Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Burada, mevcut bir protokol CH3NH3sentezi için ben ve CH3NH3Br öncüleri ve iğne deliği-Alerjik, sürekli CH3NH3PBI3-xBrx ince filmler için sonraki oluşumu uygulama yüksek verimli güneş hücreleri ve diğer opto-elektronik aygıtlar.
Organo-kurşun halide perovskites son zamanlarda ince film fotovoltaik ve Optoelektronik potansiyel uygulamalar için yoğun ilgi çekmiştir. Burada, biz bu malzeme % ~ 19 güç dönüşüm verimliliği düzlemsel heterojunction perovskite güneş hücreleri verimleri düşük basınçlı buharı destekli çözüm süreci (LP-VASP) yöntemi ile üretim için bir iletişim kuralı mevcut. İlk olarak, biz methylammonium iyodür bir sentez raporu (CH3NH3ben) ve methylammonium bromür (CH3NH3Br) methylamine ve karşılık gelen halide asit (HI veya HBr). Sonra tarif biz iğne deliği-Alerjik, sürekli methylammonium-kurşun halide perovskite imalatı (CH3NH3PbX3 x = ben, Br, Cl ve onların karışımı) filmleri ile LP-VASP. Bu işlem iki adım dayanmaktadır: i) spin-kaplama kurşun halide öncü bir substrat üzerine homojen bir tabaka ve II) bu tabaka için belgili tanımlık substrate buharlar CH karışımı için açığa tarafından CH3NH3PBI3-xBrx 3 NH3ben ve CH3NH3Br azaltılmış basınç ve 120 ° C. Methylammonium halide buharı içine kurşun halide habercisi yavaş Difüzyon sürekli, iğne deliği-Alerjik perovskite film yavaş ve kontrollü büyümeyi gerçekleştirmek. LP-VASP CH3NH3PBI3-xBrx 0 ≤ x ≤ 3 ile tam halide kompozisyon uzayda sentetik erişmelerine izin verir. Buharı faz kompozisyon bağlı olarak, bandgap 1.6 eV ≤ Eg ≤ arasında ayarlanabilir 2.3 eV. Ayrıca, kompozisyon halide habercisi ve buharı faz değiştirerek, biz de CH3NH3PBI3-xClxedinebilirsiniz. LP-VASP elde edilen Filmler tekrarlanabilir, x-ışını kırınım ölçümleri ve gösteri yüksek photoluminescence kuantum verim tarafından doğruladı gibi saf aşama. İşlem bir torpido kullanımını gerektirmez.
Hibrid organik-inorganik kurşun halide perovskites (CH3NH3PbX3, X = ben, Br, Cl) hızla son birkaç yıl içinde ortaya çıkan yarı iletkenler yeni bir sınıf vardır. Bu malzeme sınıfı yüksek soğurma katsayısı1, akort bandgap2, uzun şarj taşıyıcı Difüzyon uzunluğu3, yüksek kusur hoşgörü4ve yüksek photoluminescence gibi mükemmel yarı iletken özelliklerini gösterir Kuantum verimi5,6. Bu özellikleri benzersiz kombinasyonu tek Kavşağı7,8 ve multijunction fotovoltaik9gibi opto-elektronik aygıtlarda halide perovskites uygulama için çok cazip yol yapar, 10, lazerler11,12ve LED13.
CH3NH3PbX3 filmleri sentetik yöntemleri14, çeşitli tarafından hangi enerji uygulamaları15bu yarıiletken malzeme verimliliğini artırmayı hedefliyoruz sahte olduğu. Ancak, halide perovskite etkin katmanın yanı sıra arabirimlerinden photocarrier koleksiyonu bu kolaylaştırmak şarj seçici ilgili kişileri (elektron ve katmanları taşıma delik yani) ile kalitesini en iyi duruma getirme fotovoltaik cihazlar kullanır cihazlar. Özellikle, sürekli, iğne deliği ücretsiz etkin katmanları şönt direnç, böylece aygıtı performansını artırma en aza indirmek gereklidir.
Organo-kurşun halide imalatı için en yaygın yöntemler arasında çözüm ve vakum tabanlı işlemler perovskite ince filmleri vardır. En yaygın çözüm işlemini kurşun halide ve dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), γ-butirolakton (GBL) ya da bu maddeleri karışımları içinde çözünmüş methylammonium halide ekimolar oranları kullanır. 2 , 16 , 17 habercisi Derişim ve solvent tipi yanı sıra sıcaklık, zaman ve atmosfer, tavlama tam olarak sürekli ve iğne deliği ücretsiz film elde etmek için kontrol gerekir. 16 Örneğin, yüzey kapsama geliştirmek için bir çözücü-mühendislik tekniği yoğun verim ve son derece filmleri üniforma için gösterilmiştir. 17 Bu teknikte, olmayan bir çözücü (toluen) perovskite çözüm iplik sırasında perovskite katman üzerine damladı. 17 bu yaklaşımlar genellikle mesoporous TiO2 elektron seçici bir kişiyle artan temas bölgesinin ile istihdam ve taşıyıcı taşıma uzunluğu azaltılmış mezoskopik heterojunctions için de uygundur.
Ancak, temel alan seçici kişileri kullanmak düzlemsel heterojunctions (genellikle TiO2) ince filmler, onlar güneş pili teknolojisi daha kolay kabul edilebilir bir basit ve ölçeklenebilir yapılandırma, çünkü daha çekici. Bu nedenle, yüksek verimlilik ve istikrar düzlemsel heterojunctions için işlem altında göstermek organo-kurşun halide perovskite etkin katmanları gelişimi bu alandaki teknolojik gelişmeler neden olabilir. Ancak, düzlemsel heterojunctions imal etmek ana sorunlardan biri hala etkin katman homojenizasyon tarafından temsil edilir. Birkaç girişimden, vakum süreçleri, temel tek tip ince TiO2 filmleri katmanlarda hazırlamak için yapılmıştır. Örneğin, Snaith ve ortak bir çift buharlaşma süreci hangi son derece homojen perovskite katmanları fotovoltaik uygulamaları için yüksek güç dönüşüm verimliliği ile verim göstermiştir. 18 bu çalışma alanında önemli bir ilerleme temsil ederken, yüksek vakum sistemleri kullanımı ve ayar etkin katmanın kompozisyon eksikliği sınırı bu yöntem uygulanabilirliği. İlginçtir, son derece yüksek homojenlik buharı destekli çözüm süreci (VASP)19 ve değiştirilen düşük basınç VASP (LP-VASP)6,20ile elde edilmiştir. Yang ve işbirlikçileri19tarafından önerilen VASP daha yüksek sıcaklık ve bir torpido kullanılması gerekirken, LP-VASP bir kurşun halide habercisi katman methylammonium halide buharı Azalt basınçta huzurunda tavlama üzerinde temel alır ve bir fumehood nispeten düşük sıcaklık. Bu belirli koşullar karışık perovskite besteleri ve saf CH3NH3PBI3imalatı, CH3NH3PBI3-xClx, CH3NH3PBI3 - erişimi etkinleştir xBrxve CH3NH3PbBr3 kolayca elde edilebilir. Özellikle, CH3NH3PBI3-xBrx filmleri tam kompozisyon alanı üzerinde yüksek Optoelektronik kalite ve tekrarlanabilirlik6,ile20sentez.
Burada, biz perovskite Katmanlar ile LP-VASP methylammonium halide öncüleri sentezleme yordamı da dahil olmak üzere, organik-inorganik kurşun halide sentezi için protokol ayrıntılı bir açıklamasını sağlar. Bir kez öncüleri sentez, i) spin-kaplama PBI2/PbBr2 (PBI2veya PBI2/PbCl oluşan bir iki adım prosedürü CH3NH3PbX3 filmleri oluşumu oluşur 2) öncü cam alt katman veya kalay oksit (FTO) Flor katkılı boyalı cam alt katman düzlemsel TiO2, elektron taşıma katmanı ve II) alçak basınçlı Buhar destekli tavlama CH3NH3karışımları ve CH3NH3Br ince istenen optik bandgap bağlı olarak ayarlanabilir (1.6 eV ≤ Eg ≤ 2.3 eV). Bu koşullar altında methylammonium halide molekülleri sürekli, iğne deliği-Alerjik halide perovskite Filmler verimli kurşun halide ince film yavaş yavaş diffüz buharı aşamasında mevcut. Bu işlem başlangıç kurşun halide habercisi katman tamamlanan organik-inorganik kurşun halide perovskite bir iki kat birim genişleme verir. Perovskite film standart kalınlığı yaklaşık 400 olduğunu nm. Bu kalınlık ikinci spin kaplama adım hızını değiştirerek 100-500 nm arasında değişen mümkündür. Sunulan teknik sonuçlar fotovoltaik cihazlar ile güç dönüşüm verimliliği % 19'e kadar bir Au/spiro-OMeTAD /CH3NH3PBI3-xBrxkullanarak çevirir yüksek Optoelektronik kalite filmlerde / TiO2kompakt / FTO/cam Güneş hücre mimarisi. 21
dikkat: ilgili tüm malzeme güvenlik bilgi formları (MSDS) kullanmadan önce lütfen danışın. Birkaç bu immobilizasyonu kullanılan kimyasalların akut toksik, kanserojen ve üreme için toksik. İçe patlama ve patlama riskleri Schlenk hat kullanımı ile ilişkilidir. Lütfen işlemi yapmadan önce cam aparatı bütünlüğünü kontrol etmek emin olun. Yanlış kullanımı ile birlikte bir sıvı azot soğuk tuzak Schlenk satırının içinde patlayıcı olabilir sıvı oksijen (soluk mavi) yoğunlaşma neden olabilir. Vakum sistemleri, Schlenk hatları ve kriyojenik sıvı kullanmadan önce iş eğitim uzmanları tarafından uygun almak için lütfen emin olun. Lütfen tüm uygun güvenlik uygulamaları sentez mühendislik kontrolleri (duman hood) ve kişisel koruyucu ekipman (koruyucu gözlük, eldiven, önlük, tam uzunlukta pantolon, kapalı-toe ayakkabı) kullanımı gibi kullanırlar. Aşağıda açıklanan aşağıdaki yordamların tümünü bir duman Hood hava, başka türlü belirtilmediği sürece gerçekleştirilir.
1. hazırlık Methylammonium Halide
2. Hazırlık Methylammonium kurşun Halide (CH 3 NH 3 PBI 3-x Br x) ince filmler 6 , 20
Proton Nükleer manyetik rezonans (NMR) spectra molekül saflık (şekil 1) doğrulamak için methylammonium halide sentez sonra çekildi. Önce ve sonra buharı (morfolojisi ayırdetmek için,Şekil 2) tavlama ve karışık kurşun halide habercisi ve CH3NH3PBI3-xBrpolimerlerin tarama elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri elde x filmler. X-ışını kırınım (XRD) desenleri faz sa...
Yüksek verimli organo-kurşun düzlemsel perovskite heterojunctions imal için etkin katmanın polimerlerin önemli bir gereksinimdir. Varolan çözüm2,16,17 ve18,vakum tabanlı19 metodolojileri açısından bizim olabilir etkin katman kompozisyonu ayar için son derece uysal bir süreçtir tam CH3NH3PBI3-xyüksek Optoelektronik kalite ...
Yazarlar ifşa gerek yok.
Perovskite süreç geliştirme, ince film sentezi, yapısal ve morfolojik karakterizasyonu yapay ABD bölümü bilim Office ile desteklenen fotosentez, DOE enerji yenilik Hub için ortak Merkezi'nde gerçekleştirilen Enerji Ödülü numara DE-SC0004993 altında. C.M.S.-F. İsviçre Ulusal Bilim Vakfı (P2EZP2_155586) mali desteği kabul eder.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Lead (II) bromide, 99.999% | Sigma-Aldrich | 398853 | Acute toxicity, Carcinogenicity |
Lead (II) Iodide, 99.9985% | Alfa Aesar | 12724 | Acute toxicity, light sensitive |
N, N-Dimethylformamide, > 99.9% | Sigma-Aldrich | 270547 | Acute toxicity, flamable; store in well ventilated place |
Isopropyl alcohol, 99.5% | BDH | BDH1133-4LP | Flamable |
Methylamine ca. 40% in water | TCI | M0137 | Acute toxicity, flamable; Corrosive |
Hydrobromic acid 48 wt. % in H2O, ≥99.99% | Sigma-Aldrich | 339245 | Acute toxicity, Corrosive; air and light sensitive; store in well ventilated place |
Hydroiodic acid 57 wt. % in H2O, distilled, stabilized, 99.95% | Sigma-Aldrich | 210021 | Corrosive; air and light sensitive; store in well ventilated place Recommended storage temperature 2/8 °C; air and light sensitiv |
Ethyl Ether Anhydrous BHT Stabilized/Certified ACS | Fisher Chemicals | E 138-4 | Acute toxicity, flamable |
Ethanol Denatured (Reagent Alcohol), ACS | BDH | BDH1156-4LP | Flamable |
Alconoxdetergent | Sigma-Aldrich | 242985 | Soap utilized for substrate cleaning |
Milli-QIntegral 3 Water Purification System | EMD Millipore | ZRXQ003WW | Dispenser of ultrapure water |
Fluorine-doped Thin Oxide (FTO) coated glass | Thin Film Devices | Custom | Glass: dimensions 13.8mm x 15.8mm ± 0.2mm, thickness 2.3mm ± 0.1mm; FTO: dimensions 3000Å ± 100Å, resistivity 7-10 ohms/sq, transmission 82% @ 550nm) |
Glass substrates | C & A Scientific - Premiere | 9101-E | Plain. Length: 75 mm, Width: 25 mm, Thickness: 1 mm |
Ultrasonic Cleaner with Digital Timer and Heater | VWR | 97043-992 | 2.8 L (0.7 gal.)24L x 14W x 10D cm (97/16x 51/2x 315/16") |
Nuclear Magnetic Resonance Advance 500 | Bruker | Z115311 | |
Quanta 250 FEG Scanning Electron Microscope | FEI | 743202032141 | Equipped with a Bruker Xflash 5030 Energy-dispersive X-ray detector |
SmartLab X-ray diffractometer | Rigaku | 2080B411 | Using Cu Kα radiation at 40 kV and 40 mA |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır