박사 과정 장학금 M. 압디 - Jalebi 감사 나바 기술 제한. MI 다르와 M.Grätzel 과학 기술의 킹 압둘라지즈 시티 (KACST) 및 금융 지원을위한 스위스 국립 과학 재단 (National Science Foundation) (SNSF를) 감사합니다. 저자는 XPS 측정을 수행하기위한 분자 박사 피에르 Mettraux 및 하이브리드 재료 특성화 센터, EPFL에게 감사의 말씀을 전합니다. A.Sadhanala는 감사 인도 - 영국 APEX 프로젝트에서 재정 지원을 인정합니다. SP Senanayak는 뉴턴 원정대의 왕립 학회 런던을 인정합니다. RH 친구, M. 압디 - Jalebi, 그리고 A. Sadhanala는 EPSRC의 지원을 인정하고 싶습니다.

1. 합성 및 원시 및 첨가제 기반 CH 3의 증착 NH 3 PBI 3 참고 : 모든 솔루션은 습기와 산소 제어 조건에서 아르곤 글로브 박스 내부를 제조 하였다 (H 2 O 레벨 : &lt;1 ppm을 O 2 수준 : &lt;10 PPM). <ol><li> 80 ℃에서 일정한 교반하에 N, N 디메틸 포름 아미드 (DMF)의 1 mL의 PBI (2)의 553 mg의 (1.2 M)을 녹인다. </li><li> PBI이 솔루션 가의 양이온 할로겐화물의 0.02 M을 추가합니다. </li><li> 스핀 코팅 4,000 rpm의 램프와 6,500 rpm에서 30 초 동안 기판 (예를 들어, 메조 포러스 - 티오 2) 상에 생성 된 황색 투명 솔루션입니다. </li><li> 30 분 동안 80 ℃에서 핫 플레이트상에서 필름을 굽는다. </li><li> 이소프로판올 5 ㎖에 요오드화 methylammonium (MAI) 40 mg을 녹인다. </li><li> 스핀 코팅은 두 단계 protoc을 이용하여 얻어진 리드 요오드화 필름 상 MAI 용액을 충분한 양의로딩 시간의 45 초를 포함 올 4000 rpm으로 회전의 20 초 하였다. </li><li> 45 분 동안 100 ℃에서 핫 플레이트상에서 스핀 - 코팅 된 페 로브 스카이 트 막을 어닐링. </li></ol> 2. 태양 전지 제조 <ol><li> 기판 준비 <ol><li> 패턴 불소 도핑 된 산화 주석 (FTO) 코팅 된 유리. <ol><li> 반투명 접착 테이프로 FTO 유리의 활성 영역을 커버. </li><li> FTO 기판의 노출 된 영역의 Zn으로부터 분말을 붓는다. </li><li> 증류수에 염산이 M (HCL)을 준비한다. </li><li> 아연 분말로 피복 된 FTO 유리 부분 상 HCl 용액을 붓는다. </li><li> 물을 FTO를 세척하고 테이프를 제거합니다. </li></ol></li><li> 기판 청소 <ol><li> 세제 (/ V 승) 2 %를 사용하여 FTO 유리를 씻으십시오. </li><li> 10 분 동안 아세톤 및 이소프로판올 (IPA)에서 에칭 된 FTO 기판을 초음파 처리. </li><li> ultrav으로 FTO 기판 취급iolet / O 3 15 분 동안 청소기. </li></ol></li></ol></li><li> 정공 차단 층의 침착 <ol><li> IPA 7 mL에 티타늄 디 이소 비스 (아세틸 아세토 네이트) (TAA)의 0.6 mL를 넣고. </li><li> 450 ℃의 핫 플레이트상에서 세정 패터닝 FTO 기판을 넣고 가열 전의 접촉 면적을 커버한다. </li><li> 열분해를 캐리어 가스로서, O2를 사용하여 노출 된 영역으로 TAA 수용액을 분무. </li><li> 30 분 동안 450 ° C에서 샘플을 둡니다. </li></ol></li><li> 전자 수송층 증착 <ol><li> (7 중량비 2) 에탄올 상업적 이산화 티탄 페이스트 (30 나노 미터 입자 크기) 희석. </li><li> 30 분 동안 초음파 처리하여 이산화 티탄 희석 균질화. </li><li> 스핀 코팅 2,000 rpm의 램프와 5,000 rpm에서 30 초 컴팩트 이산화 티탄 층에 준비된 샘플 상에 티타니아 희석. </li><li> 30, 500 ° C에서 티타니아 막의 어닐링분. </li><li> 20 분 동안 70 ℃에서 증류수는 TiCl4를 40 mM의 용액에서 얻어진 중세 공성 이산화 티탄 필름을 취급한다. </li><li> 450의은 TiCl4 처리 된 필름을 어닐링 30 분 동안 C를 °. </li></ol></li><li> 페 로브 스카이 트 층의 증착 주 : 티타니아 층을 가진 FTO 기판의 제조 공정의 나머지 &lt;1 %의 습도와 건조 공기 박스로 옮겼다. <ol><li> 스핀 코팅 4,000 rpm의 램프와 6,500 rpm에서 30 초 동안 메조 포러스 이산화 티탄 상 (도펀트와 제외) 제조 리드 요오드화 솔루션을 제공합니다. </li><li> 30 분 동안 80 ℃에서 핫 플레이트상에서 필름을 굽는다. </li><li> 스핀 코트 2000 rpm의 진입로로 4000 rpm에서 20 초간 회전 하였다 로딩 시간이 45 초를 포함하는 두 단계의 프로토콜을 이용하여 얻어진 리드 요오드화 필름으로 MAI 용액에 충분한 양. </li><li> hotpla에 스핀 코팅 된 페 로브 스카이 트 필름을 어닐링45 분 동안 100 ℃에서 TE. </li></ol></li><li> 정공 수송층 증착 <ol><li> 클로로 벤젠 1 mL의 스피로 - OMeTAD의 72.3 mg을 추가하고, 용액이 투명해질 때까지 흔들어. </li><li> LiTFSI를 아세토 니트릴 520 mg을 첨가하여 비스 (trifluoromethylsulphonyl) 이미 드 (LiTFSI를)의 스톡 용액을 만든다. </li><li> LiTFSI를 주식 솔루션의 17.5 μL와 스피로 - OMeTAD 솔루션 4- 급 부틸 피리딘 (TBP)의 28.8 μL를 추가합니다. </li><li> 2000 rpm의 진입로로 4000 rpm에서 30 초 동안 상기 용액을 스핀 코팅. </li></ol></li><li> 상단의 접촉 열 증발 <ol><li> 샘플을 마스크 증발기 진공 챔버에 넣고. </li><li> 0.01 ㎚ / s의 속도로 금의 80 nm의 증발. </li></ol></li></ol>

<ol>
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D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron-Hole+Diffusion+Lengths+Exceeding+1+Micrometer+in+an+Organometal+Trihalide+Perovskite+Absorber.">Electron-Hole Diffusion Lengths Exceeding 1 Micrometer in an Organometal Trihalide Perovskite Absorber.</a> Science. 342 (6156), 341-344 (2013).</li><li>Pazos-Outon, L. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Double-Layer+TiO2+Electrodes+with+Controlled+Phase+Composition+and+Morphology+for+Efficient+Light+Management+in+Dye-Sensitized+Solar+Cells.">Double-Layer TiO2 Electrodes with Controlled Phase Composition and Morphology for Efficient Light Management in Dye-Sensitized Solar Cells.</a> J. of Clust. Sci. 25 (4), 1029-1045 (2014).</li><li>Abdi-Jalebi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+a+Mesoporous+Titania-Perovskite+Interface+on+the+Performance+of+Hybrid+Organic-Inorganic+Perovskite+Solar+Cells.">Impact of a Mesoporous Titania-Perovskite Interface on the Performance of Hybrid Organic-Inorganic Perovskite Solar Cells.</a> The J. Phys. Chem. Lett. 7 (16), 3264-3269 (2016).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

페 로브 스카이 중시 적 태양 전지의 일반적인 구조는 재료의 연속 스핀 코팅, 도전성 기판과 열적으로 증발 된 금속 콘택 (도 1) 사이였다 본 작업에 사용 하였다. 메조 포러스 이산화 티탄 층 표면 트랩 패시베이션하고, 전자 수송층 및 흡수체 (21, 22) 사이의 경계면을 개선하는 것으로보고되고는 TiCl4로 처리 하였다. 페 로브 스카이 트 층이 순차적으로 두 단계의 증착 기술을 이용하여 증착시켰다. 두 번째 단계에서 페 로브 스카이 트에 리드 할라이드의 전체 전환율은 높은 광 흡수층 (16), (17)를 달성하는 것이 필수적이며, 우리 가의 양이온 할라이드 첨가제 (예,의 NaI와의 CuBr)는 완전한 전환이 발생할 것으로 나타났다. 또, 메조 포러스 티타니아 피막의 전체 커버리지 w페 로브 스카이 트를 통해 i 번째 층, 정공 수송층 (예, 스피로 OMETAD)과 전자 수송층 (예를 들어, 메조 포러스 이산화 티탄) (23) 사이의 전위 재결합을 제거하는 것이 중요하다. 우리 가의 양이온 할라이드 (예, 및 CuI와 AgI를)를 추가하는 장치에 대한 더 높은 개방 전압을 리드 페 로브 스카이 트 캐핑 층의 표면 커버리지를 개선 할 수 있음을 도시. 우리의 방법의 주요 장점은 전하 밀도, 전하 수송층, 및 흡수체 층의 도전성을 향상시키기 CH 3 NH 3 PBI (3) 구조로 가의 양이온을 포함 도핑 공정이다. 앞 절에서 언급 한 바와 같이, 상기 도펀트는 크게 전자와 정공의 이동도를 모두 강화. 또한,뿐만 아니라 perovski의 에너지 장애의 전하 수송 활성화 에너지의 현저한 감소TE 막을 가의 양이온 도핑함으로써 달성되었다. 이 작품에서 우리는 태양 전지 구조 페 로브 스카이 트 중시 적에서 흡수 층으로 CH 3 NH 3 PBI (3)을 도핑하는 방법을 설명했다. 가의 양이온 할라이드 광기의 성능을 향상시키기 위해 조정 CH 3 NH 3 PBI 3 페 로브 스카이 트 막, 형태, 광학 및 전기적 특성을 사용 하였다. 따라서, 우리는 PBI 3 NH 3 CH 3 연속 두 단계 증착에 리드 소스에 납 2+ 유사한 이온 반경이 세 가지 가의 양이온 (즉, 나 +, 구리 +,와의 Ag +)를, 통합 . 그 결과, CH 3 NH 3 PBI (3)의 구조 및 광전 특성의 현저한 향상은 제작 한 태양 전지보다 PCE들에 이르는, 이들 첨가제의 존재 하에서 일어났다. 따라서, 우리의 작업 안녕상기 페 로브 스카이 트 박막의 전자 품질을 개선하기 위하여 페 로브 스카이 태양 전지 (예를 들면, 평면 구조)의 다른 구성에서 사용될 수있는 흡수체 층으로 CH 3 NH 3 PBI 3 도핑 손쉬운 방법 ghlights. https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/260187 :이 논문을 기본 데이터로 사용할 수 있습니다.

현재 세계 에너지 요구량 (즉, 85 %)의 지배적 인 부분은 지구 온난화를 용이하고 환경에 악영향 하나를 갖는 석유, 석탄 및 천연 가스의 연소에 의해 제공되고있다. 따라서, 에너지 CO 2 -neutral 소스의 개발은 매우 중요 관심사이다. 태양 광 발전 (PV)는 이러한 요구를 충족시킬 수있는 이상적인 에너지 변환 공정이다. 그러나, 비용 및 효율 PV 기술의 광범위한 채택 주요 장애물로 개선되어야한다. 이러한 페 로브 스카이 트 태양 전지 (PSC)와 같은 새로운 재료에 기초 PV 기술 나타나는 낮은 비용 및 효율성의 조합이있다. 이것은, 실리콘계 대응 2, 3에 비해 저렴하고 용이 한 즉시 사용할뿐만 아니라 관통 빠르다 재료, 및 저 에너지 처리 경로의 이용을 통해 달성된다4. 22 % 이상 3.8 %의 전력 변환 효율 (PCE)에서 현저한 개선은 PV 아키텍처 5, 6, 7, 8에 처음 등장 보낸 하이브리드 유기 - 무기 리드 할라이드 페 로브 스카이 트에 대해보고되었다. 이러한 뛰어난 성능은 매우 날카로운 밴드 에지에 강한 광 흡수에서 유래, 매우 낮은 에너지 장애, 쉽게 큰 확산 길이를 갖는 자유 캐리어에 해리 약하게 결합 된 여기자, 하이브리드 유기 - 무기의 광자 재활용 기능 9, 10, 11, 12 리드 페 로브 스카이 할라이드. 이들 재료는 ABX (3)에 결정을 형성하는 유기 할라이드 및 금속 할라이드 염을 결정화하는 페 로브 스카이 트 가족에 분류 </sub&gt; X는 음이온 인 구조, 및 B는 서로 다른 크기의 양이온은 (A가 B보다 크다 임)이다. 는 A 사이트에 대한보고 양이온은 methylammonium (MA), 포름 (FA), 세슘 (세슘)을 포함한다; 이들 양이온의 조합 (14), 최고의 성능 (13)을 도시한다. 또한, B 사이트에 2가 양이온의 주요 후보 주석으로 대체 될 수 리드이고; 밴드 갭이 성공적으로 붉은 이동 15 페 로브 스카이 트 혼합 납 - 주석에서 1,000 nm의 수 있습니다. 요오드 (I) 브로마이드와 (BR)의 혼합물을 주요 후보 (16), (17)로 도입 된 위치 마찬가지로 X 사이트 명은 광범위하게 연구되어왔다. 따라서, 화학적 조성을 변화시켜 페 로브 스카이 트 (perovskite)의 구조적, 형태 학적 및 광전자 속성을 조작하는 것이 매우 타당하다. 사실에도 불구하고 그 개선 로브 Šlline 품질 및 페 로브 스카이 트 필름의 거시적 균일 효율적인 장치 (18)를 달성하는 중요한 파라미터이고, 결정질 도메인, 원점 및 페 로브 스카이 트 흡수제 전자 결함의 역할을하고, 전하 수집 층의 역할을 할 때의 경계의 영향 페 로브 스카이 트 태양 전지의 손실 프로세스는 아직 잘 이해되지 않습니다. 페 로브 스카이 트 구조의 전자 결함의 특성에 관해서, 그것은 나 전도 및 가전 자 대역 상태의 연속체 내의 매우 가까운 상태에서 발생 등 I 또는 납 공극 같은 결함이 많은 것으로보고 된 태양 광 장치 (19)에 부정적인 전자 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 리드 양이온과 페 로브 스카이 트 평면 요오드 음이온 사이의 강력한 공유 결합 상호 작용은 본질적 결함의 존재의 원인 (예를 들면, 납 이량 체 및 삼량 체 I를 코디 언더)과 creat 수있는장치 (20)의 동작 중에 전하의 재결합 센터로서 작용 대역 에지 내의 전자 사이트. 여기서, 우리는 도핑 CH (3)의 영향을 조사 NH 3 + PBI 나, 구리 +, Ag로 + (PB) 2+ 이하 가의 금속 이온을 포함 가의 양이온 할라이드 3 페 로브 스카이 트. 따라서 우리는 페 로브 스카이 트 전구체 용액에 자신의 할라이드 기반 염 합리적인 금액 (예를 들어,의 NaI,의 CuBr, 및 CuI 및 AgI를)의 추가를 통해 이러한 양이온을 통합합니다. 결정은 가능성 내에서 이러한 양이온은 납 2+ 유사한 이온 반경, 그래서 치환 도핑있다. 우리는 이러한 양이온의 존재가 강하게 형태와 페 로브 스카이 트 층의 범위 모두에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 또한, 이들 양이온 (예, 나트륨 +와의 Ag +)의 존재는 X 선 광전자 분광법 (XPS), 및 significan 인증 한페 로브 스카이 트 (perovskite)의 페르미 준위의 변화는 t 켈빈 프로브 현미경 (KPFM)로 측정 하였다. 순차적으로 증착 된 페 로브 스카이 트 (perovskite)의 태양 전지에서 이러한 양이온을 도입함으로써, 우리는 (15.6 %, 14 %와 비교) PSC 광전지 효율의 향상을 달성했다. 따라서, 전하 수송을 최대화하고 최대 PV 성능을 달성하기 위해, 표면 트랩을 패시베이션하기 위해 태양 전지의 구조에 흡수체 층 (예를 들면, 페 로브 스카이 트 (perovskite))의 구조 및 광전 특성을 향상시키는 것이 매우 중요하다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Fluorine doped Tin Oxide (FTO)-coated glass</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">735264-1EA</td>
			<td style="width:167px;">Resistivity&#8776;13 &#937;/sq</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Zinc powder</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">96454</td>
			<td>Molecular Weight 65.39&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Hydrochloric acid&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">84415</td>
			<td>&#8805;37 wt. %</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Hellmanex detergent&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td>Z805939-1EA</td>
			<td>pkg of 1 L&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate)&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">325252</td>
			<td>75&#160;wt. % in isopropanol</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Titania Paste</td>
			<td style="width:71px;">DYESOL</td>
			<td style="width:119px;">MS002300</td>
			<td>30 NR-D Transparent Titania Paste</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Lead (II) iodide</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">211168</td>
			<td>99 wt. %</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">N,N-Dimethylformamide&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">437573</td>
			<td>ACS reagent, &#8805;99.8%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Methylammonium iodide</td>
			<td style="width:71px;">DYESOL</td>
			<td style="width:119px;">MS101000</td>
			<td>Powder&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">SpiroMeOTAD</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">792071</td>
			<td>99% (HPLC)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium salt</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">544094</td>
			<td>99.95% trace metals basis&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">4-tert-Butylpyridine</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">142379</td>
			<td>Purity: 96%</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Chlorobenzene&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">284513</td>
			<td>anhydrous, 99.8%</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">2-Propanol&#160; (IPA)</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">278475</td>
			<td>anhydrous, 99.5%&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Ethanol</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td align="right" style="width:119px;">2860</td>
			<td>&#160;absolute alcohol, without additive, &#8805;99.8%&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

monovalent cation doping of ch3nh3pbi3 for efficient perovskite solar cells

여기서는 광, 엑시톤을 조정하기 위해, 전기적 특성 CH 3 NH 3 PBI 3 페 로브 스카이 트에 가의 양이온 첨가제의 혼입을 보여준다. 도핑 가능성의 Cu +, 나트륨 +, Ag로 포함 + 납 2+ 유사한 이온 반경과 일가 양이온 할라이드를 첨가하여 조사 하였다. 페르미 준위의 변화와 페 로브 스카이 트에서 낮은 에너지 장애와 함께 서브 밴드 갭 광 흡수의 현저한 감소는 달성했다. 벌크 정공 이동성 및 첨가제 계 페 로브 스카이 장치 내 반송 활성화 에너지의 상당한 감소 중요도 순서 향상을 도모 하였다. 이들 양이온의 존재 하에서 전술 한 개선 된 특성의 합류는 페 로브 스카이 트 (perovskite) 형 태양 전지의 광전 변환 파라미터 향상되었다. AgI를위한 개방 회로 전압의 70 MV의 증가와 2mA / cm 2 꼬마 도깨비NaI-과의 CuBr 기반 태양 전지에 대한 광전류 밀도 rovement는 자연 그대로의 장치와 비교하여 달성되었다. 우리의 작업은 CH 3 NH 3 PBI 3 페 로브 스카이 트 및 후속 장치의 광전자 품질을 더욱 향상을위한 길을 불법 체류자. 그것은 결정화 도펀트 불순물의 역할을 조사하기위한 새로운 수단을 하이라이트 및 페 로브 스카이 트 구조의 전자 결함 밀도를 제어한다.

전계 방출 주사 전자 현미경 (FESEM)을 제조 페 로브 스카이 태양 전지의 양 단면 영상을 기록하는 (도 1)와 증착 PBI 2 및 CH 3 NH 3 PBI 3 막의 상면 화상 (도 2)를 사용 하였다. X 선 회절 (XRD) 및 X 선 광전자 분광법 (XPS)은 페 로브 스카이 트 필름의 구조적 특성 특성화하기 위해 사용 하였다 (도 3 및도 4). 광열 편향 스펙트로 스코피 (PDS) 및 켈빈 프로브 현미경 (KPFM)는 (도 5 및 6) 각각 페 로브 스카이 트 필름의 광학적 및 전기적 특성을 조사하는데 사용되었다. 또한, 공간 전하 제한 전류 (SCLC)에 기초하여 온도에 따라 벌크 전송 측정은 페 로브 스카이 트 장치 (도 7)상에서 수행 하였다. 마지막으로, 표준 photovolta제작 된 소자의 IC 측정 (도 8 및 표 1)을 실시 하였다. 상단 도면에 기초하여 PBI 2 및 CH 3 NH 3 PBI 3은도 2에 도시 된 메조 포러스 이산화 티탄 층 (MP-티오 2) 상에 증착, 페 로브 스카이 트의 형태의 첨가제의 효과는 여기서 도시 하였다 SEM 이미지 PBI 2의 큰 가지 모양의 결정은의 NaI 기반의 샘플에서 달성했다. 이것은 페 로브 스카이 트의 큰 비대칭 결정이 형성되었다. 또한, 우리는 CuI-과 AgI를 기반 샘플에 대한 균일하고 핀홀이없는 페 로브 스카이 트 캡 층 획득 (그림 2C 및 2E). CH 3 NH 3 PBI 3 PBI (2)의 전환에 CH 3 NH 3에 PBI의 결정 구조에 가의 양이온 할라이드 첨가제의 효과를 조사(3) X 선 회절 (도 3)을 행 하였다. 최종 페 로브 스카이 트의 결정 구조는 모든 샘플에 대해서도 동일하게 남아 있지만 2θ에서의 회절 피크 = 12.6, 비 전환 PBI (2)에 대응하고,의 NaI와의 CuBr 첨가제의 존재 하에서 제거되었음을 알 수있다. 도 4에 나타낸 바와 같이 CH (3) 내의 이들 가의 양이온의 존재를 확인하기 위해 3 NH 3 PBI 막의 페 로브 스카이 트 (perovskite), 우리는 XPS 분석을 수행 하였다. 구리의 농도를 추정 할 수없는 반면, XPS 데이터에 기초하여, 우리는 아마도 요오드 (I 3p1 / 2) 구리의 근접성 (구리 2p1에, 페 로브 스카이 트 막 내의 나 Ag로 이온의 존재를 입증 / 2) 봉우리. 페 로브 스카이 트의 흡수 스펙트럼 가의 양이온 첨가제의 효과를 측정 하였다 PDS도 5a에 도시된다.이 첨가제 기반 CH 3 NH 3 PBI 3은 자연 그대로의 시료에 비해 낮은 서브 밴드 갭 흡수 있었다는 것을 알 수있다. 또한, 흡수 꼬리 구리 할라이드 (도 5b)의 고유 흡수에 유래 Cu- 기 샘플에 대해 관찰 하였다. 흡수 꼬리 최종 페 로브 스카이 트 막에 구리 양이온의 존재를 확인하고 있지만, 그것의 PDS의 비교에 기초하여, 명백한 및 CuI 계 그들의 결합이 완료되지 않는다는 PBI 2 및 CH 3 NH 3 PBI 3. 또한, 재료의 에너지 장애 정도의 척도이다 Urbach 에너지 (EU)는, 원시, NaI-, CuBr-, CuI- 및 AgI를 계 페 로브 스카이 트에 대해 추정하고, 값은 15.6이다하고, 11.8, 12.8, 13.5, 15.2 meV 인 각각 (도 5a의 삽입). ELECTR에 상기 첨가제의 영향을 탐색하려면CH 3 NH 3 PBI 3 onic 구조, 우리는 광고 정보의 접촉 전위차 (CPD)를 측정 하였다 KPFM을 수행 하였다. 이는도 6에 도시 된 페 로브 스카이 트의 표면 일 함수 (Φ)에 해당한다. 의 CPD (즉, 0.1 V)의 명확한 변화 깨끗한 하나는 페 로브 스카이 트 페르미 레벨이 가전 자대으로 이동 것을 알 수에 비해 페 로브 스카이 트 첨가제 기반. 페 로브 스카이 트 (perovskite)의 페르미 준위의 변화는 치환 형 p 형 도핑 하나에 기인 할 수있다 (예를 들면, 일가 양이온 X + 2 + 납으로의 대체) 페 로브 스카이 트의 결정 표면에서 또는 표면 보호막. PBI (3) 전하의 밀도와 CH 3 NH 3에서의 전송 특성에 도핑의 영향을 조사하기 위해, 우리는 온도에 따라 벌크 전송 측정을 수행 (도 7a </str옹&gt;). 우리는 완전한 전자 및 정공 만 원시 첨가제 계 페 로브 스카이 장치의 공간 전하 제한 전류 (SCLC)에 기초하여 (μ SCL), 벌크 캐리어 이동도를 평가했다. 도전율 양쪽 전자 및 정공 이동도에서 현저한 증가는 특히 원시 페 로브 스카이 트 (perovskite) (표 1)에 비해의 NaI 및 샘플의 CuBr 달성 하였다. 또한, 전하 이동도 및 전도성의 향상이 단락 전류 (J 캐롤라이나)의 향상과 일치하고,도 7b에 도시 된 태양 전지의 제작 인자 (FF)를 채우는 것을 주목할 만하다. 더욱이, 우리는 전자 및 명확한 감소가 첨가제 계 페 로브 스카이 트에 대해 달성 된 온도에 따라 벌크 전송 측정을 이용한 정공 모두 전하 수송 (E A)에 대한 활성화 에너지를 추정 하였다. 이러한 개선으로 인해 충전 도핑 제의 캐리어의 고밀도화에 기인반송 배리어의 상당한 감소를 초래 전자 수송 트랩. 우리는 상술 가의 양이온 할라이드 해당 JV 곡선, 및도 8a 및 표 1에 요약되어 광전지 파라미터에 기초하여 페 로브 스카이 트 (perovskite) 태양 전지를 제조. 개방 회로 전압이 크게 개선 CuI- (0.99 V) 및 AgI- (1.02 V)으로 인해 이상적인 표면 커버리지 계 태양 전지 (도 2C 및 2E) 모두 달성되었다. 또한 CuBr-과의 NaI 계 태양 전지 단락 전류 (≈2 mA의 cm -2)에서 현저한 증가가 달성되었다 CH 3 NH 3 PBI 3에 PBI (2)의 전체 변환 기인 될 수있다. 이러한 개선은도 8b에 도시 된 입사 광자 - 전류 변환 효율 (IPCE) 스펙트럼에 의해 확인되었다. 마지막으로, 시간igher 전력 변환 효율 (PCE) 15.2 %, 15.6 % 및 15.3 %의 수준 NaI-, CuBr- 달성하고, 및 CuI 기반 디바이스는 각각 원시 페 로브 스카이 트 (perovskite) 형 태양 전지에 대해 14.0 %의 값을 비교한다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig1.jpg" /> 그림 1 : 중시 페 로브 스카이 트 태양 전지 구조. 다음과 같은 구조의 완전한 장치의 SEM 단면 현미경 사진 : FTO / 컴팩트 이산화 티탄 / 메조 포러스 - 티오 2 / CH 3 NH 3 PBI 3 / 스피로 - OMeTAD / 금. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig2.jpg" /> 그림 2 : 리드 요오드화 페 로브 스카이 트 구조의 형태 학적 분석. PBI 2 (왼쪽)과 CH 3 NH 3 PBI (3)의 상위 뷰 SEM 이미지 (오른쪽) 구조 (가) 원시 ( <st<html> 룽&gt; b) CuBr-, (c) CuI-, (d) NaI- 및 메조 포러스 이산화 티탄에 증착 (E) AgI를 계 페 로브 스카이 샘플을 FTO - 코팅. 이 수치는 기준 (18)에서 재현 할 수 있습니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig3.jpg" /> 그림 3 : 페 로브 스카이 트 결정에 가의 양이온 할로겐 첨가제의 효과. 원시 첨가제 계 CH (3)의 X 선 회절 스펙트럼은 NH 3 PBI 3 즉 FTO 코팅 유리 위에 증착되는 메조 이산화 티탄 막, 페 로브 스카이 트 상에 성장된다. 이 수치는 기준 (18)에서 재현 할 수 있습니다.t = &quot;_ 빈&quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig4.jpg" /> 그림 4 : CH 3 NH 3 PBI 3 페 로브 스카이 트 구조의 일가 양이온의 추적. 자연 그대로의, CuBr-, CuI-, NaI- 및 AgI를 기반 페 로브 스카이 트 필름의 XPS 분석. 이 수치는 기준 (18)에서 재현 할 수 있습니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig5.jpg" /> 그림 5 : 페 로브 스카이 트 필름의 광학 특성. (a) 깨끗한 첨가제 계 Pb 소스로부터 유도되는 페 로브 스카이 트 필름의 흡수 스펙트럼은 PDS 기술을 사용하여 측정 하였다. 그만큼삽입 된 모든 샘플에 대한 대응 Urbach 에너지를 보여줍니다. 오차 막대는 Urbach 꼬리 피팅의 SD에 의해 정의된다. (b)의 CuBr 및 원시 계 Pb 요오드화 페 로브 스카이 트 막뿐만 아니라, PDS의 CuBr의 흡수 스펙트럼의 비교는 MS-2의 CuBr 티오 전용 필름 상에 침착. 이 수치는 기준 (18)에서 재현 할 수 있습니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig6.jpg" /> 그림 6 : 페 로브 스카이 트 필름의 표면 전위에 가의 양이온 첨가제의 효과. KPFM를 사용하여 자연 그대로의 첨가제 기반의 페 로브 스카이 트 영화에서 기록 된 CPD 라인 프로필. 강자성 지형 화상 상단에 도시되어있다. 이 그림은 참조 (18)에서 재현 할 수 있습니다<html> . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 7" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig7.jpg" /> 그림 7 : 페 로브 스카이 트 필름의 전하 수송 특성. (a)에 구멍 전용 장치 (ITO / PEDOT : PSS / 페 로브 스카이 트 / 금)의 JV 특성 SCLC를 정공 이동도를 추정하기 위해 사용. 전류 밀도 (J)가 페 로브 스카이 트 층의 두께와 크기를 조절할합니다. (b)는 J 사우스 캐롤라이나의 경향은, 원시 및 첨가제 기반의 페 로브 스카이 트에 대한 시간 및 μ 전자 μ. 이 수치는 기준 (18)에서 재현 할 수 있습니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> t &quot;FO : 유지-together.within 페이지 =&quot;1 &quot;&gt; <img alt="그림 8" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig8.jpg" /> 그림 8 : 태양 광 성능 특성. (a) 100 mW의 / cm 2의 조명 하에서 디바이스 전류 - 전압 특성은 소스 리드 용액에 첨가 가의 양이온 할라이드의 다른 유형을 사용하여 획득. 깨끗한, CuBr-, CuI-, NaI- 및 AgI를 페 로브 스카이 트 (perovskite) 계 태양 전지 단색광의 파장의 함수로서 (B) 사고 광자 - 전류 효율 (IPCE) 스펙트럼. 이 수치는 기준 (18)에서 재현 할 수 있습니다. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig8large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> 샘플의 종류 </td><td>J의 SC </td><td> V OC </td><td> FF </td><td> PCE </td><td> μ 전자 </td><td> μ의 시간 </td><td> E 전자 </td><td> E 시간 </td></tr><tr><td></td><td> (mA의 cm -2) </td><td> (V) </td><td></td><td> (%) </td><td> (cm 2 / 대) </td><td> (cm 2 / 대) </td><td> (meV 인) </td><td> (meV 인) </td></tr><tr><td> 본래의 </td><td> 21.03 </td><td> 0.95 </td><td> 0.70 </td><td> 14.01 </td><td> 0.02 </td><td> 0.008 </td><td> (135) </td><td> 198 </td></tr><tr><td> 의 CuBr </td><td> 22.92 </td><td> 0.95 </td><td> 0.72 </td><td> 15.61 </td><td> 0.05 </td><tD&gt; 0.04 </td><td> (88) </td><td> (132) </td></tr><tr><td> 및 CuI </td><td> 21.81 </td><td> 0.99 </td><td> 0.71 </td><td> 15.25 </td><td> 0.02 </td><td> 0.036 </td><td> (94) </td><td> 157 </td></tr><tr><td> 의 NaI </td><td> 22.97 </td><td> 0.9 </td><td> 0.73 </td><td> 15.14 </td><td> 0.04 </td><td> 0.07 </td><td> 77 </td><td> 137 </td></tr><tr><td> AgI를 </td><td> 19.24 </td><td> 1.02 </td><td> 0.72 </td><td> 14.18 </td><td> 0.005 </td><td> 0.006 </td><td> (105) </td><td> 177 </td></tr></tbody></table> 표 1 : PSC의 태양 광과 전하 수송 매개 변수를 설정합니다. 최고의 성능을 보여 깨끗한 첨가제 페 로브 스카이 트 (perovskite) 계 태양 전지의 활성화 에너지와 함께 JV 측정과 전하 이동도에 유래하는 광전지 파라미터 f를 요약했다두 단계 증착법 abricated. 태양 광 매개 변수의 통계는 최고의 성능 장치와 같은 추세를 따르는 것이 주목할 만하다. 이 테이블은 참조 (18)에서 재현 할 수 있습니다.

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Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

여기서는 고효율 태양 전지 페 로브 스카이 트를 달성하기 위해 가의 양이온 첨가제의 혼입을 통해 용액 처리 CH 3 NH 3 PBI (3)의 특성을 조정하는 프로토콜을 제시한다.

CH의 일가 양이온 도핑<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; 효율적인 페 로브 스카이 트 태양 전지에 대한

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

monovalent-cation-doping-ch3nh3pbi3-for-efficient-perovskite-solar

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Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

16.5K 조회수.  University of Cambridge.  여기서는 고효율 태양 전지 페 로브 스카이 트를 달성하기 위해 가의 양이온 첨가제의 혼입을 통해 용액 처리 CH 3 NH 3 PBI (3)의 특성을 조정하는 프로토콜을 제시한다. 

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Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To compensate for lower light absorption such physically thin devices have to incorporate light-trapping which increases their optical thickness. Light scattering by textured surfaces is a common technique but it cannot be universally applied to all solar cell technologies. Some cells, for example those made of evaporated silicon, are planar as produced and they require an alternative light-trapping means suitable for planar devices. Metal nanoparticles formed on planar silicon cell surface and capable of light scattering due to surface plasmon resonance is an effective approach.
The paper presents a fabrication procedure of evaporated polycrystalline silicon solar cells with plasmonic light-trapping and demonstrates how the cell quantum efficiency improves due to presence of metal nanoparticles.
To fabricate the cells a film consisting of alternative boron and phosphorous doped silicon layers is deposited on glass substrate by electron beam evaporation. An Initially amorphous film is crystallised and electronic defects are mitigated by annealing and hydrogen passivation. Metal grid contacts are applied to the layers of opposite polarity to extract electricity generated by the cell. Typically, such a ~2 &mu;m thick cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14-16 mA/cm2, which can be increased up to 17-18 mA/cm2 (~25% higher) after application of a simple diffuse back reflector made of a white paint.
To implement plasmonic light-trapping a silver nanoparticle array is formed on the metallised cell silicon surface. A precursor silver film is deposited on the cell by thermal evaporation and annealed at 23&deg;C to form silver nanoparticles. Nanoparticle size and coverage, which affect plasmonic light-scattering, can be tuned for enhanced cell performance by varying the precursor film thickness and its annealing conditions. An optimised nanoparticle array alone results in cell Jsc enhancement of about 28%, similar to the effect of the diffuse reflector. The photocurrent can be further increased by coating the nanoparticles by a low refractive index dielectric, like MgF2, and applying the diffused reflector. The complete plasmonic cell structure comprises the polycrystalline silicon film, a silver nanoparticle array, a layer of MgF2, and a diffuse reflector. The Jsc for such cell is 21-23 mA/cm2, up to 45% higher than Jsc of the original cell without light-trapping or ~25% higher than Jsc for the cell with the diffuse reflector only.
Introduction
Light-trapping in silicon solar cells is commonly achieved via light scattering at textured interfaces. Scattered light travels through a cell at oblique angles for a longer distance and when such angles exceed the critical angle at the cell interfaces the light is permanently trapped in the cell by total internal reflection (Animation 1: Light-trapping). Although this scheme works well for most solar cells, there are developing technologies where ultra-thin Si layers are produced planar (e.g. layer-transfer technologies and epitaxial c-Si layers) 1 and or when such layers are not compatible with textures substrates (e.g. evaporated silicon) 2. For such originally planar Si layer alternative light trapping approaches, such as diffuse white paint reflector 3, silicon plasma texturing 4 or high refractive index nanoparticle reflector 5 have been suggested.
Metal nanoparticles can effectively scatter incident light into a higher refractive index material, like silicon, due to the surface plasmon resonance effect 6. They also can be easily formed on the planar silicon cell surface thus offering a light-trapping approach alternative to texturing. For a nanoparticle located at the air-silicon interface the scattered light fraction coupled into silicon exceeds 95% and a large faction of that light is scattered at angles above critical providing nearly ideal light-trapping condition (Animation 2: Plasmons on NP). The resonance can be tuned to the wavelength region, which is most important for a particular cell material and design, by varying the nanoparticle average size, surface coverage and local dielectric environment 6,7. Theoretical design principles of plasmonic nanoparticle solar cells have been suggested 8. In practice, Ag nanoparticle array is an ideal light-trapping partner for poly-Si thin-film solar cells because most of these design principle are naturally met. The simplest way of forming nanoparticles by thermal annealing of a thin precursor Ag film results in a random array with a relatively wide size and shape distribution, which is particularly suitable for light-trapping because such an array has a wide resonance peak, covering the wavelength range of 700-900 nm, important for poly-Si solar cell performance. The nanoparticle array can only be located on the rear poly-Si cell surface thus avoiding destructive interference between incident and scattered light which occurs for front-located nanoparticles 9. Moreover, poly-Si thin-film cells do not requires a passivating layer and the flat base-shaped nanoparticles (that naturally result from thermal annealing of a metal film) can be directly placed on silicon further increases plasmonic scattering efficiency due to surface plasmon-polariton resonance 10.
The cell with the plasmonic nanoparticle array as described above can have a photocurrent about 28% higher than the original cell. However, the array still transmits a significant amount of light which escapes through the rear of the cell and does not contribute into the current. This loss can be mitigated by adding a rear reflector to allow catching transmitted light and re-directing it back to the cell. Providing sufficient distance between the reflector and the nanoparticles (a few hundred nanometers) the reflected light will then experience one more plasmonic scattering event while passing through the nanoparticle array on re-entering the cell and the reflector itself can be made diffuse - both effects further facilitating light scattering and hence light-trapping. Importantly, the Ag nanoparticles have to be encapsulated with an inert and low refractive index dielectric, like MgF2 or SiO2, from the rear reflector to avoid mechanical and chemical damage 7. Low refractive index for this cladding layer is required to maintain a high coupling fraction into silicon and larger scattering angles, which are ensured by the high optical contrast between the media on both sides of the nanoparticle, silicon and dielectric 6. The photocurrent of the plasmonic cell with the diffuse rear reflector can be up to 45% higher than the current of the original cell or up to 25% higher than the current of an equivalent cell with the diffuse reflector only.

Polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass are fabricated by deposition of boron and phosphorous doped silicon layers followed by crystallisation, defect passivation and metallisation. Plasmonic light-trapping is introduced by forming Ag nanoparticles on the silicon cell surface capped with a diffused reflector resulting in ~45% photocurrent enhancement.

Plasmonic 강화된 라이트 - 트래핑과 다결정 실리콘 박막 태양 전지

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

연구

공학

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

유기 화합물을 사용하여 실리콘 표면과 나노 와이어의 단층 연락 도핑

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two solution-processed polymeric cells connected in parallel by a transparent carbon nanotubes (CNT) interlayer. This structure includes improvements in fabrication techniques for tandem OPV devices. First the need for ambient-processed cathodes is considered. The CNT anode in the tandem device is tuned via ionic gating to become a common cathode. Ionic gating employs electric double layer charging to lower the work function of the CNT electrode. Secondly, the difficulty of sequentially stacking tandem layers by solution-processing is addressed. The devices are fabricated via solution and dry-lamination in ambient conditions with parallel processing steps. The method of fabricating the individual polymeric cells, the steps needed to laminate them together with a common CNT cathode, and then provide some representative results are described. These results demonstrate ionic gating of the CNT electrode to create a common cathode and addition of current and efficiency as a result of the lamination procedure.

A method of fabricating, in ambient conditions, organic photovoltaic tandem devices in a parallel configuration is presented. These devices feature an air-processed, semi-transparent, carbon nanotube common cathode.

탠덤 유기 태양 전지의 이온 정문 탄소 나노 튜브의 공통 음극의 생산을 위해 주위 방법

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two ...

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent thermal evaporation, and it absorbs visible light strongly. However, for a long time the record power conversion efficiency of SnS solar cells remained below 2%. Recently we demonstrated new certified record efficiencies of 4.36% using SnS deposited by atomic layer deposition, and 3.88% using thermal evaporation. Here the fabrication procedure for these record solar cells is described, and the statistical distribution of the fabrication process is reported. The standard deviation of efficiency measured on a single substrate is typically over 0.5%. All steps including substrate selection and cleaning, Mo sputtering for the rear contact (cathode), SnS deposition, annealing, surface passivation, Zn(O,S) buffer layer selection and deposition, transparent conductor (anode) deposition, and metallization are described. On each substrate we fabricate 11 individual devices, each with active area 0.25 cm2. Further, a system for high throughput measurements of current-voltage curves under simulated solar light, and external quantum efficiency measurement with variable light bias is described. With this system we are able to measure full data sets on all 11 devices in an automated manner and in minimal time. These results illustrate the value of studying large sample sets, rather than focusing narrowly on the highest performing devices. Large data sets help us to distinguish and remedy individual loss mechanisms affecting our devices.

Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

열 증발 및 원자 층 증착에 의해 기록 효율 SNS 태양 전지 만들기

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

전송 인쇄하여 수소 첨가 미세 결정 실리콘 태양 전지에 빛 트래핑 실버 나노 구조의 통합

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

벌크 이종 접합 태양 전지의 인쇄 제작 및<em&gt; 현장에서</em&gt; 형태학 특성

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Digital Printing of Titanium Dioxide for Dye Sensitized Solar Cells

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less environmentally damaging with lower processing temperatures presenting a viable and low cost alternative to conventional production. This paper further enhances these environmental credentials by evaluating the digital printing and therefore additive production route for these cells. This is achieved here by investigating the formation and performance of a metal oxide photoelectrode using nanoparticle sized titanium dioxide. An ink-jettable material was formulated, characterized and printed with a piezoelectric inkjet head to produce a 2.6 &#181;m thick layer. The resultant printed layer was fabricated into a functioning cell with an active area of 0.25 cm2 and a power conversion efficiency of 3.5%. The binder-free formulation resulted in a reduced processing temperature of 250 &#176;C, compatible with flexible polyamide substrates which are stable up to temperatures of 350 &#730;C. The authors are continuing to develop this process route by investigating inkjet printing of other layers within dye sensitized solar cells.

This paper investigates the suitability of inkjet printing for the manufacturing of dye-sensitized solar cells. A binder-free TiO2 nanoparticle ink was formulated and printed onto a FTO glass substrate. The printed layer was fabricated into a cell with an active area of 0.25 cm2 and an efficiency of 3.5%.

염료 감응 형 태양 전지에 대한 이산화 티타늄의 디지털 인쇄

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less ...

Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells

This work demonstrates a protocol to fabricate a fiber-based photoanode for dye-sensitized solar cells, consisting of a light-scattering layer made of electrospun titanium dioxide nanofibers (TiO2-NFs) on top of a blocking layer made of commercially available titanium dioxide nanoparticles (TiO2-NPs). This is achieved by first electrospinning a solution of titanium (IV) butoxide, polyvinylpyrrolidone (PVP), and glacial acetic acid in ethanol to obtain composite PVP/TiO2 nanofibers. These are then calcined at 500 &#176;C to remove the PVP and to obtain pure anatase-phase titania nanofibers. This material is characterized using scanning electron microscopy (SEM) and powder X-ray diffraction (XRD). The photoanode is prepared by first creating a blocking layer through the deposition of a TiO2-NPs/terpineol slurry on a fluorine-doped tin oxide (FTO) glass slide using doctor blading techniques. A subsequent thermal treatment is performed at 500 &#176;C. Then, the light-scattering layer is formed by depositing a TiO2-NFs/terpineol slurry on the same slide, using the same technique, and calcinating again at 500 &#176;C. The performance of the photoanode is tested by fabricating a dye-sensitized solar cell and measuring its efficiency through J-V curves under a range of incident light densities, from 0.25-1 Sun.

The overall goal of this project was to use electrospinning to fabricate a photoanode with improved performance for dye-sensitized solar cells.

염료 감응 태양 전지용 광촉매 전극의 전기 방사

This work demonstrates a protocol to fabricate a fiber-based photoanode for dye-sensitized solar cells, consisting of a light-scattering layer made of ...

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction of degradation mechanisms and prevention of module field failure can consequently decrease investment risks as well as increase the electricity yield. An improved knowledge level can for these reasons significantly decrease the total costs of PV electricity. 
In order to better understand and minimize the degradation of PV modules, the occurring degradation mechanisms and conditions should be identified. This should preferably happen under combined stresses, since modules in the field are also simultaneously exposed to multiple stress factors. Therefore, two 'Combined Stress test with in situ measurement' setups have been designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, illumination, and electrical biases as independently controlled stress factors on solar cells and minimodules. The setups also allow real-time monitoring of the electrical properties of these samples. This protocol presents these setups and describes the experimental possibilities. Moreover, results obtained with these setups are also presented: various examples about the influence of both deposition and degradation conditions on the stability of thin film Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) as well as Cu2ZnSnSe4 (CZTS) solar cells are described. Results on the temperature dependency of CIGS solar cells are also presented.

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

Two &#39;Combined Stress test with in situ measurement&#39; setups, which allow real-time monitoring of accelerated degradation of solar cells and modules, were designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, electrical biases, and illumination as independently controlled stress factors. The setups and various experiments executed are presented.

제자리에서 태양 전지 및 모듈의 가속된 성능 저하의 모니터링: Cu (In, Ga) Se2 태양 전지에 대 한 사례 연구

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...

Well-aligned Vertically Oriented ZnO Nanorod Arrays and their Application in Inverted Small Molecule Solar Cells

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted solar cells, which are based on a two-dimensional conjugated small molecule (SMPV1) and [6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester (PC71BM), by utilizing ZnO nanorods (NRs) grown on a high quality Al-doped ZnO (AZO) seed layer. The inverted SMPV1:PC71BM solar cells with ZnO NRs that grew on both a sputtered and sol-gel processed AZO seed layer are fabricated. Compared with the AZO thin film prepared by the sol-gel method, the sputtered AZO thin film exhibits better crystallization and lower surface roughness, according to X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscope (AFM) measurements. The orientation of the ZnO NRs grown on a sputtered AZO seed layer shows better vertical alignment, which is beneficial for the deposition of the subsequent active layer, forming better surface morphologies. Generally, the surface morphology of the active layer mainly dominates the fill factor (FF) of the devices. Consequently, the well-aligned ZnO NRs can be used to improve the carrier collection of the active layer and to increase the FF of the solar cells. Moreover, as an anti-reflection structure, it can also be utilized to enhance the light harvesting of the absorption layer, with the power conversion efficiency (PCE) of solar cells reaching 6.01%, higher than the sol-gel based solar cells with an efficiency of 4.74%.

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted SMPV1:PC71BM solar cells with ZnO nanorods (NRs) grown on a high quality Al-doped ZnO (AZO) seed layer. The well-aligned vertically oriented ZnO NRs exhibit high crystalline properties. The power conversion efficiency of solar cells can reach 6.01%.

잘 정렬 된 수직 지향 ZnO Nanorod 배열 및 그들의 응용 프로그램에서 반전 된 작은 분자 태양 전지

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted solar cells, which are based on a two-dimensional conjugated small molecule ...