JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Burada, yüksek verimli perovskit güneş hücreleri elde etmek için tek değerli bir katyondur katkı maddelerinin dahil edilmesi yoluyla çözelti işleme CH3 NH3 PBI 3 özelliklerini ayarlamak için bir protokol mevcut.

Özet

Burada, optik, Eksitonik ayarlamak için ve elektriksel özellikler CH3 NH3 PBI 3 perovskit olarak tek değerli bir katyondur katkıların ilave göstermektedir. Doping olasılığı Cu +, Na +, Ag + gibi Pb 2+ benzer iyonik yarıçapları, tek değerli bir katyondur halojenürler eklenerek araştırılmıştır. Fermi düzeyindeki bir değişim ve izotop düşük enerjik bozukluğu ile birlikte alt bandaralıklı optik soğurma dikkate değer bir azalma, elde edilmiştir. Toplu delik hareketlilik ve katkı esaslı Perovskite cihaz içinde nakil aktivasyon enerjisinin önemli bir azalma bir emir-of-büyüklük geliştirme elde edildi. Bu katyonların mevcudiyetinde bahsedilen geliştirilmiş özelliklere izdiham perovskit güneş hücresinin fotovoltaik parametreleri bir donanım yol açmıştır. AGI açık devre gerilimi 70 mV artış ve 2 mA / cm 2 impNaI- ve CuBr bazlı güneş hücreleri için fotoakım yoğunluğunda yönelik iyileştirme bozulmamış cihaza göre elde edilmiştir. Çalışmalarımız CH 3 NH 3 PBI 3 perovskitin ve sonraki cihazların optoelektronik kalitesinde daha iyileştirmeler için önünü açıyor. Bu kristalleşme içinde takviye kirliliklerin rolü üzerine araştırmalar için yeni bir yol vurgular ve Perovskite yapılarda elektronik kusur yoğunluğunu kontrol eder.

Giriş

Şu anda, dünyanın enerji ihtiyacının (yani,% 85) baskın kısmı küresel ısınmaya kolaylaştırır ve çevremize 1 zararlı etkileri vardır petrol, kömür ve doğal gaz yanması, tarafından besleniyor. Bu nedenle, enerji CO2 Tarafsızım kaynağa geliştirilmesi büyük ilgi konusudur. Fotovoltaik (PV) bu gereksinimi karşılamak için ideal bir enerji dönüşüm sürecidir. Ancak, maliyet ve verimlilik, PV teknolojisinin geniş benimsenmesine başlıca engeller olarak, geliştirilmesi gerekmektedir. Böyle Perovskite güneş pilleri (PSC) gibi yeni malzemeler, dayalı PV teknolojileri Yükselen, daha düşük maliyetle ve daha fazla verimlilik kombinasyonu var. Bu, silikon tabanlı meslektaşları 2, 3 göre ucuz ve kolay hazır yanı sıra ile hızlı malzeme ve düşük enerjili işleme yollarının kullanılması ile elde edilir4. 22'den fazla% 3.8 den% güç dönüşüm verimliliği (PCE) 'de olağanüstü bir gelişme, PV mimarisi 5, 6, 7, 8 yılında ilk ortaya çıktığı tarihten itibaren hibrid organik-inorganik kurşun halide perovskitin için rapor edilmiştir. Böyle bir üstün performans son derece keskin bant kenarı ile güçlü ışık emilimi kaynaklanan, çok düşük enerjik bozukluk, kolayca büyük difüzyon uzunlukları ile serbest taşıyıcılar içine ayırmak zayıf bağlı eksitonlar ve melez organik-inorganik foton geri dönüşüm özelliği 9, 10, 11, 12 perovskit talebi halid. Bu malzemeler ABX 3 kristalleri oluşturmak üzere organik halid ve metal halide tuzları kristalize olan Perovskite aile içinde kategorize edilir X, bir anyondur yapısı ve A ve B, farklı boyutlarda katyonları (bir B daha büyük olmak üzere) vardır. Bir site için bildirilen katyonlar metilamonyum (MA), formamidinium (FA) ve sezyum (Cs) arasında; Bu katyonlar bir kombinasyonu 14, yüksek performans 13 göstermektedir. Bundan başka, B sitesinde iki değerlikli katyon ana aday kalay ile ikame edilmiş olabilir kurşun, olduğu; bandaralıklı başarıyla-kırmızı kaymıştır 15 Perovskite karışık bir kurşun-kalay içinde 1000'den fazla nm olabilir. Iyodür (I) 'in bromid (Br) oluşan bir karışım asil 16, 17 olarak tanıtılmıştır burada Benzer şekilde, X-Alanı işgalcilere yaygın olarak incelenmiştir. Nedenle, kimyasal kompozisyonu değiştirerek perovskitteki yapısal, morfolojik ve optoelektronik özellikleri işlemek için son derece makuldür.

Rağmen bu gelişmiş crystalline kalitesi ve perovskit filmin makroskopik tekdüzelik verimli cihazlar 18 ulaşmak için kilit parametreler, polikristal etki, kökeni ve perovskit emiciler elektronik kusurların rolü ve şarj toplama katmanları rolü üzerine arasındaki sınırların etkisi Perovskite güneş pillerinde kayıp işlemleri henüz tam olarak anlaşılmış değildir. Perovskite yapıda elektronik kusurları doğası ile ilgili olarak, ya da iletim ve değerlik bantlarında devletlerin sürekliliği içinde çok yakın olan devletler, neden böyle ben veya Pb boş olarak kusurları, birçok rapor edildiği fotovoltaik cihazların 19 üzerinde olumsuz bir elektronik etkiye sahip olabilir. Buna ek olarak, kurşun katyonları ve perovskit düzlemde iyodid anyon arasında güçlü bir kovalent bağ etkileşimi iç kusurlar varlığına yol (örneğin, Pb dimerler ve trimerler I koordine altında), creat hangicihazın 20 çalışması sırasında şarj rekombinasyon merkezleri olarak hareket bant kenarı içinde e siteleri.

Burada, katkılama CH3 etkisini araştırmak NH3 PBI, Na +, Cu +, Ag +, Pb 2+ daha düşük valanslı metal iyonları da dahil olmak üzere tek-değerli katyon halojenürler 3 perovskit. Bu nedenle, ön-madde perovskit çözeltisi içine halide bazlı tuzlarının bir rasyonel bir miktarda (örneğin, Nal, CuBr, Cul ve AGI) ilave edilerek, bu katyonları içerirler. Kristal muhtemel olan bu katyonlar Pb 2+ benzer iyonik yarıçapları, bu yüzden yer değiştirilmesi doping var. Biz, bu katyonların mevcudiyeti güçlü morfolojisi ve perovskit tabakasının kapsama hem etki göstermiştir. Buna ek olarak, bu katyonlar (örneğin, Na +, Ag +) varlığı X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve significan ile teyit edilmiştirperovskitin Fermi düzeyindeki t değişikliği Kelvin prob kuvvet mikroskobu (KPFM) ile ölçüldü. sırayla yatırılır Perovskite güneş pilleri içine bu katyonlar birleşmeyle, biz (% 15.6% 14 karşılaştırmak) PSC fotovoltaik verimliliğinde bir iyileşme sağlanmıştır. Nedenle, yük taşıma en üst düzeye çıkarmak ve en yüksek PV performansa ulaşmak için yüzey tuzakları pasifleştiren güneş enerjisi hücresi mimarisinde soğurucu katman (örneğin, perovskit) yapısal ve optoelektronik özellikleri artırmak için esastır.

Protokol

1. sentezi ve Saf ve Katkı tabanlı CH 3 birikmesi, NH 3 PBI 3

NOT: Tüm çözümler nem ve oksijen kontrollü koşullar altında bir argon eldiven kutusunun içinde hazırlanmıştır (H 2 O seviye: <1 ppm ve O 2 düzeyi: <10 ppm).

  1. 80 ° C'de sabit karıştırma altında, N, N-dimetilformamid (DMF) 1 mL PBI 2 553 mg (1.2 M) içinde çözülür.
  2. PBI 2 çözeltisine tek değerli bir katyondur halojenürlerin 0.02 M ekleyin.
  3. Spin-kaplama 4000 rpm'lik bir rampa ile 6500 rpm'de 30 saniye için alt-tabaka (örneğin, gözenekli-TiO2) üzerinde elde edilen sarı, saydam bir çözelti.
  4. 30 dakika boyunca 80 ° C'de bir sıcak plaka üzerinde film pişirilir.
  5. 5 mL izopropanol içinde metilamonyum iyodür (MAI), 40 mg eritin.
  6. Spin-kaplama, iki aşamalı bir protoc Oluşan talebi iyodid filmleri üzerine MAI çözeltisi yeterli miktardayükleme süresi 45 sn içeren ol 4,000 rpm'de iplik 20 saniye izledi.
  7. 45 dakika boyunca 100 ° C'de bir sıcak plaka üzerinde eğirme ile kaplanmış perovskit filmler yeniden birleşir.

2. Güneş Pili Üretimi

  1. Yüzey hazırlığı
    1. Kalıp, flüor katkılı kalay oksit (FTO) kaplı bir cam.
      1. Yarı saydam yapışkan bant ile FTO cam aktif alanı kapsayacak.
      2. FTO substratların ortaya çıkarılan alanlarda çinko (Zn) toz dökün.
      3. damıtılmış su içinde hidroklorik asit 2 M (HCI) hazırlayın.
      4. Zn tozu ile kaplıdır FTO cam parçası üzerine HCI solüsyonu dökülür.
      5. Su ile FTO yıkayın ve bandı çıkarın.
    2. substratlar Temizleme
      1. deterjan (ağ / hac)% 2 ile FTO cam yıkayın.
      2. 10 dakika boyunca aseton ve izopropanol (IPA) kazınmış FTO substratlar sonikasyon.
      3. Bir ultrav ile FTO yüzeylerde tedaviiolet / O 3 15 dakika süreyle temizleyici.
  2. Bir delik bloke tabakanın uygulanması
    1. IPA 7 mL titanyum diisopropoxide bis (asetilasetonat) (TAA), 0.6 mL ekleyin.
    2. 450 ° C'de bir ocak temizlenmeli ve desenli FTO yüzeyler koyun ve ısıtma önce temas alanını kapsar.
    3. Piroliz taşıyıcı gaz olarak O 2 kullanılarak ortaya çıkarılan alan üzerine TAA çözümü püskürtün.
    4. 30 dakika boyunca 450 ° C 'de numuneler bırakın.
  3. Bir elektron taşıma katmanının Biriktirme
    1. (: 7 ağırlık oranı 2), etanol ticari TiO2 macun (30 nm partikül boyutu) seyreltin.
    2. 30 dakika boyunca sonike ile TiO2 seyreltme homojenize edilir.
    3. Spin-ceket 2.000 rpm bir rampa ile 5000 rpm'de 30 sn için kompakt TiO2 katmanları ile hazırlanan numunelerin üzerine titanyum seyreltme.
    4. 30 dakika süre ile 500 ° C 'de titanya filmler tavlanmasıMin.
    5. 20 dakika boyunca 70 ° C'de damıtılmış su içinde TiCl4 bir 40 mM çözelti elde gözenekli TiO2 filmler tedavi edin.
    6. 450 at TiCI4 enjekte edilmiş filmler tavlama 30 dakika ° C.
  4. Perovskit tabakanın uygulanması
    Not: titanya tabakaları ile FTO substratlar işlem sürecinin geri kalanı için <% 1 bir nem kuru hava kutusuna aktarılmıştır.
    1. Spin-kaplama 4000 rpm'lik bir rampa ile 6500 rpm'de 30 saniye boyunca gözenekli TiO 2 üzerine (takviyelerle olmadan) hazırlanan kurşun iyodür çözümler.
    2. 30 dakika boyunca 80 ° C'de bir sıcak plaka üzerinde film pişirilir.
    3. Spin-kaplama 2,000 rpm'de bir rampa ile 4,000 rpm'de 20 saniye için iplik ardından yükleme süresi 45 sn içeren bir iki-aşamalı bir protokol kullanarak elde edilen talebi iyodid filmler halinde MAI çözeltisi yeterli miktarda.
    4. Bir hotpla spin kaplı Perovskite filmler tavlama45 dakika boyunca 100 ° C 'de te.
  5. Delik taşıma katmanı birikmesi
    1. klorobenzen 1 ml spiro-OMeTAD 72.3 mg ekleyin ve çözüm şeffaf hale gelinceye kadar çalkalayın.
    2. asetonitril LiTFSI 520 mg ekleyerek bis (trifluorometilsülfonil) imit (LiTFSI) içindeki bir stok çözeltisi yapın.
    3. LiTFSI stok çözeltisi 17.5 uL ve spiro-OMeTAD çözeltisine 4-tert -butylpyridine (TBP) 'nin 28.8 uL ekleyin.
    4. 2000 rpm'lik bir rampa ile 4,000 rpm'de 30 saniye için yukarıda çözelti-kaplama dönerler.
  6. Üst temas Termal buharlaşma
    1. örnekleri Maske ve evaporatör vakum odasına koyun.
    2. 0.01 nm / s 'lik bir oranda altın 80 Nm buharlaştırın.

Sonuçlar

Saha emisyon taramalı elektron mikroskobu (FESEM) fabrikasyon Perovskite güneş hücreleri hem kesitsel görüntüler kaydetmek için (Şekil 1) ve yatırılan PBI 2 ve CH 3 NH 3 PBI 3 filmlerin üstten görünüm görüntülerini (Şekil 2) kullanıldı. X-ışını difraksiyonu (XRD) ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) perovskit filmlerin yapısal özelliklerini karakterize etmek için kullanıldı (Şekil 3 ve 4). Fototermal saptırma Spektroskopisi (PDS) Kelvin prob kuvvet mikroskopisi (KPFM) (Şekil 5 ve 6), sırasıyla perovskit filmler, optik ve elektriksel özelliklere araştırmak için kullanıldı. Ayrıca, uzay yükü sınırlı akım (KHAK) dayalı sıcaklığa bağlı toplu taşıma ölçümleri Perovskite cihazlar (Şekil 7) üzerinde gerçekleştirildi. Son olarak, standart photovoltaimal cihazların IC ölçümü (Şekil 8 ve Tablo 1) gerçekleştirilmiştir.

Üst görünümü dayalı PBI 2 ve CH 3 NH 3 PBI 3 Şekil 2'de gösterilen gözenekli TiO2 tabakasının (mp-TiO2) biriken, perovskitin morfolojisi üzerine katkı etkisi nerede resimli edildi SEM görüntüleri PBI 2 büyük dalı şeklinde kristaller Nal tabanlı örnek elde edilmiştir. Bu izotop daha büyük asimetrik kristallerinin oluşumuna yol açtı. Ayrıca, CuI- ve ağı tabanlı örnekleri için tek tip ve deliksiz perovskit kapatma tabakası elde (Şekil 2c ve 2e). CH 3 NH 3 PBI 3 ve PBI 2 dönüşüm CH 3 içine NH 3 PBI kristal yapısına tek değerli katyon halide katkı etkisini araştırmak3, X-ışını difraksiyonu (Şekil 3) yapıldı. Nihai perovskit kristal yapısı, tüm örnekler için aynı kalan, ancak, 2θ kırılma tepe = 12.6, dönüşmemiş PBI 2'ye karşılık gelen, Nal ve CuBr katkı mevcudiyetinde ortadan kaldırıldı belirgindir. Şekil 4'te gösterildiği gibi, CH3 olan bu tek değerli katyonların varlığını doğrulamak için NH3 PBI 3 perovskit filmler biz XPS analizi gerçekleştirilmiştir. Cu konsantrasyonu tahmin edilemeyen ise XPS verileri temelinde, muhtemelen iyodid (I 3P1 / 2) ve bakır yakınlığı (Cu 2P1 için, perovskit filmleri içinde Na Ag iyonlarının varlığını gösterdi / 2) zirveleri.

Perovskit absorpsiyon spektrumu tek değerli bir katyondur katkı etkisi PDS ile ölçülmüştür Şekil 5a'da, 'de gösterilmiştir.Katkı maddesi temelli CH3 NH3 PBI 3 saf numune ile karşılaştırıldığında alt-bant boşluklu bir emme olduğu açıktır. Bundan başka, bir emme kuyruk bakır halit (Şekil 5B) içsel emme kökenli Cu-bazlı örnekleri gözlenmiştir. Emilim kuyruk son Perovskite filmlerde Cu katyonların varlığını teyit rağmen, bunun PDS arasında karşılaştırma dayanarak, açıktır Cul-tabanlı onların birleşme tam olmadığını, PBI 2 ve CH 3 NH 3 PBI 3. Buna ek olarak, malzemenin enerji bozukluğun derecesi bir ölçüsüdür Urbach enerjisi (AB), bozulmamış NaI-, CuBr-, CuI- ve AGI tabanlı izotop için tahmini ve değerler 15.6 olan edildi, 11.8, 12.8, 13.5 ve 15.2 meV, sırasıyla (Şekil 5a ve ek).

elektrikli ilgili yukarıda belirtilen ilave maddelerin etkisini araştırmak içinCH 3 NH 3 PBI 3 onic yapısı, biz çizgi profillerinin temas potansiyeli farkı (CPD) ölçüldü KPFM, gerçekleştirdi. Bu, Şekil 6'da gösterilen perovskitin yüzeyi iş fonksiyonu (Φ) karşılık gelir. CPD (yani, 0,1 V) 'de net bir kayma bozulmamış bir Perovskite Fermi seviyesi valans doğru kaydığını göstermektedir karşılaştırıldığında Perovskite katkı tabanlı. Perovskitin Fermi seviyesi bu değişiklik yer değiştirilmesi P-doping birine atfedilebilir (örneğin, tek değerli katyonların X + ile 2 + Pb yerine) perovskit kristalin yüzeylerinde veya yüzey pasivasyon.

PBI 3 ücretleri yoğunluğuna ve CH 3 NH 3 kendi taşıma özelliklerine doping etkisini araştırmak için, biz sıcaklığa bağlı toplu taşıma ölçümleri gerçekleştirildi (Şekil 7a ). Daha sonra tam elektron ve delik sadece saf ve katkı esaslı Perovskite cihazların uzay şarj sınırlı akım (KHAK) dayalı (μ SCL) dökme yük gemisi hareketliliği tahmin. Iletkenlik ve hem elektron ve delik hareketlilik dikkate değer bir artış özellikle bozulmamış perovskitin (Tablo 1) ile karşılaştırıldığında Nal ve CuBr örnekleri için, elde edildi. Ücret hareketlilik ve iletkenlik iyileşme kısa devre akımı (J sc) 'de donanımıyla tutarlı ve Şekil 7b gösterilen fabrikasyon güneş pilleri faktörü (FF) doldurmak dikkat çekicidir. Ayrıca, elektron ve net bir azalma katkı esaslı perovskitin için elde edildi sıcaklığa bağlı toplu taşıma ölçümleri kullanılarak delik hem yük taşınması (E A) aktivasyon enerjisini tahmin. Bu gelişme için doping ve doldurma th taşıyıcıların yüksek yoğunluk atfedilirulaşım engeli önemli bir düşüş ile sonuçlanır e taşıma tuzaklar.

Biz yukarıda belirtilen tek değerli bir katyondur halojenürler karşılık gelen JV eğrileri ve Şekil 8a ve Tablo 1 'de özetlenmiştir fotovoltaik parametrelere dayalı perovskit güneş hücreleri ile imal edilmiştir. Açık devre geriliminde önemli bir gelişme, CuI- (0.99 V) ve AgI- (1.02 V) için ideal bir yüzey kaplama güneş hücreleri göre (Şekil 2c ve 2e) her ikisi için de elde edilmiştir. Ayrıca, CuBr- ve Nal-tabanlı güneş pilleri için kısa devre akımı (≈2 mA cm -2) kayda değer bir artış elde edilmiştir, CH 3 NH 3 PBI 3 içine PBI 2 tam dönüşümü atfedilen edilebilir. Bu iyileştirme, Şekil 8B'de gösterilen bir olay foton-akım dönüşüm verimi (IPCE) spektrumları ile doğrulandı. Son olarak, Higher güç dönüşüm verimliliği (PCE)% 15,2,% 15,6 ve% 15,3 seviyeleri NaI-, CuBr- için elde edildi ve Cul-tabanlı cihazlar sırasıyla, bozulmamış perovskit güneş pili için% 14,0 değerine karşılaştırın.

figure-results-6777
Şekil 1: Mezoskopik Perovskite güneş pili mimarisi. Aşağıdaki yapıya sahip komple bir cihaz SEM kesit mikrografı: FTO / kompakt TiO2 / gözenekli-TiO2 / CH 3 NH 3 PBI 3 / Spiro-OMeTAD / Au.

figure-results-7171
Şekil 2: kurşun iyodür ve Perovskite yapıların morfolojik analizi. PBI 2 (sol taraf) ve CH 3 NH 3 PBI 3 üst görünüm SEM görüntüleri (sağ taraf) yapıları: (a) bozulmamış, ( Rong> b) CuBr-, (c) CuI-, (d) NaI- ve gözenekli TiO2 tevdi (e) ağı tabanlı perovskit örnekleri FTO -kaplı. Bu rakam 18 referans çoğaltılamaz edilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-7949
Şekil 3: perovskit KRİSTAL tek değerli bir katyondur halojenür katkı etkisi. Saf ve katkı bazlı CH3 X-ışını difraksiyon spektrumu, NH3 PBI 3 bu FTO kaplı cam üzerinde biriken gözenekli TiO2 film üzerinde yetiştirilir perovskit. Bu rakam 18 referans çoğaltılamaz edilmiştir.t = "_ blank"> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-8532
Şekil 4: CH 3 NH 3 PBI 3 Perovskite yapısı tek değerlikli katyonların İz. bozulmamış, CuBr-, CuI-, NaI- ve AGI merkezli Perovskite filmlerin XPS analizi. Bu rakam 18 referans çoğaltılamaz edilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-9099
Şekil 5: Perovskite filmlerin optik özellikleri. (A) bozulmamış ve katkı esaslı kurşun kaynaklardan elde edilen Perovskite filmlerin absorpsiyon spektrumları PDS tekniği kullanılarak ölçülen.içerlek tüm numuneler için karşılık gelen Urbach enerjileri gösterir. hata çubuğu Urbach kuyruk uydurma SD ile tanımlanır. (B) saf ve CuBr bazlı kurşun iyodür ve perovskit filmler, hem de CuBr PDS absorpsiyon spektrumlarının karşılaştırması ms-TiO 2 ve CuBr okunur filmler üzerine bırakılır. Bu rakam 18 referans çoğaltılamaz edilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-10007
Şekil 6: perovskit filmlerin yüzey potansiyeli tek değerli bir katyondur katkı etkisi. KPFM kullanarak bozulmamış ve katkı esaslı Perovskite filmlerden kaydedilen GBM satır profilleri. AFM topografya görüntü üstünde gösterilir. Bu rakam 18 referans çoğaltılamaz olmuştur . Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

figure-results-10620
Şekil 7: Perovskite filmlerin şarj taşıma özellikleri. (A) delik-sadece cihazlar (İTO / PEDOT: PSS / Perovskit / Au) JV özellikleri KHAK delik hareketliliğini tahmin etmek için kullanılan,. akım yoğunluğu (J) perovskit tabakaların kalınlığı ölçekli unutmayın. (B) J sc eğilimler, bozulmamış ve katkı esaslı perovskitin için h ve μ e u. Bu rakam 18 referans çoğaltılamaz edilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

t "fo: keep-together.within-page =" 1 "> figure-results-11387
Şekil 8: Fotovoltaik performans özellikleri. (A) 100 mW / cm2'lik bir aydınlatma altında cihazların akım-gerilim özellikleri, kurşun kaynağı çözeltisine ilave tek değerli bir katyondur halojenürler farklı kullanılarak elde edilmiştir. Bozulmamış CuBr-, CuI-, NaI- ve AGI tabanlı perovskit güneş hücreleri için monokromatik ışığın dalga boyunun bir fonksiyonu olarak, (b) Olay foton-akım verimi (IPCE) spektrumlarını göstermektedir. Bu rakam 18 referans çoğaltılamaz edilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Numune Türü J SC V OC FF PCE μ e μ h E A E E A h
(mA cm-2) (V) (%) (cm2 / Vs) (cm2 / Vs) (meV) (meV)
bozulmamış 21.03 0.95 0.70 14.01 0.02 0.008 135 198
CuBr 22.92 0.95 0.72 15.61 0.05 0.04 88 132
Cul 21,81 0.99 0.71 15.25 0.02 0.036 94 157
Nal 22.97 0.9 0.73 15.14 0.04 0.07 77 137
AGI 19.24 1.02 0.72 14.18 0.005 0.006 105 177

Tablo 1: PSC Fotovoltaik ve şarj taşıma parametreleri. En iyi performans gösteren ve bozulmamış ve katkı esaslı Perovskite güneş hücreleri için aktivasyon enerjisi ile birlikte JV ölçümler ve şarj hareketlilik elde edilen fotovoltaik parametrelerinin Özeti f edildiİki adımlı biriktirme yöntemi kullanılarak abricated. Fotovoltaik parametrelerin istatistik iyi performans gösteren cihazlar aynı trendi takip dikkat çekicidir. Bu tablo referans 18 çoğaltılamaz edilmiştir.

Tartışmalar

Mezoskopik perovskit güneş hücreleri tipik bir mimari malzemeleri, bir dizi dönel kaplı iletken bir alt-tabaka ve bir termal olarak buharlaştırıldı metal kontağa (Şekil 1) arasında olan, bu çalışma bölgesi kullanılmıştır. Gözenekli TiO2 tabakalar yüzey tuzakları pasifleştirme ve elektron aktarım katmanı ve soğurucu malzeme 21, 22 arasındaki arabirim artırdığı bildirilmiştir TiCl4 ile muamele edildi. perovskit tabaka daha sonra ardışık iki aşamalı yerleştirme tekniği kullanılarak kaplanmıştır. İkinci aşamada, izotop öne halid tam dönüşümü yüksek ışık emme 16, 17 elde etmek için gerekli olduğunu ve tek değerli katyon halojenür katkı maddeleri (örneğin, Nal ve CuBr) tam bir dönüşüme neden olduğunu göstermiştir. Ayrıca, gözenekli titanyum tabakasının tam kapsama wperovskitin ith aşırı tabakasının delik taşıma katmanı (örneğin, Spiro OMETAD) ve elektron taşıma katmanı (örneğin, gözenekli TiO2) 23 arasındaki potansiyel rekombinasyon ortadan kaldırmak için hayati önem taşımaktadır. Biz tek değerlikli katyon halojenürler (örneğin, Cul ve AGI) eklenerek cihaz için daha yüksek bir açık devre gerilimine yol açar Perovskite kapatma tabakasının yüzey kaplama artırabilir resimli.

Bizim yöntemin en önemli avantajı biz ücretleri yoğunluğunu, şarj taşıma ve emici tabakanın iletkenliği artırmak için CH 3 NH 3 PBI 3 yapıya tek değerlikli katyonların dahil doping adımdır. Bir önceki bölümde belirtildiği gibi, yukarıda belirtilen güçlendiriciler önemli ölçüde elektron ve delik hareketlilik hem gelişmiş. Buna ek olarak, hem de perovski enerjik bozuklukta yük iletimi aktivasyon enerjisi dikkate değer bir azalmate filmi, tek değerli bir katyondur katkılama ile elde edilmiştir.

Bu çalışmada, bir güneş pili yapısı perovskit mezoskopik bir emici tabaka olarak CH3 NH3 PBI 3 katkı yapılmasını mümkün bir yöntem gösterilmiştir. Monovalan katyon halojenürler fotovoltaik performansını artırmak amacıyla ayarlamak için CH 3 NH 3 PBI 3 Perovskite filmi, morfolojik optik ve elektriksel özellikleri kullanılmıştır. Bu nedenle, PBI 3 NH3 CH3 ardışık iki aşamalı birikimi talebi kaynak Pb 2+ benzer iyonik yarıçapına sahiptir, üç farklı, tek değerlikli katyonlar (örneğin, Na +, Cu +, Ag +), dahil . Bunun bir sonucu olarak, CH3 NH3 PBI 3 yapısal ve optoelektronik özelliklerinde belirgin bir gelişme imal edilmiş güneş pilleri için daha yüksek PCE'lerde yol açan bu katkı maddeleri varlığında meydana geldi. Bu nedenle, bizim iş hidaha perovskit ince filmlerin elektronik kalitesini artırmak amacıyla perovskit güneş hücreleri (örneğin, düzlemsel mimarisi) tüm diğer düzenekler de kullanılabilir, bir emici katman olarak CH3 NH3 PBI 3 doping için kolay bir yol ghlights.

https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/260187: Bu kağıdı temel veri mevcuttur.

Açıklamalar

The authors declare that they have no competing financial interests.

Teşekkürler

Doktora Burs M. Abdi-Jalebi teşekkür Nava Teknoloji Limited. MI Dar ve M.Grätzel Bilim ve Teknoloji King Abdulaziz City (KACST) ve mali destek için İsviçre Ulusal Bilim Vakfı (SNSF) teşekkür ederim. Yazarlar XPS ölçümleri gerçekleştirmek için Moleküler Dr. Pierre Mettraux ve Hibrid Malzeme Karakterizasyonu Merkezi, EPFL teşekkür etmek istiyorum. A.Sadhanala minnetle Hint-UK APEX projeden maddi destek kabul eder. SP Senanayak Newton Bursu için Royal Society Londra kabul eder. RH Arkadaş, M. Abdi-Jalebi ve A. Sadhanala EPSRC destek kabul etmek istiyorum.

Malzemeler

NameCompanyCatalog NumberComments
Fluorine doped Tin Oxide (FTO)-coated glassSigma-Aldrich 735264-1EAResistivity≈13 Ω/sq
Zinc powderSigma-Aldrich 96454Molecular Weight 65.39 
Hydrochloric acid Sigma-Aldrich 84415≥37 wt. %
Hellmanex detergent Sigma-Aldrich Z805939-1EApkg of 1 L 
Titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate) Sigma-Aldrich 32525275 wt. % in isopropanol
Titania PasteDYESOLMS00230030 NR-D Transparent Titania Paste
Lead(II) iodideSigma-Aldrich21116899 wt. %
N,N-Dimethylformamide Sigma-Aldrich 437573ACS reagent, ≥99.8%
Methylammonium iodideDYESOLMS101000Powder 
SpiroMeOTADSigma-Aldrich 79207199% (HPLC)
Bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium saltSigma-Aldrich 54409499.95% trace metals basis 
4-tert-ButylpyridineSigma-Aldrich 142379Purity: 96%
ChlorobenzeneSigma-Aldrich284513anhydrous, 99.8%
2-Propanol (IPA)Sigma-Aldrich 278475anhydrous, 99.5% 
EthanolSigma-Aldrich2860absolute alcohol, without additive, ≥99.8%

Referanslar

  1. Polman, A., Knight, M., Garnett, E. C., Ehrler, B., Sinke, W. C. Photovoltaic materials - present efficiencies and future challenges. Science. 352, 307(2016).
  2. Green, M. A., Ho-Baillie, A., Snaith, H. J. The emergence of perovskite solar cells. Nat. Photonics. 8 (7), 506-514 (2014).
  3. Stranks, S. D., Snaith, H. J. Metal-halide perovskites for photovoltaic and light-emitting devices. Nat. Nanotechnol. 10 (5), 391-402 (2015).
  4. Snaith, H. H. J. Perovskites: The Emergence of a New Era for Low-Cost, High-Efficiency Solar Cells. The J. Phys. Chem. Lett. 4 (21), 3623-3630 (2013).
  5. Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. J. Am. Chem. Soc. 131 (17), 6050-6051 (2009).
  6. Kim, H. S., et al. Lead iodide perovskite sensitized all-solid-state submicron thin film mesoscopic solar cell with efficiency exceeding 9%. Sci. rep. 2, 591(2012).
  7. Jeon, N. J., et al. Compositional engineering of perovskite materials for high-performance solar cells. Nature. 517 (7535), 476-480 (2014).
  8. Li, X., et al. A vacuum flash-assisted solution process for high-efficiency large-area perovskite solar cells. Science. 353 (6294), 58-62 (2016).
  9. Manser, J. S., Kamat, P. V. Band filling with free charge carriers in organometal halide perovskites. Nat. Photonics. 8 (9), 737-743 (2014).
  10. Xing, G., et al. Long-Range Balanced Electron- and Hole-Transport Lengths in Organic-Inorganic CH3NH3PbI3. Science. 342 (6156), 344-347 (2013).
  11. Stranks, S. D., et al. Electron-Hole Diffusion Lengths Exceeding 1 Micrometer in an Organometal Trihalide Perovskite Absorber. Science. 342 (6156), 341-344 (2013).
  12. Pazos-Outon, L. M., et al. Photon recycling in lead iodide perovskite solar cells. Science. 351 (6280), 1430-1433 (2016).
  13. Saliba, M., et al. Cesium-containing Triple Cation Perovskite Solar Cells: Improved Stability, Reproducibility and High Efficiency. Energy Environ. Sci. 9 (6), (2016).
  14. Pellet, N., et al. Mixed-organic-cation perovskite photovoltaics for enhanced solar-light harvesting. Angew. Chemie - Int. Ed. 53 (12), 3151-3157 (2014).
  15. Hao, F., Stoumpos, C. C., Chang, R. P. H., Kanatzidis, M. G. Anomalous band gap behavior in mixed Sn and Pb perovskites enables broadening of absorption spectrum in solar cells. J. Am. Chem. Soc. 136 (22), 8094-8099 (2014).
  16. Dar, M. I., Abdi-Jalebi, M., Arora, N., Grätzel, M., Nazeeruddin, M. K. Growth Engineering of CH 3 NH 3 PbI 3 Structures for High-Efficiency Solar Cells. Adv. Energy Mater. 6 (2), 1501358(2016).
  17. Ibrahim Dar, M., et al. Understanding the Impact of Bromide on the Photovoltaic Performance of CH3 NH3 PbI3 Solar Cells. Adv. Mater. 27 (44), 7221-7228 (2015).
  18. Abdi-Jalebi, M., et al. Impact of Monovalent Cation Halide Additives on the Structural and Optoelectronic Properties of CH 3 NH 3 PbI 3 Perovskite. Adv. Energy Mater. 6 (10), 1502472(2016).
  19. Yin, W. J., Shi, T., Yan, Y. Unusual defect physics in CH3NH3PbI3 perovskite solar cell absorber. Appl. Phys. Lett. 104 (6), 063903/1-063903/4 (2014).
  20. Agiorgousis, M. L., Sun, Y. Y., Zeng, H., Zhang, S. Strong Covalency-Induced Recombination Centers in Perovskite Solar Cell Material CH 3 NH 3 PbI 3. J. Am. Chem. Soc. 136 (41), 14570-14575 (2014).
  21. Andaji Garmaroudi, Z., Abdi-Jalebi, M., Mohammadi, M. R. A facile low temperature route to deposit TiO2 scattering layer for efficient dye-sensitized solar cells. RSC Adv. 6 (75), (2016).
  22. Abdi-Jalebi, M., Mohammadi, M. R., Fray, D. J. Double-Layer TiO2 Electrodes with Controlled Phase Composition and Morphology for Efficient Light Management in Dye-Sensitized Solar Cells. J. of Clust. Sci. 25 (4), 1029-1045 (2014).
  23. Abdi-Jalebi, M., et al. Impact of a Mesoporous Titania-Perovskite Interface on the Performance of Hybrid Organic-Inorganic Perovskite Solar Cells. The J. Phys. Chem. Lett. 7 (16), 3264-3269 (2016).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

M hendislikSay 121tek de erli bir katyondurhalidkatk maddeleriCH 3 NH 3 PBI 3 Perovskitedopingy zey pasivasyon

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır