Name: monovalent cation doping of ch3nh3pbi3 for efficient perovskite solar cells
Uploaded: 2017-03-19T14:00:00
Duration: 8 min 30 s
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博士課程の奨学金のためのM.アブディ・ジャレビのおかげナバ技術限定。 MIダルとM.Grätzelは、金融支援のための科学技術のためのキング・アブドゥルアジーズ・シティ（KACST）とスイス国立科学財団（SNSF）をお願いいたします。著者らは、XPS測定を実施するための分子で博士ピエールMettrauxとハイブリッド材料計測センター、EPFLに感謝したいと思います。 A.Sadhanalaは感謝インド・英国APEXのプロジェクトからの財政支援を認めます。 SP Senanayakはニュートンフェローシップのための王立協会ロンドンを認めています。 RHフレンド、M.アブディ・ジャレビ、およびA. SadhanalaはEPSRCの支援を感謝したいです。

1.合成とプリスティンと添加剤ベースのCH 3 NH 3の堆積PBI 3 注：すべてのソリューションは、湿気と酸素制御された条件下でのアルゴングローブボックス内で調製した（H 2 Oレベル：&lt;1 ppm以下およびO 2レベル：&lt;10 ppm以下）。 <ol><li> 80℃で一定の攪拌下、N、N-ジメチルホルムアミド（DMF）1mL中にPBI 2の553 mgの（1.2 M）に溶解します。 </li><li> PBI 2溶液に一価カチオンのハロゲン化物の0.02 Mを追加します。 </li><li>スピンコート回転数4000rpmのランプで6500 rpmで30秒間基板（ 例えば、メソポーラス-TiO 2の）上に得られた黄色透明溶液。 </li><li> 30分間80℃でホットプレート上にフィルムを焼きます。 </li><li>イソプロパノール5mLにメチルアンモニウムヨウ化物（MAI）を40mgを溶解します。 </li><li>二段階protocを用いて得られたヨウ化鉛膜上MAI溶液を十分にコートにスピンロード時間の45秒を含んでオールは4,000rpmでスピンの20秒が続きます。 </li><li> 45分間100℃でホットプレート上にスピンコートペロブスカイト膜をアニール。 </li></ol> 2.太陽電池の作製<ol><li> 基板準備 <ol><li>パターンフッ素ドープ酸化スズ（FTO）被覆ガラス。 <ol><li>半透明の粘着テープでFTOガラスの活性領域をカバーしています。 </li><li> FTO基板の覆われていない領域に亜鉛（Zn）粉末を注ぎます。 </li><li>蒸留水に塩酸（HCl）の2 Mを準備します。 </li><li> Zn粉末で覆われているFTOガラスの部分にHCl溶液を注ぎます。 </li><li>水とFTOを洗浄し、テープを取り外します。 </li></ol></li><li>基板を洗浄<ol><li> 2％（w / v）の洗剤を使用して、FTOガラスを洗ってください。 </li><li> 10分間、アセトン、イソプロパノール（IPA）中でエッチングされたFTO基板を超音波処理します。 </li><li> ultravとFTO基板を扱います15分間iolet / O 3洗浄剤。 </li></ol></li></ol></li><li> 正孔ブロッキング層の堆積 <ol><li> IPAの7 mLのチタンジイソプロビス（アセチルアセトネート）の0.6ミリリットル（TAA）を追加します。 </li><li> 450℃のホットプレート上で洗浄され、パターン化されたFTO基板を入れ、加熱前の接触面積をカバーしています。 </li><li>キャリアガスとしてO 2を使用して被覆されていない領域にTAA溶液噴霧熱分解。 </li><li> 30分間450℃でサンプルを残します。 </li></ol></li><li> 電子輸送層の堆積 <ol><li>エタノール（：7重量比2）と商用のTiO 2ペースト（30 nmの粒径）を希釈します。 </li><li> 30分間超音波処理することによって、TiO 2の希釈を均質化します。 </li><li>スピンコートを2000rpmのランプで5000 rpmで30秒のためのコンパクトなTiO 2の層を用いて調製した試料の上にチタニア希釈。 </li><li> 30 500℃でチタニア膜をアニール分。 </li><li> 20分間70℃の蒸留水中でのTiCl 4の40 mM溶液中の得られたメソ多孔質のTiO 2膜を扱います。 </li><li> 450でのTiCl 4 -処置フィルムをアニール 30分間°C。 </li></ol></li><li> ペロブスカイト層の堆積 注：チタニア層を有するFTO基板は製造プロセスの残りのための&lt;1％の湿度で乾燥エアボックスに移しました。 <ol><li>スピンコート回転数4000rpmのランプで6500 rpmで30秒間メソポーラスTiO 2の上に（ドーパントを有するとせずに）準備されたリードヨウ化ソリューションを提供しています。 </li><li> 30分間80℃でホットプレート上にフィルムを焼きます。 </li><li> 2,000rpmでの勾配で4,000rpmで20秒間回転させることにより、その後のローディング時間の45秒を含む2段階プロトコルを用いて得られたヨウ化鉛膜にMAI溶液の十分量をコートをスピン。 </li><li> hotpla上でスピンコートされたペロブスカイト型フィルムをアニール45分間100℃でTE。 </li></ol></li><li> 正孔輸送層の堆積 <ol><li>クロロベンゼンの1 mLにスピロOMeTADの72.3ミリグラムを追加し、溶液が透明になるまで振ります。 </li><li>アセトニトリル中のLiTFSIの520ミリグラムを追加することにより、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド（LiTFSIを）のストック溶液を作ります。 </li><li>スピロOMeTAD液にLiTFSIを原液の17.5μL、4- ターシャの -butylpyridine（TBP）の28.8μLを追加します。 </li><li> 2,000 rpmでのランプで4000 rpmで30秒間、上記の溶液をコートにスピン。 </li></ol></li><li> トップコンタクトの熱蒸着 <ol><li>サンプルをマスクし、蒸発器の真空チャンバー内に入れます。 </li><li> 0.01ナノメートル/秒の速度で金を80nmとし蒸発させます。 </li></ol></li></ol>

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	<li>Polman, A., Knight, M., Garnett, E. C., Ehrler, B., Sinke, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photovoltaic+materials+-+present+efficiencies+and+future+challenges.">Photovoltaic materials - present efficiencies and future challenges.</a> Science. 352, 307 (2016).</li><li>Green, M. A., Ho-Baillie, A., Snaith, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+emergence+of+perovskite+solar+cells.">The emergence of perovskite solar cells.</a> Nat. Photonics. 8 (7), 506-514 (2014).</li><li>Stranks, S. D., Snaith, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal-halide+perovskites+for+photovoltaic+and+light-emitting+devices.">Metal-halide perovskites for photovoltaic and light-emitting devices.</a> Nat. Nanotechnol. 10 (5), 391-402 (2015).</li><li>Snaith, H. H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perovskites:+The+Emergence+of+a+New+Era+for+Low-Cost,+High-Efficiency+Solar+Cells.">Perovskites: The Emergence of a New Era for Low-Cost, High-Efficiency Solar Cells.</a> The J. Phys. Chem. 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J., 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=Compositional+engineering+of+perovskite+materials+for+high-performance+solar+cells.">Compositional engineering of perovskite materials for high-performance solar cells.</a> Nature. 517 (7535), 476-480 (2014).</li><li>Li, X., 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=A+vacuum+flash-assisted+solution+process+for+high-efficiency+large-area+perovskite+solar+cells.">A vacuum flash-assisted solution process for high-efficiency large-area perovskite solar cells.</a> Science. 353 (6294), 58-62 (2016).</li><li>Manser, J. S., Kamat, P. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Band+filling+with+free+charge+carriers+in+organometal+halide+perovskites.">Band filling with free charge carriers in organometal halide perovskites.</a> Nat. Photonics. 8 (9), 737-743 (2014).</li><li>Xing, G., 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=Long-Range+Balanced+Electron-+and+Hole-Transport+Lengths+in+Organic-Inorganic+CH3NH3PbI3.">Long-Range Balanced Electron- and Hole-Transport Lengths in Organic-Inorganic CH3NH3PbI3.</a> Science. 342 (6156), 344-347 (2013).</li><li>Stranks, S. 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. 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=Photon+recycling+in+lead+iodide+perovskite+solar+cells.">Photon recycling in lead iodide perovskite solar cells.</a> Science. 351 (6280), 1430-1433 (2016).</li><li>Saliba, 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=Cesium-containing+Triple+Cation+Perovskite+Solar+Cells:+Improved+Stability,+Reproducibility+and+High+Efficiency.">Cesium-containing Triple Cation Perovskite Solar Cells: Improved Stability, Reproducibility and High Efficiency.</a> Energy Environ. Sci. 9 (6), (2016).</li><li>Pellet, N., 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=Mixed-organic-cation+perovskite+photovoltaics+for+enhanced+solar-light+harvesting.">Mixed-organic-cation perovskite photovoltaics for enhanced solar-light harvesting.</a> Angew. Chemie - Int. Ed. 53 (12), 3151-3157 (2014).</li><li>Hao, F., Stoumpos, C. C., Chang, R. P. H., Kanatzidis, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anomalous+band+gap+behavior+in+mixed+Sn+and+Pb+perovskites+enables+broadening+of+absorption+spectrum+in+solar+cells.">Anomalous band gap behavior in mixed Sn and Pb perovskites enables broadening of absorption spectrum in solar cells.</a> J. Am. Chem. Soc. 136 (22), 8094-8099 (2014).</li><li>Dar, M. I., Abdi-Jalebi, M., Arora, N., Gr&#228;tzel, M., Nazeeruddin, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+Engineering+of+CH+3+NH+3+PbI+3+Structures+for+High-Efficiency+Solar+Cells.">Growth Engineering of CH 3 NH 3 PbI 3 Structures for High-Efficiency Solar Cells.</a> Adv. Energy Mater. 6 (2), 1501358 (2016).</li><li>Ibrahim Dar, 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=Understanding+the+Impact+of+Bromide+on+the+Photovoltaic+Performance+of+CH3+NH3+PbI3+Solar+Cells.">Understanding the Impact of Bromide on the Photovoltaic Performance of CH3 NH3 PbI3 Solar Cells.</a> Adv. Mater. 27 (44), 7221-7228 (2015).</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+Monovalent+Cation+Halide+Additives+on+the+Structural+and+Optoelectronic+Properties+of+CH+3+NH+3+PbI+3+Perovskite.">Impact of Monovalent Cation Halide Additives on the Structural and Optoelectronic Properties of CH 3 NH 3 PbI 3 Perovskite.</a> Adv. Energy Mater. 6 (10), 1502472 (2016).</li><li>Yin, W. J., Shi, T., Yan, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unusual+defect+physics+in+CH3NH3PbI3+perovskite+solar+cell+absorber.">Unusual defect physics in CH3NH3PbI3 perovskite solar cell absorber.</a> Appl. Phys. Lett. 104 (6), 063903/1-063903/4 (2014).</li><li>Agiorgousis, M. L., Sun, Y. Y., Zeng, H., Zhang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strong+Covalency-Induced+Recombination+Centers+in+Perovskite+Solar+Cell+Material+CH+3+NH+3+PbI+3.">Strong Covalency-Induced Recombination Centers in Perovskite Solar Cell Material CH 3 NH 3 PbI 3.</a> J. Am. Chem. Soc. 136 (41), 14570-14575 (2014).</li><li>Andaji Garmaroudi, Z., Abdi-Jalebi, M., Mohammadi, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+facile+low+temperature+route+to+deposit+TiO2+scattering+layer+for+efficient+dye-sensitized+solar+cells.">A facile low temperature route to deposit TiO2 scattering layer for efficient dye-sensitized solar cells.</a> RSC Adv. 6 (75), (2016).</li><li>Abdi-Jalebi, M., Mohammadi, M. R., Fray, D. 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.

メゾスコピックペロブスカイト型太陽電池の一般的なアーキテクチャは、材料の一連のスピンコート導電性基板と熱的に蒸発させた金属コンタクト（ 図1）の間であった本研究で使用しました。メソポーラスTiO 2の層は、表面トラップを不動態化するために、電子輸送層と吸収材料21、22の間のインターフェースを改善することが報告されたTiCl 4で処理しました。ペロブスカイト層を順次二段階の堆積技術を用いて堆積させました。第二段階でのペロブスカイトへの鉛のハロゲン化物の完全な変換が最も高い光吸収16、17を達成するために不可欠であり、我々は、一価カチオンのハロゲン化剤（ 例えば、NaIをとのCuBr）は完全な変換をもたらすことを示しました。メソ多孔質チタニア層Wのさらに完全な被覆ペロブスカイトi番目オーバー層、正孔輸送層（ 例えば、スピロOMETAD）、電子輸送層（ 例えば、メソ多孔性のTiO 2）23との間の潜在的な組換えを排除するために重要です。我々は、1価のカチオンのハロゲン化物（ 例えば、CuIをとのAgI）を添加すると、デバイスのためのより高い開回路電圧をもたらすペロブスカイトキャッピング層の表面被覆率を向上させることができることを図示しました。 本手法の主な利点は、我々は、電荷密度、電荷輸送、および吸収体層の導電率を向上させるためにCH 3 NH 3 PBI 3構造に一価カチオンを組み入れドーピング工程、です。前節で述べたように、上述のドーパントは著しく、電子と正孔移動度の両方を増強しました。また、同様にperovskiのエネルギー障害における電荷輸送の活性化エネルギーの著しい減少TE膜は、一価の陽イオンをドープすることによって達成されました。 本研究では、太陽電池構造ペロブスカイトメゾスコピックにおける吸収層としてCH 3 NH 3 PBI 3をドープする方法を示しました。一価カチオンのハロゲン化物は、太陽電池の性能を向上させるために調整するためにCH 3 NH 3 PBI 3ペロブスカイト膜の、形態的、光学的、および電気的特性を使用しました。そこで、PBI 3 NH 3 CH 3の逐次二段階堆積リード源でのPb 2+と同様のイオン半径を有する三つの異なる一価の陽イオン（ 例えば、ナトリウム+はCu +及びAg +）を、組み込まれ。結果として、CH 3 NH 3 PBI 3の構造と光電子特性の著しい改善を作製太陽電池のより高いのPCEにつながる、これらの添加剤の存在下で起こりました。したがって、我々の仕事のハイテクさらに、ペロブスカイト薄膜の電子的品質を改善するために、ペロブスカイト型太陽電池（ 例えば、平面アーキテクチャ）の他のすべての構成で使用することができる吸収体層としてPBI 3 NH 3 CH 3をドープの容易な方法をghlights。 https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/260187：この論文の基礎となるデータがでご利用いただけます。

現在、世界のエネルギー必要量（ すなわち、85％）の支配的な部分は、地球温暖化を促進し、私たちの環境1に有害な影響を持っている石油、石炭、天然ガスの燃焼によって供給されています。従って、エネルギーのCO 2 -neutral源の開発が最重要関心事です。太陽光発電（PV）は、この要件を満たすことができる理想的なエネルギー変換プロセスです。しかし、コストや効率は、太陽光発電技術の広範な採用の主な障害として、改善されなければなりません。このようなペロブスカイト型太陽電池（PSC）などの新しい材料に基づく太陽光発電技術を、新興、低コストと効率化の組み合わせを持っています。これは、シリコンベースの対応2,3に比べて容易に入手できる安価な材料の使用、並びに、速く容易、かつ低エネルギー処理経路を介してを介して達成されます。4。 3.8％から22％以上の電力変換効率（PCE）の著しい改善が、PVアーキテクチャ5、6、7、8で初登場以来、有機-無機ハイブリッド鉛ハライドペロブスカイトについて報告されています。このような優れた性能は非常に鋭利バンド端で強い光吸収に由来する、非常に低いエネルギッシュな障害、簡単に大規模な拡散長と自由キャリアに解離弱く結合した励起子、および有機 - 無機ハイブリッドの光子のリサイクル能力リードハロゲンペロブスカイト9、10、11、12。これらの材料は、ABX 3の結晶を形成する有機ハロゲン化物と金属ハロゲン化物塩から結晶化されたペロブスカイト家族、に分類されています</sub&gt; Xはアニオンである構造、及びA及びBは、異なるサイズの陽イオンは、（Bよりも大きい）です。サイトの報告された陽イオンは、メチル（MA）、ホルムアミジ（FA）、およびセシウム（Cs）が挙げられます。これらの陽イオンの組み合わせが最高の性能13,14を示しています。また、Bサイト中の二価カチオンのための主な候補は、錫で置き換えることができる鉛です。バンドギャップが正常にレッドシフト鉛-錫混合ペロブスカイト15 1,000 nm以上にすることができます。ヨウ化物（I）及びブロマイド（BR）の混合物を主候補16、17として導入された場合も同様に、Xサイトの乗員は、広範囲に研究されています。したがって、それらの化学組成を変更することによりペロブスカイトの構造形態学、および光電子特性を操作することは非常に妥当です。 事実にもかかわらず、その強化された水晶μLLINE質ペロブスカイト膜の巨視的な均一性は、効率的な装置18を実現するために重要なパラメータであり、多結晶ドメイン、原点ペロブスカイト吸収の電子欠陥の役割、および電荷収集層の役割時の境界の影響ペロブスカイト型太陽電池の損失プロセスはまだ十分に理解されていません。ペロブスカイト構造における電子の欠陥の性質については、または、伝導帯および価電子帯における状態の連続中に非常に近い状態をもたらし、このようなI又はPbの空孔などの欠陥の多くのことが報告されています光起電力素子19に負の電子の影響を与える可能性があります。また、鉛カチオン及びペロブスカイト平面中のヨウ化物アニオンとの間に強い共有結合相互作用が本質的な欠陥の存在につながる可能性があり（ 例えば、鉛二量体およびIトリマーをコーディネートアンダー）、レコード生成可能性があります装置20の動作時に電荷再結合中心として作用するバンド端内のE部位。 ここでは、ドーピングCH 3の影響を調査するNH 3 PBIのNa +はCu +及びAg +、のPb 2+より低い原子価の金属イオンを含む一価のカチオンのハロゲン化物と3ペロブスカイト。そこで我々は、ペロブスカイト前駆体溶液に彼らのハライド系の塩（ 例えば、NaIを、CuBrを、CuIを、とのAgI）の合理的な量の添加により、これらの陽イオンを組み込みます。これらの陽イオンは鉛2+に似たイオン半径を持っているので、結晶内の置換ドーピングは可能性があります。我々は、これらの陽イオンの存在を強く形態とペロブスカイト層の被覆率の両方に影響を与えることを示しています。また、これらのカチオン（ 例えば Na +及びAg +）の存在は、X線光電子分光法（XPS）により確認し、そしてsignificanされていますペロブスカイトのフェルミ準位におけるTの変化はケルビンプローブフォース顕微鏡（KPFM）により測定しました。順次堆積ペロブスカイト型太陽電池にこれらのカチオンを組み込むことによって、我々は、PSC（15.6％が14％と比較）の光起電力効率の向上を達成しました。したがって、電荷輸送を最大にするために、最高のPV性能を達成するために表面トラップを不動態化するために太陽電池アーキテクチャの吸収体層（ 例えば、ペロブスカイト型）の構造的及び光電子的特性を向上させるために非常に不可欠です。

<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

ここでは、光学励起子、および電気的特性を調整するために、CH 3 NH 3 PBI 3ペロブスカイトに一価陽イオン添加物の取り込みを実証します。ドーピングの可能性のCu +とNa +、及びAg +などのPb 2+と同様のイオン半径と一価のカチオンのハロゲン化物を添加することにより調べました。フェルミ準位のシフトとペロブスカイト型の下位精力的な障害と一緒にサブバンドギャップ光吸収の著しい減少が、達成されました。バルク正孔移動度と添加剤ベースのペロブスカイト型装置内輸送の活性化エネルギーの大幅な削減で1桁増強が達成されました。これらの陽イオンの存在下で上記の改善された性質の合流は、ペロブスカイト型太陽電池の光起電パラメータの向上につながりました。ヨウ化銀のための開回路電圧で70 mVでの増加及び2ミリアンペア/ cm 2の悪童NaI-とのCuBrベースの太陽電池の光電流密度のrovementは、自然のままのデバイスに比べて達成されました。私たちの仕事は、CH 3 NH 3 PBI 3ペロブスカイトと後続のデバイスの光電子品質のさらなる改善のための道を開きます。これは、結晶中のドーパント不純物の役割に関する研究のための新しい道を強調し、ペロブスカイト構造の電子欠陥密度を制御します。

電界放射型走査電子顕微鏡（FESEM）を作製したペロブスカイト型太陽電池の両方の断面の画像を記録する（ 図1）及び堆積PBI 2およびCH 3 NH 3 PBI 3フィルムの上面画像（ 図2）を用いました。 X線回折（XRD）及びX線光電子分光法（XPS）ペロブスカイト膜（ 図3及び4）の構造的特性を特徴づけるために使用しました。光熱偏向分光（PDS）とケルビンプローブフォース顕微鏡（KPFM）は、それぞれ、ペロブスカイト膜、（ 図5および6）の光学的および電気的特性を調べるために使用しました。また、空間電荷制限電流（SCLC）に基づいて、温度依存バルク輸送測定は、ペロブスカイト型デバイス（ 図7）で行いました。最後に、標準photovolta製造されるデバイスのIC 50測定は、（ 図8および表1）を行いました。 図2に示されているメソポーラスTiO 2層（MP-たTiO 2）の上に堆積PBI 2およびCH 3 NH 3の上面SEM像PBI 3に基づいて、ペロブスカイトの形態の添加剤の効果は、ここで例示しましたPBI 2の大枝状結晶は、NaIをベースサンプルで達成されました。これは、ペロブスカイトの大きい非対称結晶の形成につながりました。さらに、我々はCuI-とのAgIベースのサンプル（ 図2cおよび2E）用のキャップ層を均一かつピンホールのないペロブスカイトを得ました。 CH 3 NH 3 PBI 3及びPBI 2の変換のCH 3にNH 3 PBIの結晶構造の一価のカチオンのハロゲン化剤の効果を調べるために図3に示すように 、X線回折（ 図3）を行いました。最終的なペロブスカイト型の結晶構造は、すべてのサンプルについて同じままであったが、2θにおける回折ピーク= 12.6、未変換PBI 2に相当し、のNaIとのCuBrの添加剤の存在下で除去されたことは明らかです。 図4に示すようにCH 3内にNH 3 PBI 3ペロブスカイト膜をこれらの一価の陽イオンの存在を確認するために、我々は、XPS分析を行いました。銅の濃度はおそらくヨウ化物の近さ（I 3P1 / 2）および銅（Cu 2P1に、推定することができなかったのに対し、XPSデータに基づいて、我々は、ペロブスカイト型フィルム内のNa及びAgイオンの存在を実証しました/ 2）のピーク。 ペロブスカイトの吸収スペクトルの1価のカチオンの添加剤の効果は、PDSで測定した図5aに示されています。添加剤ベースのCH 3 NH 3 PBI 3は手付かずのサンプルと比較して、より低いサブバンドギャップの吸収を有していたことが明らかです。また、吸収テールは、ハロゲン化銅（ 図5b）の固有吸収に由来Cu系サンプルについて観察されました。吸収テールは、最終的なペロブスカイト膜のCuカチオンの存在を確認するが、それらの取り込みが完了していないことからCuIベースPBI 2およびCH 3 NH 3 PBI 3のPDSとの比較に基づいて、明らかです。また、材料の精力的な障害の程度の尺度であるアーバックエネルギー（EU）は、自然のままの、NaI-、CuBr-、CuI-、およびヨウ化銀ベースのペロブスカイトのために推定され、値は15.6でありました、それぞれ11.8、12.8、13.5、および15.2 meVで、（ 図5aの挿入図）。 電動式で、前述の添加剤の影響を調査するために、CH 3 NH 3 PBI 3のonic構造は、我々は、ラインプロファイルの接触電位差（CPD）を測定したKPFMを行います。これは、 図6に示されるペロブスカイト型の表面の仕事関数（Φ）に相当します。自然のままのものと比較添加剤系ペロブスカイトのCPD（ すなわち、0.1 V）の明確なシフトがペロブスカイトフェルミ準位が価電子帯にシフトしていることを示しています。ペロブスカイトのフェルミ準位の変化は、置換p型ドーピング（ 例えば、一価の陽イオンX +でのPb 2+の置換）ペロブスカイト型の結晶表面でまたは表面パッシベーションのいずれかに起因することができます。 PBI 3電荷密度及びCH 3 NH 3での輸送特性のドーピングの効果を調べるために、我々は、温度依存性のバルク輸送の測定を行った（ 図7a </strオング&gt;）。私たちは、完全な電子と正孔のみ手付かずと添加剤ベースのペロブスカイト型デバイスの空間電荷制限電流（SCLC）に基づいて、バルクキャリア移動度（μSCL）を推定しました。導電性の両方の電子と正孔移動度の著しい増加は、特に手付かずのペロブスカイト（ 表1）と比較してのNaIとのCuBrのサンプルについて、達成されました。電荷移動度、導電率の向上は、短絡電流（J SC）の増強と一致しており、 図7bに示す作製太陽電池の曲線因子（FF）ことは注目に値します。さらに、我々は明確な減少は、添加剤系ペロブスカイトのために達成された温度依存性のバルク輸送の測定値を使用して、電子と正孔の両方に電荷輸送のための活性化エネルギー（E A）を推定しました。この改善があるため、ドーピング、充填番目のキャリアの高密度化に起因します輸送障壁の大幅な下落につながる電子輸送トラップ、。 我々は、上記の1価のカチオンのハロゲン化物、対応するJ-V曲線、及び図8aおよび表1に要約されている光起電パラメータに基づいて、ペロブスカイト型太陽電池を作製しました。開回路電圧の大幅な改善があるため、理想的な表面被覆率（ 図2Cおよび図2E）のCuI-（150 V）およびAgI-（1.02 V）両方の系太陽電池のために達成されました。さらに、CuBr-とのNaIベースの太陽電池の短絡電流（≈2ミリアンペアセンチメートル-2）の著しい増加が達成された、CH 3 NH 3 PBI 3にPBI 2の完全な変換に起因することができます。この改善は、 図8bに示される入射光子対電流変換効率（IPCE）スペクトルによって確認しました。最後に、Higher電力変換効率（PCE）15.2％、15.6％、及び15.3％のレベルがNaI-、CuBr-ために達成された、およびCuIのベースのデバイスは、それぞれ、自然のままのペロブスカイト型太陽電池用の14.0％の値と比較します。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig1.jpg" /> 図1：メゾスコピックペロブスカイト型太陽電池構造。次のような構造を持つ完全なデバイスのSEM断面顕微鏡写真：FTO /コンパクト-TiO 2の/メソポーラス-たTiO 2 / CH 3 NH 3 PBI 3 /スピロOMeTAD / Auから。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig2.jpg" /> 図2：ヨウ化鉛及びペロブスカイト構造の形態学的解析。 PBI 2（左側）およびCH 3 NH 3 PBI 3の上面SEM画像（右側）の構造：（A）自然のまま、（ <st<html>メソポーラスTiO 2の上に堆積された栄&gt; B）CuBr-、（C）CuI-、（D）NaI-、および（e）のAgI系ペロブスカイト試料は、FTOがコーティングを採用しました。この図は、基準18から再生されています。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig3.jpg" /> 図3ペロブスカイト結晶の一価カチオンのハロゲン化剤の影響。 FTO被覆ガラス上に堆積されたメソポーラスTiO 2の膜上に成長させ原始と添加剤ベースのCH 3 NH 3 PBI 3ペロブスカイトのX線回折スペクトル。この図は、基準18から再生されています。トン= &quot;_空白&quot;&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig4.jpg" /> 図4：CH 3 NH 3 PBI 3ペロブスカイト構造における一価の陽イオンのトレース。自然のままの、CuBr-、CuI-、NaI-、およびヨウ化銀ベースのペロブスカイト薄膜のXPS分析。この図は、基準18から再生されています。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig5.jpg" /> 図5：ペロブスカイト薄膜の光学特性。 （a）は、自然のままと添加剤ベースの鉛源由来のペロブスカイト膜の吸収スペクトルは、PDSの技術を使用して測定しました。ザ挿入図は、すべてのサンプルに対応するアーバックエネルギーを示しています。エラーバーは、アーバックテイルフィッティングでSDによって定義されます。 （b）は手付かずのPDSの吸収スペクトルとのCuBr系鉛ヨウ化ペロブスカイトフィルムの比較を、同様のCuBrは、MS-TiOおよびCuBrの専用フィルム上に堆積しました。この図は、基準18から再生されています。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図6" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig6.jpg" /> 図6：ペロブスカイト薄膜の表面電位に一価の陽イオン添加物の影響。 KPFMを使用して、自然のままと添加剤ベースのペロブスカイト型フィルムから記録されたCPDラインプロファイル。 AFMトポグラフィ画像は、上に示されています。この図は、基準18から再生されました<html> 。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図7" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig7.jpg" /> 図7：ペロブスカイト膜の電荷輸送特性。 （a）は、ホール専用デバイスのJV特性（ITO / PEDOT：PSS /ペロブスカイト/ Auから）、SCLC正孔移動度を推定するために利用。電流密度（J）はペロブスカイト層の厚さにスケーリングされることに注意してください。 （b）は Jの皮下の動向は、自然のままと添加剤ベースのペロブスカイトのための時間 、及びμE、μ。この図は、基準18から再生されています。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> トン &quot;FO：キープtogether.withinページ=&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="図8" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig8.jpg" /> 図8：太陽光性能特性。 （A）は100mW / cm 2の照明下でのデバイスの電流-電圧特性を、一価カチオンのハロゲン化物の種類を使用して得られた鉛源溶液に添加しました。 （b）は自然のままの、CuBr-、CuI-、NaI-、およびヨウ化銀ベースのペロブスカイト型太陽電池の単色光の波長の関数としての入射光子-電流効率（IPCE）スペクトルを。この図は、基準18から再生されています。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig8large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> サンプルの種類 </td><td>J SC </td><td> V OC </td><td> FF </td><td> PCE </td><td> μE </td><td> μ 時間 </td><td> E A E </td><td> E A H </td></tr><tr><td></td><td> （ミリアンペアcm -2で） </td><td> （V） </td><td></td><td> （％） </td><td> （単位cm 2 / Vs で ） </td><td> （単位cm 2 / Vs で ） </td><td> （meVで） </td><td> （meVで） </td></tr><tr><td> 原始の </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> 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> CuI </td><td> 21.81 </td><td> 150 </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> 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> ヨウ化銀 </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> 表1：PSC の太陽電池及び電荷輸送パラメータ。最高のパフォーマンスを示して手付かずと添加剤ベースのペロブスカイト型太陽電池の活性化エネルギーと一緒にJVの測定と電荷移動度由来太陽光発電パラメータの概要、およびされたF二段階堆積法を使用してabricated。太陽光発電のパラメータの統計は最高のパフォーマンスのデバイスと同じ傾向をたどることは注目に値します。このテーブルには、基準18から再生されています。

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Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

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