서 5 분간.
      4. 하나의 장치에 걸쳐 일련의 증가 재현성을 보장하기 위해, 회전은 페 로브 스카이 트 (perovskite) 층을 코팅하는 동안 스핀 코터 그릇 내부의 용매 (200 μL)를 소량 적하하여 톨루엔 분위기를 생성한다.
      5. 기판 상에 (4.1.2.1)에서 150 μL 전구체 용액을 놓습니다.
      6. 스핀 코팅이 전구체 용액에서 30 초 동안 3,000 rpm에서 페 로브 스카이 트 층. 스핀 코팅 기판 당 페 로브 스카이 트 재료의 하나의 층.
      7. 핫 플레이트상에서 110 ℃에서 30 초 동안 얻어진 페 로브 스카이 트 레이어를 가열한다.
   3. 분자 첨가제 :
      1. 더 성막을 위해 NH ₄ CL (4.1.2.1로 설명 됨), 스핀 코팅 용액 (18-20 ㎎ / ㎖)을 동시 - 녹인다. 이전과 같이 진행합니다.
         주 :이 공동 있으므로 첨가의 대안4.1.2에서 lution.
2. 진공 증착
   1. 일반 과정
      1. 진공 시스템으로 청소 기판을로드하고 대피.
      2. ^10-7 밀리바의 압력은 증착 챔버 내로 이송 샘플 도달 셔터와 증착을 소스로부터 떨어져 보호 후.
      3. PBI ₂ 약 330 ° C로 전구체 물질을 함유하고 MAI 140 ° C 두 소스를 가열한다. 챔버 내의 압력이 때문에 MAI의 휘발성 특성으로 약 10 ^-4 mbar에서 상승된다는 점에 유의해야합니다.
      4. 다른 하나의 샘플 위치에있는 동안 하나의 석영 결정 모니터 (QCM)를 사용하여 두 물질에 대한 증착 속도를 보정 가까이 소스를 위치. 증발 온도로 재료를 가열과 동시에 QCM을에 표시된 각각의 두께를 적어 둡니다. 비율로 금형 계수를 계산두 값. 두께 계산에 사용하는 6.16 및 1.23 g / cm ^-3 각각 PBI ₂ MAI에 대한.
   2. 공동 증발
      1. 증가 또는 화학 양 론적으로 정확한 페 로브 스카이 트 막을 얻기 위해 소스의 온도를 감소시켜 2 : 약 1 MAI에 PBI _(2)의 속도를 조정한다.
      2. 성막을 시작하는 샘플 앞의 셔터를 연다. 의도 한 두께에 도달하면, 소스의 가열의 셔터와 턴을 닫습니다.
      3. 휘발성 화합물 및 전체 막 형성을 제거하기 위해 진공 챔버의 내부에 70 ° C에서 1 시간 동안 필름을 가열한다.
   3. 순차 증착
      1. 증발 (. 약 100 °의 C) 지점 아래에 다시 MAI 소스의 온도를 감소시키고 증발이 시작 될 때까지 PBI ₂ 소스를 가열; 순수한 PBI _2의 50 나노 미터를 입금.
      2. 그 후, PBI ₍₂₎ 냉각소스와 마찬가지로 MAI의 50 nm의 증발. 더 큰 두께를 들어 단계 4.2.3.1 및 4.2.3.2 대안을 반복합니다.
      3. 휘발성 화합물 및 전체 막 형성을 제거하기 위해 진공 챔버의 내부에 70 ° C에서 1 시간 동안 필름을 가열한다.

5. 태양 전지의 제조

1. 20 ㎎ / ㎖의 농도에서 수용체 클로로 페닐-C ₆₀ - 뷰티 르산 메틸 에스터 (PC ₆₀ BM)을 용해시키고, 50 ℃에서 핫 플레이트 상에 적어도 하루 동안 교반한다.
2. 이전과 같이 페 로브 스카이 트 (perovskite) 층 (첨가제와 공동 용액 공정) 준비 (4.1.3 참조.).
3. 실온으로 금속판 상에 30 초 동안 가열 된 페 로브 스카이 트 레이어를 냉각.
4. 기판에 150 μL PC ₍₆₀₎ BM 솔루션을 배치
5. 스핀 코팅 PC 50 nm 두께의 층으로 얻어진 페 로브 스카이 트 막 위에 30 초 동안 2000 rpm에서 ₆₀ BM.
6. 완벽하게 코팅 된 기판을 배치순서대로 그림자 마스크와 샘플 홀더와 커버에 활성 레이어의 상단에 연락처를 증발합니다.
7. 이토 양극에 접촉을 설정하기 위해 메스와 접촉 중 하나를 스크래치.
8. 캐소드 상부 콘택의 증착은 진공 챔버로 옮긴다.
9. 석영 결정 모니터에 의해 측정 된 0.5 Å / s의 속도로 p = 3 × ^10-6 mbar의 최대 압력에서 입금 10 nm의 알루미늄. 제 10 내지 후 속도는 100 nm의 막 두께에 도달 할 때까지 2.5 Å / s까지 증가 될 수있다.
10. -0.5 V 내지 1.5 (단계 = 0.02 V)의 전압 범위에서 소스 측정 유닛을 사용하여 태양 전지의 전압 (JV) 대 전류 밀도의 측정을 수행한다. 더 이력이 JV 특성에 표시되지 않도록하려면뿐만 아니라 1.5 -0.5 V의 바이어스를 연소에 의해뿐만 아니라 역방향 스캔 방향을 측정합니다. 태양 시뮬레이터 (100 mW의의 cm²) 공인 된 실리콘 포토 다이오드를 사용하여 보정을 사용합니다.

결과

페 로브 스카이 트 필름의 다른 제조 방법에 비해 전체적인 뷰를 얻기 위해서는, 구조, 전기, 및 소자 특성을 결합하는 것이 중요하다. 주사 전자 현미경 (SEM)의 형태의 좋은 인상을 준다. 따라서, 다른 제조 방법에 의해 제조 된 필름은 모든 조사 하였다. 페 로브 스카이 트 박막의 대표적인 일부는 막 형태의 제조 방법의 큰 영향을 시각적으로도 1에 도시되어있다.

이상적으로, 원활하고 핀홀 자유 필름은 장치에 요구된다. 알 수있는 바와 같이,이 첨가제 NH ₄ CL 톨루엔 분위기 공동 용액으로부터 제조 된 증착 필름 (F, G), 딥 코팅들 (D, E), 및 필름의 경우 (A1은 1.4-0.6의 MAI에 PBI _(2)의 다양한 비율 R과 A5)에. 대조적으로, 필름 witho UT 첨가제 (H)뿐만 아니라, 딥 코팅 (D, E)과 드롭 - 코팅 된 것 (b는 c)는 큰 공극, 구조물 등을 바늘 또는 큰 표면 거칠기를 표시하므로 장치 애플리케이션에 유용하지 않다.

그림 1 : 다른 처리 방법에 의해 제조 된 페 로브 스카이 트 필름의 SEM 이미지. (A1 호 - A5) MAI (R) (40)의 로딩 시간과, (b) 드롭 코팅 (c)에 _PBI이 서로 다른 비율로 첨가하고, 톨루엔 분위기 공동 용액 드롭 코팅 (120)의 로딩 시간 ( 첨가제없이 d) 딥 코팅 (10의 로딩 시간), (e)에 딥 코팅 (3600의 로딩 시간), (F)의 공동 증착 (g) 순차적 증착 (H) 공동 용액. 스케일 바는 1 ㎛의 길이를 나타냅니다.tp_upload / 55084 / 55084fig1large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

마지막으로, 그림 첨가제 및 톨루엔 분위기와 공동 솔루션 준비를 사용하여 1.4 0.6에서 MAI에 PBI _2의 비 (R)를 혼합 1 A1-A5 쇼 변화. 여기뿐만 아니라 다른 영화 모폴로지 표시 표면 범위와 결정 크기 쇼의 변화.

SEM은 박막의 형태와 범위를 시각화하는 영화 거칠기에 인상을 얻을 수있는 좋은 도구이지만, 그러나 어떠한 구조 정보는 제공되지 않습니다.

따라서, 상기 페 로브 스카이 트 필름을 특성화하기 위해서, X 선 회절 (XRD)을 사용 하였다. 구리 K를 사용하여이 기술 _α 양극 (λ = 1.54056 Å) (10) 사이의 2θ 범위의 결정 단계 6; 40 ° (0.00836 °의 단계 크기)는 감시되고있어서 하였다. 많은 출판물 XRD는 페 로브 스카이 트 필름의 품질을 결정하는데 사용된다.

도 2는 MAI를 _PBI이 6 가지의 혼합 비율을 갖는 샘플들의 서브 세트의 XRD 측정을 도시하고, 따라서도 1A1-A5의 SEM 이미지에 대응한다. 또한, 순수 PBI _(2)의 스펙트럼을 나타낸다. 이로부터 이러한 PBI ₂ MAI의 부가적인 단계의 결합, 즉 다른 위상의 외관뿐만 아니라 페 로브 스카이 트 레이어의 품질에 전구체 용액의 화학 양론의 영향은 조사된다. 스펙트럼은 정방 정 구조를 도시 한 반사는 해당 결정면과 함께 인덱싱된다. 놀랍게도, MAI PBI 또는 _2의 추가 단계가 오프 화학량 필름에서 관찰되지 않았다.

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도 2 : XRD의 순수한 PBI _(2)의 패턴뿐만 아니라 전구체 (오른쪽의 수치에 의해 주어진 비율로) 다양한 몰비를 사용하여 (NH ₄ CL 톨루엔 분위기) 공동 용액 법으로 제조 된 페 로브 스카이 샘플. 비교를 들어, 곡선은 14.11 °에서 피크에 정규화 및 수직으로 이동합니다. 참조 ^{(16)로부터} 허가 재판. 저작권 2015 와일리 - VCH. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

XRD 필름의 조성에 관한 정보를 제공하지 않은 것처럼, X 선 광전자 분광법 (XPS)을 직접 막 화학량 론을 측정 할 수있는, 사용된다. 이 측정을 위해 Mg를 K의 _α의 여진 원 (hν = 1252.6 eV의) 10 eV의 (에너지 해상도 = 800 meV 인)의 통과 에너지가 사용된다. 상대 감도 계수 (RSF)를 각각 개별적으로 측정 요소에 대해 고려되어야한다. 이와 같이, 우리는 측정 시스템의 RSFs (마그네슘 K _{α의 소스,} X 선 소스와 분석기 50.0 ° 사이의 각도)을 조정하는 것이 중요하다. 우리는 트리스 - (4-iodphenyl) - 아민 (C ₁₈ H ₁₂ N ₃ I)과 요오드 피크를 보정하는 작은 분자의 수를 이용하고, _(2)를 통해 PBI (PB)을 보정. 탄소가 RSF (C1S) = 1과 같은 기준으로 사용되며, 따라서, 개별 요소의 RSF 인자이고; RSF (N1S) = 1.8, RSF (I3D _5/2) = 32.8, 및 RSF (Pb4f _7/2) = 16.5.

도 3은 상부 서브 도면에 나타낸 특성 코어 레벨 피크 증착막의 대표적인 XPS 스펙트럼을 나타낸다. 낮은 하위 도면 I3D _5/2 (619.6 EV), N1S에서 (402.7 EV), C1S (286.6eV) 및 Pb4f _7/2은 (138.6 EV) 피크가 표시됩니다. 모든 신호 만 그러나 진탕해서 피크이므로 실제 추가 결합 상태와 관련이없는 높은 결합 에너지의 작은 기능은 일반적으로 관찰되는 요오드의 경우, 하나의 혼합 가우스 / 로렌츠 피크에 의해 장착 할 수있다. 우리는 신호 세기에 걸쳐 통합하고 각 RSF ^(16)를 정규화하여 모든 제조 된 페 로브 스카이 트 레이어의 상대 막 조성물을 추출 할 수있다. N : 납 : 필름의 일부에 큰 편차가 이상적인 막 화학량 C에서 발견 된 I의 1 : 1 : 1 : 3이고; 예를 들어 0.4 d 개의 1.5 사이에서 변화 질소의 비율 리드. 이 공동 증착 제어 및 재현하기 어려운 증착 필름, 특히 사실이다. 결정 용액으로 처리 된 샘플의 경우, 다른 한편으로는, 실제와는 전구체의 혼합비는 최종 막 조성물과 매우 잘 일치 의도XPS에서.

그림 3 : 대표 XPS 스펙트럼. 전체 XPS 스캔이 표시됩니다 위, 클로즈업 아래 통합 피크의 측정이 표시됩니다 XPS. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

막 조성물이 변형 상태의 밀도에 미치는 영향을 조사하기 위해, 우리는 UV 광전자 분광법 (UPS)을 돌렸다. , 헬륨 방전등 UPS의 측정을 수행 (21.22 eV로 그는 I를 샘플 바이어스 -8 V) 2 eV의 패스 에너지를 이용하고, (페르미 에지 폭에 의해 결정) 110 meV 인 에너지 분해능.되고 모든 시료의 경우, 전체 스펙트럼 우선 신호 대 잡음비를 증가시키기 위해 높은 개구 분석기를 사용하여 측정하고, A는 높은 해상도 주사 상세한 비주얼 베이직 영역 수행 하였다. UPS의 스펙트럼, 특히 VB 영역 스캔에서, 다색 그는 I 방사선에 의한 위성 피크는 데이터 분석시 수치에 대해 보정 하였다.

그림 4는 모두 공동 순차 증착 (밝은 빨강)뿐만 아니라 다른 액 처리 (진한 빨강) 방법을 포함, 모든 조사 샘플의 전체 데이터 세트의 UPS 곡선을 보여줍니다. 우리는 이온화 에너지 (IE)에서 상당한 변화가도 4의 좌측 플롯 높은 결합 에너지 차단 위치의 변화에서 주목할 관찰되는 것을 강조하고자. 이러한 변화는 처리 및 필름 조성의 변화에 ​​의해 초래하고 5.67와 6.4 eV의 사이에 IE의 조정 기능으로 이어질 수 있습니다. 더 자세한 설명은, ¹⁶ 참조를 참조하십시오.

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그림 4 : 조사 샘플의 대표적인 부분 집합의 UPS를 검색합니다. 오른쪽은 증착 (빛 레드 라인)에 대한 VB의 발병 가까이 높은 해상도를 표시하면서 왼쪽 패널은 높은 결합 에너지 컷오프 (HBEC)와 가전 자대 영역을 표시 솔루션 처리 (진한 빨강 선) 페 로브 스카이 트 영화. 모든 곡선 위해 X시킴으로써 행한다을 따라 이동 한 약 3 에버스의 기능에 정렬합니다. 참조 ^{(16)로부터} 허가 재판. 저작권 2015 와일리 - VCH. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

우리는 필름의 결정 구조에 영향을주지 않고 전자 구조의 변화에 ​​우위 다른 전구체로부터 제조 혼합비 필름 페롭 스카이 이전 실험에서 얻은, 우리는 원했던태양 전지의 성능에 대한 전구체 비의 효과를 조사한다. 따라서, ITO / PEDOT : PSS / 페 로브 스카이 트 (perovskite) / PC ₍₆₀₎ BM / 알 태양 전지는 1.2에서 0.7로 MAI PBI _(2)의 비율을 사용하여 (첨가제 톨루엔 분위기) 공동 용액 처리 층 페 로브 스카이 트를 사용하여 제조 하였다. 도 5는 태양 전지의 특성 전력 변환 효율 막 화학량 론 (의도 비 R)의 영향 (PCE), 단락 전류 (J의 _SC), 개방 전압 (V의 _OC) 및 충전 인자 (FF)를 나타낸다. 9.6 %의 최고 효율은 1.02의 의도 몰비, 즉 이상적인 페 로브 스카이 트 조성에 가까운에 대한 발견된다.

그림 5 : PCE, J _{사우스 캐롤라이나,} V의 _OC 및 FF의 특성 값. 이러한 값은 태양 전지 장치 indep의 측정으로부터 추출MAI에 PBI _2의 의도 된 혼합 비율 R의 _INT의 endent은 필름 제조에 사용. 참조 ^{(16)로부터} 허가 재판. 저작권 2015 와일리 - VCH. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

토론

우리는 처리 조건은 필름 형태에 따르면 막에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이 연구 그룹 많은 동일한 페 로브 스카이 트 재료, 태양 전지의 성능 및 이온화 포텐셜 대한 다른 결과를 게시하는 이유이다.

모든 처리 단계 및 특성화 방법은 습도의 저하를 방지하기 위해 불활성 분위기 (또는 진공) 하에서 수행 될 수 있도록, 재현성을 보장하기 위해, 중요하다. 또한 유리체의 순도 및 공급 업체는 중요한 역할 (안 여기 조사)를 재생할 수 있습니다. 페 로브 스카이 진공 층이 결정 성이 높은 필름을 갖추고 증착 것이 명백하다; 그러나, 비교하여 액 처리 막을 높은 스루풋으로 제조 될 수있다.

전구체 용액에 첨가제와 스핀 코터 그릇에 톨루엔 분위기로 NH ₄ CL을 사용하여 우리의 연구에서 가장 재현하고 부드러운 perovskit 제공전자 필름. 한편, 딥 앤드 드롭 코팅 공정이 아닌 거친 표면을 초래할, 또한 단말기 프로그램이 고려되지 않았다. 마지막으로, 진공 처리 된 층은 전체 작은 결정 크기 (~ 100 ㎚)하지만 전체 영화와 매끄러운 표면을 통해 범위의 높은 수준을 갖추고 있습니다. 전구체의 비율을 변화와 샘플 시리즈에서, 우리는 조성뿐만 아니라 막 형성에 큰 영향을 미치는 것을 배웠다. (도 2) XRD로 이들 층을 조사 때, 모든 필름은, 결정 성이 높은 상기 (110) 및 (220)면을 나타내는 14.11 ° 및 28.14 °에서의 반사로 나타낸 유사한 정방 정계 결정 구조를 보여주는 일부 동안에 층은 약한 (002)의 모양과 (004) 반사에 의해 볼 수있는, 조금 더 무질서 보였다. 그러나, XRD 회절 피크의 유의 넓어짐이 관찰되지 않는다. 흥미롭게도, 12.63 °에서 PBI _(2)의 분리 단계의 흔적은 없습니다 심지어 통합 PBI _2의 큰 초과하는 양의 발견. 이 PBI ₍₂₎ XRD에 의해 그것을 발견 할 수 있습니다 별도의 단계 또는 나노 결정 섬하지만 같은 묽은 전면 광고로하지 포함되어 있음을 나타냅니다. 따라서, XRD의 사용이 제한된다.

한편, XPS는 PBI ₂ (제조 방법)에 따라 MAI의 부가 량이, 막 중의 질소 비율 리드의 변화로부터 명백한 바와 같이 존재하는 것을 확인한다. 전술 한 바와 같이 차례로이 삽입 필름의 전자 구조에 상당한 영향을 미친다. 지금, UPS에 의해 밝혀 이온화 에너지의 차이의 관찰과 XPS의 결과를 결합하는이 두 현상의 상관 관계를 우리에게 있습니다. 도 6은 측정 IE 값은 해당 막의 조성 (질소 비율 리드)의 함수로서 플롯 결합 플롯을 나타낸다.

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그림 6 : 40 페 로브 스카이 트 Fi를 LMS 세트 전체 데이터를 추출 측정 지점. (XPS에 의해 결정) 질소 함량 리드의 원소 비율 R _특급의 이온화 에너지 의존; 실선은 데이터 선형 파이 t이고, 점선은 ± 0.12 eV의 표준 편차를 표시한다. 바닥에서, 과학 t의 잔차가 표시됩니다. 참조 ^{(16)로부터} 허가 재판. 저작권 2015 와일리 - VCH. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

우리는이 두 값 사이에 명확한 선형 상관 관계를 찾을 수 있습니다. _PBI를이 풍부한 층이 IE를 증가하면서 우리의 결과는, 따라서, 과량의 MAI와 페 로브 스카이 트 막은 하부 IE를 나타내는 것을 나타낸다. 우리는 6.05 ± 0.10 eV의의 IE를 찾을 수5.4 eV의의 자주 게시 된 IE보다 훨씬 큰 R _특급 = 1, 최적의 몰비합니다. 우리가 다른 페 로브 스카이 트 막 제조의 다양한이 값을 발견하면,이 불일치로 인해 가공 조건으로 될 가능성이 없다. 기인 여기서 사용 상태 기울기의 선형 밀도가 높은 판독 값이 결과 데이터 평가의 차이 라기이다. 이 문제의 광범위한 토론 참조 ^(17)에서 찾을 수 있습니다. 이는 우리가 변하는 비율 IE의 시프트하지만, 활성화 에너지뿐만 아니라 즉, 광이 막의 밴드 갭의 변화 (E의 _g = 1.60 ± 0.02 eV의 데이터는 도시하지 않음)을 찾을 것이 중요하다 (EA)를 동시에 이동합니다.

최대 태양 전지 효율은 약간 문헌 ^14에서 결과를 확인하고 9.6 %의 전력 변환 효율이 1.02의 몰 비 R (MAI에 PBI _2)에 대해 발견 된_PBI이 풍부한 필름 그레인 경계에서 PBI _(2)에 의해 페 로브 스카이 트 필름의 보호에 의해 개선 된 캐리어 동작을 갖추고 있습니다. 증가 PBI ₂ 함량이 200 meV 인에 의해 개방 전압의 감소는 찾을 수 있습니다. 페 로브 스카이 트 물질의 밴드 갭의 변화가, V의 _OC의 감소는 페 로브 스카이 트와 PCBM의 계면에서 광 갭 동시 감소하여 오히려 불충분 정공 차단하여 설명되지 않을 수 일어나기 때문에 (IE _PCBM = 6.2 EV)에 의한 페 로브 스카이 트 IE의 증가. 동시에 0.8에서 0.7 R> 1.05 감소에 대한 FF는 이러한 연구 결과를 지원한다.

결론적으로 제조 된 다양한 방법에 의해 페 로브 스카이 트 필름의 광범위한 연구를 발표 강한 변형 막 형성, 전자 구조 및 장치의 성능에서 발생하는 것으로 나타났다. 특히 관심 MAI 오 의도적 혼입에 의해 페 로브 스카이 트의 IE를 조절하는 가능성은R PBI 새로운 디바이스 구조의 인터페이스 최적화를 위해 사용할 수있는 ₂ 삽입은. 앞으로의 연구는 더 큰 디바이스 영역을 향해 목표로 고급 제조 기술을 볼 것이다. 다음은 닥터 블레이 딩, 스프레이 기술 및 현재 COPT.centre (유기 생산 기술에 대한 콥트 = 센터)에서 우리 시설에 설치되는 대규모 인쇄 등의 방법을 포함한다.

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
ITO	Rose		< 15 Ω/sq
PEDOT:PSS	Heraeus Clevios	P VP .Al  4083
MAI			Synthesized as found in literature
PbI2	Alfa Aesar	44314	99.999% trace metals basis , -10  mesh beads
NH4Cl	Suprapure	101143	99995%
PCBM	Nano C		99.9%
Chlorobenzene	Sigma Aldrich	270644	Chromasolv for HPLC (99.9%)
N,N-Dimethylformamide	Acros Chemicals	348430010	Extra dry, stored over molecular sieves (99.8%)
Toluene	Sigma Aldrich	244511	anhydrous