Name: solution-processed "silver-bismuth-iodine" ternary thin films for lead-free photovoltaic absorbers
Uploaded: 2018-09-27T14:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Solution-Processed "Silver-Bismuth-Iodine" Ternary Thin Films for Lead-Free Photovoltaic Absorbers at JoVE.com

इस काम को डेगू Gyeongbuk इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस ऐंड टेक्नोलॉजी (DGIST) रिसर्च ऐंड डिवेलपमेंट (आर एंड डी) प्रोग्राम ऑफ साइंस, आईसीटी और फ्यूचर प्लानिंग ऑफ कोरिया (18-एट-01) के सहयोग से किया गया । इस काम के लिए कोरिया गणराज्य के ऊर्जा प्रौद्योगिकी मूल्यांकन और नियोजन (KETEP) और व्यापार, उद्योग एवं ऊर्जा मंत्रालय ((सं. २०१७३०१००१३२००) गणतंत्र के (मोती) का समर्थन भी किया गया था ।

1. नंगे शीशे की तैयारी, फ्लोरीन-मैगनीज टिन ऑक्साइड (SnO2: F) सब्सट्रेट्स
<ol><li>नंगे-गिलास, फ्लोरीन-मैगनीज टिन ऑक्साइड (FTO) सब्सट्रेट साफ करने के लिए, उन्हें क्रमिक रूप से sonicate 2% ट्राइटन युक्त एक जलीय समाधान में,...

<ol>
	<li>Gr&#228;tzel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Light+and+Shade+of+Perovskite+Solar+Cells.">The Light and Shade of Perovskite Solar Cells.</a> Nature Materials. 13, 838-842 (2014).</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> Nature Photonics. 8, 506-514 (2014).</li><li>Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organometal+Halide+Perovskites+as+Visible-Light+Sensitizers+for+Photovoltaic+Cells.">Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells.</a> Journal of American Chemical Society. 131 (17), 6050-6051 (2009).</li><li>Burschka, 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=Sequential+Deposition+as+a+Route+to+High-Performance+Perovskite-Sensitized+Solar+Cells.">Sequential Deposition as a Route to High-Performance Perovskite-Sensitized Solar Cells.</a> Nature. 499, 316-319 (2013).</li><li>Yang, W. S., 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=Iodide+Management+in+Formamidinium-Lead-Halide-Based+Perovskite+Layers+for+Efficient+Solar+Cells.">Iodide Management in Formamidinium-Lead-Halide-Based Perovskite Layers for Efficient Solar Cells.</a> Science. 356 (6345), 1376-1379 (2017).</li><li>Park, B. -. W., 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=Bismuth+Based+Hybrid+Perovskites+A3Bi2I9+(A:+Methylammonium+or+Cesium)+for+Solar+Cell+Application.">Bismuth Based Hybrid Perovskites A3Bi2I9 (A: Methylammonium or Cesium) for Solar Cell Application.</a> Advanced Materials. 27 (43), 6806 (2015).</li><li>Hoye, R. L. Z., 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=Methylammonium+Bismuth+Iodide+as+a+Lead-Free,+Stable+Hybrid+Organic-Inorganic+Solar+Absorber.">Methylammonium Bismuth Iodide as a Lead-Free, Stable Hybrid Organic-Inorganic Solar Absorber.</a> Chemistry&#8722;European Journal. 22 (8), 2605-2610 (2016).</li><li>Lyu, 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=Organic-Inorganic+Bismuth+(III)-Based+Material:+A+Lead-Free,+Air-Stable+and+Solution-Processable+Light-Absorber+beyond+Organolead+Perovskites.">Organic-Inorganic Bismuth (III)-Based Material: A Lead-Free, Air-Stable and Solution-Processable Light-Absorber beyond Organolead Perovskites.</a> Nano Research. 9 (3), 692-702 (2016).</li><li>Mitzi, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organic-Inorganic+Perovskites+Containing+Trivalent+Metal+Halide+Layers:+The+Templating+Influence+of+the+Organic+Cation+Layer.">Organic-Inorganic Perovskites Containing Trivalent Metal Halide Layers: The Templating Influence of the Organic Cation Layer.</a> Inorganic Chemistry. 39 (26), 6107-6113 (2000).</li><li>Mashadieva, L. F., Aliev, Z. S., Shevelkov, A. V., Babanly, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Investigation+of+the+Ag-Bi-I+Ternary+System+and+Thermodynamic+Properties+of+the+Ternary+Phases.">Experimental Investigation of the Ag-Bi-I Ternary System and Thermodynamic Properties of the Ternary Phases.</a> Journal of Alloys and Compounds. 551, 512-520 (2013).</li><li>Kim, Y., 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=Pure+Cubic-Phase+Hybrid+Iodobismuthates+AgBi2I7+for+Thin-Film+Photovoltaics.">Pure Cubic-Phase Hybrid Iodobismuthates AgBi2I7 for Thin-Film Photovoltaics.</a> Angewandte Chemie International Edition. 55 (33), 9586-9590 (2016).</li><li>Fourcroy, P. H., Palazzi, M., Rivet, J., Flahaut, J., C&#233;olin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Etude+du+Systeme+AgIBiI3.">Etude du Systeme AgIBiI3.</a> Materials Research Bulletin. 14 (3), 325-328 (1979).</li><li>Kondo, S., Itoh, T., Saito, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strongly+Enhanced+Optical+Absorption+in+Quench-Deposited+Amorphous+AgI+Films.">Strongly Enhanced Optical Absorption in Quench-Deposited Amorphous AgI Films.</a> Physical Review B. 57 (20), 13235-13240 (1998).</li><li>Kumar, P. S., Dayal, P. B., Sunandana, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+Formation+Mechanism+of+&#947;-AgI+Thin+Films.">On the Formation Mechanism of &#947;-AgI Thin Films.</a> Thin Solid Films. 357 (2), 111-118 (1999).</li><li>Valid&#378;i&#263;, I. L., Jokanpvi&#263;, V., Uskokovi&#263;, D. P., Nedeljkovi&#263;, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Solvent+on+the+Structural+and+Morphological+Properties+of+AgI+Particles+Prepared+Using+Ultrasonic+Spray+Pyrolysis.">Influence of Solvent on the Structural and Morphological Properties of AgI Particles Prepared Using Ultrasonic Spray Pyrolysis.</a> Materials Chemistry and Physics. 107 (1), 28-32 (2008).</li><li>Tezel, F. M., Kariper, &. #. 3. 0. 4. ;. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+pH+on+Optic+and+Structural+Characterization+of+Chemical+Deposited+AgI+Thin+Films.">Effect of pH on Optic and Structural Characterization of Chemical Deposited AgI Thin Films.</a> Materials Research Ibero-American Journal of Materials. 20 (6), 1563-1570 (2017).</li><li>Chai, W. -. X., Wu, L. -. M., Li, J. -. Q., Chen, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Series+of+New+Copper+Iodobismuthates:+Structural+Relationships,+Optical+Band+Gaps+Affected+by+Dimensionality,+and+Distinct+Thermal+Stabilities.">A Series of New Copper Iodobismuthates: Structural Relationships, Optical Band Gaps Affected by Dimensionality, and Distinct Thermal Stabilities.</a> Inorganic Chemistry. 46 (21), 8698-8704 (2007).</li><li>Konstantatos, 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=Ultrasensitive+Solution-Cast+Quantum+Dot+Photodetectors.">Ultrasensitive Solution-Cast Quantum Dot Photodetectors.</a> Nature. 442, 180-183 (2006).</li><li>Mercier, N., Louvaina, N., Bi, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+Diversity+and+Retro-Crystal+Engineering+Analysis+of+Iodometalate+Hybrids.">Structural Diversity and Retro-Crystal Engineering Analysis of Iodometalate Hybrids.</a> CrystEngComm. 11 (5), 720-734 (2009).</li><li>Zhu, X. H., 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=Effect+of+Mono-+versus+Di-ammonium+Cation+of+2,2'-Bithiophene+Derivatives+on+the+Structure+of+Organic-Inorganic+Hybrid+Materials+Based+on+Iodo+Metallates.">Effect of Mono- versus Di-ammonium Cation of 2,2'-Bithiophene Derivatives on the Structure of Organic-Inorganic Hybrid Materials Based on Iodo Metallates.</a> Inorganic Chemistry. 42 (17), 5330-5339 (2003).</li><li>Zhu, H., Pan, M., Johansson, M. B., Johansson, E. M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+Photon-to-Current+Conversion+in+Solar+Cells+Based+on+Light-Absorbing+Silver+Bismuth+Iodide.">High Photon-to-Current Conversion in Solar Cells Based on Light-Absorbing Silver Bismuth Iodide.</a> ChemSusChem. 10 (12), 2592-2596 (2017).</li><li>Turkevych, I., 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=Photovoltaic+Rudorffites:+Lead-Free+Silver+Bismuth+Halides+Alternative+to+Hybrid+Lead+Halide+Perovskites.">Photovoltaic Rudorffites: Lead-Free Silver Bismuth Halides Alternative to Hybrid Lead Halide Perovskites.</a> ChemSusChem. 10 (19), 3754-3759 (2017).</li></ol>

हम एजी द्वि-मैं त्रिगुट अर्धचालक, जो सीसा mesoscopic डिवाइस आर्किटेक्चर के साथ पतली फिल्म सौर कोशिकाओं में मुक्त फोटोवोल्टिक अवशोषक के रूप में शोषण किया जा रहे है के समाधान के निर्माण के लिए एक विस्तृत प्रोट?...

समाधान-प्रसंस्कृत अकार्बनिक पतली फिल्म सौर कोशिकाओं को व्यापक रूप से किया गया है कई शोधकर्ताओं द्वारा अध्ययन के लिए सीधे सूरज की रोशनी में बदलने की मांग1,2,3,4,5। सामग्री संश्लेषण और डिवाइस वास्तुकला के विकास के साथ, सीसा halide आधारित perovskites एक शक्ति रूपांतरण क्षमता (PCE) 22%5से अधिक के साथ सबसे अच्छा सौर सेल अवशोषक होने की सूचना दी गई है । हालांकि, वहां विषाक्त नेतृत्व के उपयोग के बारे में चिंता बढ़ रही हैं, साथ ही साथ नेतृत्व की स्थिरता मुद्दों-halide perovskite ही ।
यह हाल ही में बताया गया है कि विस्मुट-संकर perovskites आधारित एक विस्मुट आयोडाइड जटिल इकाई में monovalent cations शामिल द्वारा गठित किया जा सकता है और इन mesoscopic सौर सेल आर्किटेक्चर6में फोटोवोल्टिक अवशोषक के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, 7,8. perovskites में लेड को विस्मुट के साथ बदला जा सकता है, जिसमें 6s2 आउटर लोन पेयर है; हालांकि, अभी तक केवल पारंपरिक सीसा halide के तरीके विस्मुट-जटिल क्रिस्टल संरचनाओं के साथ संकर perovskites आधारित के लिए इस्तेमाल किया गया है, तथ्य यह है कि वे अलग ऑक्सीकरण राज्यों और रासायनिक गुण9के बावजूद है । इसके अलावा, इन perovskites खराब सतह morphologies है और पतली फिल्म डिवाइस अनुप्रयोगों के संदर्भ में अपेक्षाकृत मोटी फिल्मों का उत्पादन; इसलिए, वे उच्च बैंड के साथ एक गरीब फोटोवोल्टिक प्रदर्शन-अंतर ऊर्जा (> 2 eV)6,7,8है । इस प्रकार, हम एक नई विधि खोजने की मांग की विस्मुट आधारित पतली फिल्म अर्धचालक, जो पर्यावरण के अनुकूल हैं, हवा स्थिर है, और कम बैंड अंतर ऊर्जा है (< 2 eV), सामग्री डिजाइन और कार्यप्रणाली पर विचार ।
हम समाधान-प्रोसेस्ड एजी-द्वि-मैं त्रिगुट पतली फिल्मों, जो AgBi2मैं7 और एजी2बीि5के लिए सघन किया जा सकता है, नेतृत्व मुक्त और हवा स्थिर अर्धचालक10,11के लिए वर्तमान । AgBi2मैं7 संरचना के लिए इस अध्ययन में, एन butylamine एक विलायक के रूप में एक साथ चांदी आयोडाइड (आगि) और विस्मुट आयोडाइड (बीि3) पुरोगामी को भंग करने के लिए प्रयोग किया जाता है । मिश्रण स्पिन डाली है और एक N2-भरा दस्ताने बॉक्स में 30 मिनट के लिए १५० ° c पर annealed; इसके बाद, फिल्मों के कमरे के तापमान को बुझती है । परिणामी तनु फिल्मों के रंग में भूरे-काले होते हैं । इसके अलावा, सतह आकृति विज्ञान और एजी-द्वि-I त्रिगुट प्रणालियों के क्रिस्टल संरचना एनीलिंग तापमान और आगि/बीि3के अग्रदूत अनुपात द्वारा नियंत्रित कर रहे हैं । परिणामस्वरूप AgBi2मैं7 पतली फिल्मों का प्रदर्शन एक घन चरण क्रिस्टलीय संरचना, घने और चिकनी सतह morphologies के बड़े अनाज के साथ २००-८०० एनएम आकार में, और १.८७ eV के एक ऑप्टिकल बैंड अंतर ७४० एनएम के एक तरंग दैर्ध्य से प्रकाश को अवशोषित करने के लिए शुरू . यह हाल ही में बताया गया है कि क्रिस्टल रचनाओं और उपकरण वास्तुकला, एजी द्वि-मैं त्रिगुट पतली फिल्म सौर कोशिकाओं के अनुकूलन से ४.३% की एक PCE प्राप्त कर सकते हैं ।

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Bismuth(III) iodide, Puratronic, 99.999% (metals basis)</td>
			<td>Afa Aesar</td>
			<td>7787-64-6</td>
			<td>stored in N2-filled condition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver iodide, Premion, 99.999% (metals basis)</td>
			<td>Afa Aesar</td>
			<td>7783-96-2</td>
			<td>stored in N2-filled condition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Butylamine 99.5%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>109-73-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>9002-93-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl alcohol (IPA)</td>
			<td>Duksan</td>
			<td>67-63-0</td>
			<td>Electric High Purity GRADE</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Titanium(IV) isopropoxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>546-68-9</td>
			<td>&#8805;97.0%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl alcohol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>64-17-5</td>
			<td>200 proof, ACS reagent, &#8805;99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid</td>
			<td>SAMCHUN</td>
			<td>7647-01-0</td>
			<td>Extra pure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Titanium tetrachloride (TiCl4)</td>
			<td>sharechem</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50nm-sized TiO2 nanoparticle paste</td>
			<td>sharechem</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-propanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>67-63-0</td>
			<td>anhydrous, 99.5%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Terpineol</td>
			<td>Merck</td>
			<td>8000-41-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating oven</td>
			<td>WiseTherm</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen (O2) plasma</td>
			<td>AHTECH</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-ray diffraction (XRD)</td>
			<td>Rigaku</td>
			<td></td>
			<td>Rigaku Miniflex 600 diffractometer with a NaI scintillation counter and using monochromatized Cu-K&#945; radiation 
			(1.5406 &#197; wavelength).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fourier transform infrared (FTIR)</td>
			<td>Bruker</td>
			<td></td>
			<td>Bruker Tensor 27</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>field-emission scanning electron microscope (FE-SEM)</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td></td>
			<td>Hitachi SU8230</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-Vis spectra</td>
			<td>PerkinElmer</td>
			<td></td>
			<td>PerkinElmer LAMBDA 950 
			Spectrophotometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS)</td>
			<td>RBD Instruments</td>
			<td></td>
			<td>PHI5500 Multi-Technique system</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

solution-processed "silver-bismuth-iodine" ternary thin films for lead-free photovoltaic absorbers

विस्मुट आधारित संकर perovskites होनहार तस्वीर के रूप में माना जाता है-पर्यावरण के अनुकूल और हवा स्थिर सौर सेल अनुप्रयोगों के लिए सक्रिय अर्धचालक । हालांकि, गरीब सतह morphologies और अपेक्षाकृत उच्च bandgap ऊर्जा अपनी क्षमता सीमित है । चांदी-विस्मुट-आयोडीन (एजी-द्वि-I) optoelectronic उपकरणों के लिए एक होनहार अर्धचालक है । इसलिए, हम सामग्री समाधान प्रसंस्करण का उपयोग करके एजी-द्वि-मैं त्रिगुट पतली फिल्मों के निर्माण का प्रदर्शन । परिणामस्वरूप पतली फिल्मों को नियंत्रित सतह morphologies और ऑप्टिकल bandgaps उनके थर्मल एनीलिंग तापमान के अनुसार प्रदर्शन । इसके अलावा, यह बताया गया है कि एजी-द्वि-i त्रिगुट प्रणालियों के लिए सघन AgBi2मैं7, एजी2बीि5, आदि अग्रदूत रसायनों के अनुपात के अनुसार । समाधान-प्रसंस्कृत AgBi2मैं7 पतली फिल्मों का प्रदर्शन एक घन-चरण क्रिस्टल संरचना, घने, pinhole-२०० से ८०० एनएम के आकार में लेकर अनाज के साथ मुक्त सतह morphologies, और १.८७ eV के एक अप्रत्यक्ष bandgap । परिणामी AgBi2मैं7 पतली फिल्मों अच्छी हवा स्थिरता और ऊर्जा बैंड आरेख, साथ ही सतह morphologies और ऑप्टिकल bandgaps नेतृत्व मुक्त और हवा स्थिर एकल जंक्शन सौर कोशिकाओं के लिए उपयुक्त दिखा । हाल ही में, ४.३% बिजली रूपांतरण दक्षता के साथ एक सौर सेल एजी द्वि-मैं क्रिस्टल रचनाओं और सौर सेल डिवाइस आर्किटेक्चर के अनुकूलन के द्वारा प्राप्त किया गया था ।

यह बताया गया है कि एजी-द्वि-i त्रिगुट प्रणालियों, जो होनहार अर्धचालक के रूप में माना जाता है, विभिंन रचनाओं में सघन कर रहे हैं, जैसे AgBi2मैं7, AgBiI4, और एजी2बीि510, के अनुस?...

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Solution-Processed "Silver-Bismuth-Iodine" Ternary Thin Films for Lead-Free Photovoltaic Absorbers

इस के साथ साथ, हम समाधान के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल वर्तमान-प्रसंस्कृत चांदी विस्मुट-आयोडीन (एजी-द्वि-I) त्रिगुट अर्धचालक पतली TiO2पर गढ़े फिल्मों-लेपित पारदर्शी इलेक्ट्रोड और हवा के रूप में उनके संभावित आवेदन-स्थिर और नेतृत्व मुक्त optoelectronic उपकरणों ।

समाधान-प्रसंस्कृत "सिल्वर-विस्मुट-आयोडीन" सीसा-मुक्त फोटोवोल्टिक अवशोषक के लिए त्रिगुट पतली फिल्मों

Bismuth-based hybrid perovskites are regarded as promising photo-active semiconductors for environment-friendly and air-stable solar cell applications. ...

यह विधि आपको पर्यावरण के अनुकूल पतली फिल्म सौर कोशिकाओं के लिए समाधान-प्रोसेसेबल सिल्वर-बिमुथ-आयोडीन टर्नरी सेमीकंडक्टर बनाने और अनुप्रयोगों को अपनाने के बारे में महत्वपूर्ण सवालों के जवाब देने में मदद कर सकती है। इस तकनीक का मुख्य लाभ चांदी-बिमुथ-आयोडीन का समाधान निर्माण है जिसे तब एक सूक्ष्म उपकरण आर्किटेक्चर के साथ पतली फिल्म सौर कोशिकाओं में लीड-फ्री फोटोवोल्टिक अवशोषक के रूप में उपयोग किया जाता है। इस तकनीक में पर्यावरण के अनुकूल पतली फिल्म सौर कोशिकाओं के उत्पादन में संभावित अनुप्रयोग हैं क्योंकि चांदी-बिमुथ-आयोडीन टर्नरी सेमीकंडक्टर लीड-फ्री, हवा-स्थिर फोटोवोल्टिक अवशोषक हैं।कॉम्पैक्ट टाइटेनियम डाइऑक्साइड परतों के लिए अग्रदूत समाधान तैयार करना शुरू करने के लिए, 20 मिलीलीटर ग्लास शीशी में 8 मिलीलीटर निर्जल इथेनॉल रखें और इसे तेजी से हिलाना शुरू करें। सरगर्मी इथेनॉल ड्रॉपवाइज करने के लिए टाइटेनियम आइसोप्रोपोऑक्साइड के 0.74 मिलीलीटर जोड़ें। और फिर तेजी से केंद्रित हाइड्रोक्लोरिक एसिड के 0.06 मिलीलीटर जोड़ें।अग्रदूत समाधान बनाने के लिए कमरे के तापमान पर 12 और 24 घंटे के बीच के लिए मिश्रण हिलाओ । इसके बाद, 2% जलीय ऑक्टोक्सिनॉल-9, एसीटोन और आइसोप्रोपिल अल्कोहल में प्रत्येक में 15 मिनट के लिए एक इंच एफटीओ सब्सट्रेट द्वारा एक नंगे एक इंच का सिएट करें। एक घंटे के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में साफ सब्सट्रेट सूख और यह हवा में कमरे के तापमान को ठंडा करने दें।फिर, एक स्पिन कोटर चक पर सब्सट्रेट को ठीक करें। कॉम्पैक्ट टाइटेनियम डाइऑक्साइड परत अग्रदूत समाधान के साथ एक 1 मिलीलीटर या 3 मिलीलीटर सिरिंज भरें और 0.2 नैनोमीटर सिरिंज फिल्टर संलग्न करें। समाधान को एक छोटी शीशी में फ़िल्टर करें।इसे पूरी तरह से कवर करने के लिए सब्सट्रेट के लिए फ़िल्टर किए गए अग्रदूत समाधान के 200 माइक्रोलीटर लागू करें। स्पिन कोट 3000 आरपीएम पर सब्सट्रेट 30 सेकंड के लिए। एक घंटे के लिए ५०० डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में फिल्म Anneal ।फिर गर्मी बंद करें और सब्सट्रेट को हवा में ठंडा होने दें कमरे के तापमान में, जिसमें आमतौर पर लगभग छह घंटे लगते हैं। इसके बाद, टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड के जलीय 0.12 मोलर समाधान में लेपित सब्सट्रेट विसर्जित करें। सब्सट्रेट को 70 डिग्री सेल्सियस ओवन में 30 मिनट के लिए भिगो दें।अवशिष्ट टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड को हटाने के लिए बाद में डिओनाइज्ड पानी में सब्सट्रेट को अच्छी तरह से कुल्लाएं। एक घंटे के लिए ५०० डिग्री सेल्सियस पर फिल्म Anneal और फिर यह हवा में कमरे के तापमान को ठंडा करने के लिए अनुमति देते हैं । एक बार ठंडा होने के बाद, बाद में उपयोग के लिए नाइट्रोजन गैस के तहत कॉम्पैक्ट टाइटेनियम डाइऑक्साइड-लेपित सब्सट्रेट स्टोर करें।5 मिलीलीटर ग्लास शीशी में एक मेसोपोरस टाइटेनियम डाइऑक्साइड नैनोपार्टिकल परत के लिए अग्रदूत समाधान तैयार करना शुरू करने के लिए, 0.5 ग्राम 50 नैनोमीटर टाइटेनियम डाइऑक्साइड नैनोपार्टिकल पेस्ट को 1.75 ग्राम आइसोप्रोपिल अल्कोहल और 0.5 ग्राम टर्पाइनोल के साथ मिलाएं। शीशी में एक हलचल बार जोड़ें और तब तक हलचल करें जब तक कि पेस्ट पूरी तरह से भंग न हो जाए। इसमें आमतौर पर लगभग एक घंटे का समय लगता है।इसके बाद, एक स्पिन कोटर पर एक कॉम्पैक्ट टाइटेनियम डाइऑक्साइड-लेपित एफटीओ सब्सट्रेट को ठीक करें और सब्सट्रेट सतह के लिए नैनोपार्टिकल समाधान के 200 माइक्रोलीटर लागू करें। स्पिन कोट 30 सेकंड के लिए 5000 आरपीएम पर सब्सट्रेट। एक घंटे के लिए 500 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में लेपित सब्सट्रेट एनील करें और इसे कमरे के तापमान तक ठंडा करने की अनुमति दें।फिर सब्सट्रेट को टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड के जलीय 0.12 मोलर घोल में 30 मिनट के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर भिगो दें। सब्सट्रेट को डिएकोनाइज्ड पानी से अच्छी तरह से कुल्ला करें। यह एक घंटे के लिए ५०० डिग्री सेल्सियस पर Anneal और यह हवा में कमरे के तापमान को ठंडा करते हैं ।बाद में उपयोग के लिए नाइट्रोजन गैस के तहत कॉम्पैक्ट और मेसोपोरस टाइटेनियम डाइऑक्साइड परतों के साथ लेपित सब्सट्रेट स्टोर करें। कम आर्द्रता पर नाइट्रोजन से भरे दस्ताने में चांदी आयोडिस्मुथ हेप्टाओडाइड की पतली फिल्मों की तैयारी शुरू करने के लिए 0.3 ग्राम बिस्मुथ-तीन आयोडाइड, 0.06 ग्राम सिल्वर आयोडाइड और एन-बुटिलामाइन के 3 मिलीलीटर गठबंधन करते हैं। जब तक ठोस ज्यादातर भंग न हो जाएं तब तक मिश्रण को तेजी से भंवर में डाल दें, और फिर सिरिंज 0.2 माइक्रोमीटर पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन फिल्टर के माध्यम से अग्रदूत समाधान को फ़िल्टर करें।इसके बाद, एक स्पिन कोटर पर वांछित सब्सट्रेट को ठीक करें और फ़िल्टर किए गए अग्रदूत समाधान के 200 माइक्रोलीटर लागू करें। स्पिन कोट 30 सेकंड के लिए 6000 आरपीएम पर सब्सट्रेट। सब्सट्रेट को गर्म प्लेट पर रखें और इसे 150 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करें।उस तापमान पर फिल्म को 30 मिनट के लिए एनील करें और फिर इसे बुझाने के लिए इसे जल्दी से गर्म थाली से निकाल दें । नाइट्रोजन से भरे दस्ताने बॉक्स में, 10 मिलीग्राम P3HT और क्लोरोबेंज़ीन के 1 मिलीलीटर को मिलाएं। P3HT को पूरी तरह से भंग करने के लिए 30 मिनट के लिए 50 डिग्री सेल्सियस पर मिश्रण हिलाओ और फिर एक 0.2 माइक्रोमीटर PTFE सिरिंज फिल्टर के साथ मिश्रण फ़िल्टर।इसके बाद, एक स्पिन कोटर पर कॉम्पैक्ट और मेसोपोरस टाइटेनियम डाइऑक्साइड पर चांदी के दिबिसमुथ हेपेटिओडाइड के साथ लेपित एक एफटीओ सब्सट्रेट को ठीक करें। सब्सट्रेट के लिए P3HT समाधान के 100 माइक्रोलीटर लागू करें और 4000 आरपीएम या 30 सेकंड में सब्सट्रेट को स्पिन कोट करें। एक गर्म थाली पर P3HT फिल्म 10 मिनट के लिए १३० डिग्री सेल्सियस के लिए पहले से गरम ।सब्सट्रेट को दस्ताने बॉक्स में कमरे के तापमान में ठंडा होने दें। अंत में, सौर सेल के शीर्ष सोने के संपर्क बनाने के लिए सब्सट्रेट पर 0.5 एंगस्ट्रॉम प्रति सेकंड पर 100 नैनोमीटर सोने को जमा करने के लिए थर्मल वाष्पीकरण का उपयोग करें। चांदी-बिमुथ-आयोडीन टर्नरी पतली फिल्में, 1:2, 1:1, और 2:1 मोलर अनुपात चांदी आयोडाइड से बिस्मुथ-3 आयोडाइड इस विधि के साथ गढ़े गए थे ।1:2 फिल्म के बारे में ४२ डिग्री पर एक ही चोटी दिखाया, एक घन संरचना इंडिकेट । 1:1 और 2:1 फिल्मों के लिए पीक विभाजन मनाया गया था, जो एक षट्कोणीय संरचना का संकेत है। 1:2 फिल्म 2:1 फिल्म की तुलना में अब तरंगदैर्ध्य अवशोषित किया ।इसके अलावा, 1:2 फिल्म में बड़े अनाज के साथ एक चिकनी सतह थी जबकि 2:1 फिल्म पर अतिरिक्त चांदी आयोडाइड के कण देखे गए थे । इस प्रकार 1:2 फिल्म को आगे के अध्ययन के लिए चुना गया । एक्स-रे विवर्तन ने संकेत दिया कि 1:2 फिल्म के लिए 150 डिग्री सेल्सियस के एक एनीलिंग तापमान की आवश्यकता थी ताकि पूरी तरह से घन चरण में क्रिस्टलाइज किया जा सके।फिल्म कम से 10 दिन तक हवा में स्थिर रही । FTIR स्पेक्ट्रोस्कोपी ने सुझाव दिया कि अवशिष्ट एन-ब्यूटिलामाइन कम एनीलिंग तापमान पर बिस्मुथ-3 आयोडाइड और सिल्वर आयोडाइड के लिए कमजोर रूप से जटिल रहा, जो सिल्वर-बिस्मुथ-आयोडीन बिल्डिंग ब्लॉकों के गठन को दबा रहा है । अनाज बड़ा हो गया और अधिक घनी पैक के रूप में एनीलिंग तापमान में वृद्धि हुई ।150 डिग्री सेल्सियस पर स्थित फिल्मों में सौर कोशिकाओं में उपयोग के लिए सबसे उपयुक्त अवशोषण गुण भी थे। कुल मिलाकर, सिल्वर डिबिसमुथ हेप्टायिड फिल्म ने 150 डिग्री सेल्सियस पर एनील्ड सौर सेल उपयोग के लिए उपयुक्त ऊर्जावान गुण दिखाए। यह तकनीक समाधान-प्रोसेसेबल पतली फिल्म सौर कोशिकाओं के शोधकर्ताओं के लिए लीड-फ्री और एयर-स्थिर पतली फिल्म सौर कोशिकाओं जैसे अनुप्रयोगों में सिल्वर-बिमुथ-आयोडीन टर्नरी सेमीकंडक्टर्स के लिए पद्धतियों को और विकसित करने का मार्ग प्रशस्त करती है ।इस प्रक्रिया का प्रयास करते समय, आप सिल्वर-बिमुथ-आयोडीन अग्रदूत समाधान के साथ सब्सट्रेट को स्पिन कोटिंग करने के लिए 20% से कम की नियंत्रित आर्द्रता का उपयोग करना चाह सकते हैं। यदि आप 30% आर्द्रता पर या उससे ऊपर अग्रदूत समाधान को स्पिन करते हैं, तो आप अत्यधिक प्रतिक्रियाशील और फोटो की वजह से पीले रंग के दिखाई देंगे यदि आप स्पिन कोटर में आर्द्रता को नियंत्रित नहीं कर सकते हैं, तो आप एन-भरे दस्ताने बॉक्स में अग्रदूत समाधान को स्पिन कर सकते हैं। हालांकि, कृपया ध्यान रखें कि आपको दस्ताने बॉक्स को पूरी तरह से शुद्ध करना चाहिए।

Research

JoVE Journal

Chemistry

Towards Biomimicking Wood: Fabricated Free-standing Films of Nanocellulose, Lignin, and a Synthetic Polycation

Nanocellulose, lignin की गढ़े मुक्त खड़े फिल्मों, और एक सिंथेटिक Polycation: Biomimicking लकड़ी की ओर

Woody materials are comprised of plant cell walls that contain a layered secondary cell wall composed of structural polymers of polysaccharides and ...

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

परिसर ऑक्साइड फिल्मों की पतली epitaxial विकास के लिए atomically परिभाषित टेम्पलेट्स

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

Fabrication of Large-area Free-standing Ultrathin Polymer Films

बड़े क्षेत्र का निर्माण Ultrathin बहुलक फिल्मों मुक्त खड़े

This procedure describes a method for the fabrication of large-area and ultrathin free-standing polymer films.  Typically, ultrathin films are prepared ...

Construction and Systematical Symmetric Studies of a Series of Supramolecular Clusters with Binary or Ternary Ammonium Triphenylacetates

निर्माण और बाइनरी या त्रिगुट अमोनियम Triphenylacetates साथ Supramolecular क्लस्टर की एक श्रृंखला के व्यवस्थित अध्ययन सममित

Functions of clusters in nano or sub-nano scale significantly depend on not only kinds of their components but also arrangements, or symmetry, of their ...

Cooling Rate Dependent Ellipsometry Measurements to Determine the Dynamics of Thin Glassy Films

दर निर्भर ellipsometry माप शीतलक पतला ग्लासी फिल्म्स की गतिशीलता निर्धारित करने के लिए

This report aims to fully describe the experimental technique of using ellipsometry for cooling rate dependent Tg (CR-Tg) experiments. These measurements ...

Capillary Electrophoresis to Monitor Peptide Grafting onto Chitosan Films in Real Time

केशिका वैद्युतकणसंचलन रीयल टाइम में chitosan फिल्में पर पेप्टाइड ग्राफ्टिंग नजर रखने के लिए

Free-solution capillary electrophoresis (CE) separates analytes, generally charged compounds in solution through the application of an electric field. ...

Low Pressure Vapor-assisted Solution Process for Tunable Band Gap Pinhole-free Methylammonium Lead Halide Perovskite Films

स्वरित्र बैंड गैप Pinhole-फ्री Methylammonium लीड Halide Perovskite फिल्मों के लिए कम दबाव वाष्प-सहायता समाधान प्रक्रिया

Organo-lead halide perovskites have recently attracted great interest for potential applications in thin-film photovoltaics and optoelectronics. Herein, ...

Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates

संयुग्मित बहुलक फिल्मों की मनमानी सब्सट्रेट पर प्रतिक्रियाशील वाष्प जमाव

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. ...

Chemical Synthesis of Porous Barium Titanate Thin Film and Thermal Stabilization of Ferroelectric Phase by Porosity-Induced Strain

Porosity प्रेरित तनाव द्वारा छिद्रित बेरियम Titanate पतली फिल्म और Ferroelectric चरण के थर्मल स्थिरीकरण के रासायनिक संश्लेषण

Barium titanate (BaTiO3, hereafter BT) is an established ferroelectric material first discovered in the 1940s and still widely used because of its ...

Inkjet Printing All Inorganic Halide Perovskite Inks for Photovoltaic Applications

Inkjet मुद्रण सभी अकार्बनिक Halide Perovskite स्याही फोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों के लिए

A method for synthesizing photoactive inorganic&#160;perovskite quantum dot inks and an inkjet printer deposition method, using the synthesized inks, are ...