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

Detta arbete stöddes av Daegu Gyeongbuk Institutet för vetenskap och teknik (DGIST) forskning och utveckling (FoU) program av ministeriet för vetenskap, IKT och framtida planering av Korea (18-ET-01). Detta arbete fick också stöd av Korea Institute av energi teknik utvärdering och Planning(KETEP) och ministeriet för handel, industri & Energy(MOTIE) av Republiken Korea (nr 20173010013200).

1. beredning av Bare-glas, fluor-dopade tenn oxid (SnO2: F) substrat
<ol><li>För att rengöra de bare-glas, fluor-dopade tinoxiden (FTO) substrat, Sonikera dem sekventiellt i en vattenlösning innehållande 2% Triton, avjoniserat vatten (DI) vatten, aceton och isopropylalkohol (IPA), var och en för 15 min.</li>
	<li>Lägg de rensade substratesna i värme ugnen vid 70 ° C för 1 h att ta bort kvarvarande IPA.</li>
</ol>2. beredning av kompakt TiO2 lager (c-TiO2) ...

<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>

Vi har gett ett detaljerat protokoll för lösning tillverkning av Ag-Bi-I ternära halvledare, som utnyttjas som blyfria solceller absorbenter i tunnfilms-solceller med Mesoskopisk enhet arkitekturer. c-TiO2 lager bildades på FTO substrat att undvika elektron läckage flyter in FTO elektroderna. m-TiO2 lager bildades sekventiellt på c-TiO2-belagda FTO substrat till förbättra de elektron extraktioner genereras från fotoelektromotoriska absorptionskärlen (dvs, de Ag-Bi-I tun...

Lösning-bearbetade oorganiska tunnfilms-solceller har ofta studerats av många forskare försöker omvandlar solljus direkt till El1,2,3,4,5. Med utvecklingen av material syntes och enhet arkitektur, har bly halide-baserade perovskiter rapporterats vara de bästa solcell absorbenter med en power-verkningsgrad (PCE) som större än 22%5. Dock det växande oro över användningen av giftig bly, liksom stabilitetsproblem av bly-halide perovskit själv.
Det har nyligen rapporterats att vismut-baserade hybrid perovskiter kan bildas genom att införliva monovalenta katjoner i en vismut jodid komplex enhet och att dessa kan användas som solceller absorbenter i Mesoskopisk solcell arkitekturer6, 7,8. Ledningen i perovskiter kan ersättas med vismut, som har 6s2 yttre ensamstående par; dock har hittills endast konventionella bly halide metoder använts för vismut-baserade hybrid perovskiter med komplexa kristallstrukturer, trots att de har olika oxidationstal och kemiska egenskaper9. Dessutom, dessa perovskiter har dålig yta morfologier och producera relativt tjocka filmer i samband med ansökningar som tunnfilms-enhet; Därför har de en dålig solceller prestanda med hög band-gap energi (> 2 eV)6,7,8. Således, vi försökte hitta en ny metod att producera vismut-baserade tunnfilms-halvledare, som är miljövänliga, air-stabil, och har låg band-gap energi (< 2 eV), med tanke på materialdesign och metodik.
Vi presenterar lösningen-bearbetade Ag-Bi-I ternära tunna filmer, som kan vara kristalliserat till Ramonas2jag7 och Ag2BiI5, för blyfria och air-stabil halvledare10,11. I denna studie för Ramonas2jag7 sammansättning, n-BUTYLAMIN används som lösningsmedel för att samtidigt upplösa den silver jodid (AgI) och vismut jodid (BiI3) prekursorer. Blandningen är spinn-cast och glödgad vid 150 ° C i 30 min i en N2-fylld handskfacket; filmerna är därefter härdas till rumstemperatur. De resulterande tunna filmerna är brun-svart färg. Dessutom styrs den ytan morfologi och crystal sammansättning av Ag-Bi-I ternära system av glödgning temperaturer och föregångare förhållandet AgI/BiI3. Den resulterande Ramonas2jag7 tunna filmer uppvisar en kubisk fas kristallstruktur, tät och slät yta morfologier med stora kärnor av 200-800 nm storlek och en optisk band gap av 1,87 eV börjat absorberar ljus från en våglängd på 740 nm . Det har nyligen rapporterats att Ag-Bi-I ternära tunnfilms-solceller genom att optimera crystal kompositioner och enhet arkitektur, kan uppnå en PCE med 4,3%.

<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

Vismut-baserade hybrid perovskiter betraktas som lovande foto-aktiva halvledare för miljö- och luft-stabil solcell applikationer. Dock har dålig yta morfologier och relativt högt bandgap energier begränsat sin potential. Silver-vismut-jod (Ag-Bi-I) är en lovande halvledare för optoelektroniska enheter. Därför visar vi tillverkning av Ag-Bi-I ternära tunna filmer med materiell lösning bearbetning. De resulterande tunna filmerna uppvisar kontrollerad yta morfologier och optiska bandgaps enligt deras termisk glödgning temperaturer. Dessutom har det rapporterats att Ag-Bi-I ternära system kristallisera till Ramonas2jag7, Ag2BiI5, etc. enligt kvoten mellan prekursorerna. Den lösning-bearbetade Ramonas2jag7 tunna filmer uppvisar en kubik-fas kristallstruktur, tät, pinhole-fri yta morfologier med korn som varierar i storlek från 200 till 800 nm och en indirekta bandgap 1,87 ev. Den resulterande Ramonas27 tunna filmer Visa bra luft stabilitet och energi bandet diagram, samt ytan morfologier och optiska bandgaps lämplig för blyfria och air-stabil singel-korsningen solceller. Helt nyligen erhölls en solcell med 4,3% power verkningsgraden genom att optimera Ag-Bi-I crystal kompositioner och solcell enheten arkitekturer.

Det har rapporterats att de Ag-Bi-I ternära system, som betraktas som lovande halvledare, är kristalliserad i olika kompositioner, såsom Ramonas2jag7, AgBiI4och Ag2BiI510, enligt molar förhållandet av AgI till BiI3. Tidigare studier har visat att bulk crystal former med olika kompositioner av Ag-Bi-I ternära system experimentellt kan syntetiseras genom att ändra molar förhållandet av AgI och...

Watch this Scientific Journal Video about Solution-Processed "Silver-Bismuth-Iodine" Ternary Thin Films for Lead-Free Photovoltaic Absorbers at JoVE.com

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

Häri, vi presenterar detaljerade protokoll för lösning-bearbetade silver-vismut-jod (Ag-Bi-I) ternära semiconductor tunna filmer fabricerade på TiO2-belagda transparenta elektroder och deras potentiella tillämpning som luft-stabil och blyfri optoelektroniska enheter.

Lösning-bearbetade ”Silver-vismut-jod” ternära tunna filmer för blyfria solceller absorbenter

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

Denna metod kan hjälpa dig att svara på viktiga frågor om hur man gör lösning-processable silver-vismut-jod ternary halvledare för miljövänliga tunnfilm solceller och anta applikationer. Den största fördelen med denna teknik är lösningen tillverkning av silver-vismut-jod som sedan används som en blyfri solceller absorbator i tunnfilm solceller med en mikroskopisk enhet arkitekturer. Denna teknik har potentiella tillämpningar i produktionen av miljövänliga tunnfilmssolceller eftersom de silver-vismut-jodtärska halvledarna är blyfria, luftstabila solceller.För att börja förbereda prekursorlösningen för kompakta titandioxidskikt, placera 8 milliliter vattenfri etanol i en 20 milliliter glasflaska och börja röra om den kraftigt. Tillsätt 0,74 milliliter av titanisopropoxid till omrörningsanoldropuren. Och sedan snabbt lägga 0,06 milliliter koncentrerad saltsyra.Rör om blandningen i mellan 12 och 24 timmar i rumstemperatur för att bilda prekursorlösningen. Nästa, sonicate en bare en tum med en tum FTO substrat i 15 minuter vardera i 2%vattenhaltiga octoxynol-9, aceton, och isopropyl alkohol. Torka det rena substratet i en ugn vid 70 grader Celsius i en timme och låt det svalna till rumstemperatur i luft.Sedan, fixera substratet på en spin coater chuck. Fyll en 1 milliliter eller 3 milliliter spruta med kompakt titandioxidskiktsprekursorlösning och fäst ett 0,2 nanometersprutfilter. Filtrera lösningen i en liten injektionsflaska.Applicera 200 mikroliter av den filtrerade prekursorlösningen på substratet för att helt täcka över den. Snurra päls underlaget vid 3000 RPM i 30 sekunder. Anneal filmen i en ugn på 500 grader Celsius i en timme.Stäng sedan av värmen och låt substratet svalna i luft till rumstemperatur, vilket vanligtvis tar cirka sex timmar. Därefter sänk det belagda substratet i en vattenhaltig 0,12 molarlösning av titantetraklorid. Blötlägg underlaget i en 70 grader Celsius ugn i 30 minuter.Skölj noggrant substratet i avjoniserat vatten efteråt för att avlägsna kvarvarande titantetraklorid. Anneal filmen på 500 grader Celsius i en timme och sedan låta den svalna till rumstemperatur i luft. När svalna, lagra den kompakta titandioxid-belagda substrat under kvävegas för senare användning.För att börja förbereda prekursorlösningen för en mesoporös titandioxid nanopartikelskikt i en 5 milliliter glasflaska, kombinera 0,5 gram 50 nanometer titandioxid nanopartikel pasta med 1,75 gram isopropylalkohol och 0,5 gram terpineol. Tillsätt en omrörningsstång i injektionsflaskan och rör om tills pastan har lösts upp helt. Detta tar vanligtvis ungefär en timme.Därefter fixa en kompakt titandioxidbelagd FTO-substrat på en spinn coater och applicera 200 mikroliter av nanopartikellösningen på substratytan. Spinnlack substratet vid 5000 RPM i 30 sekunder. Anneal det belagda substratet i en ugn vid 500 grader Celsius i en timme och låt det svalna till rumstemperatur.Blötlägg sedan substratet i en vattenhaltig 0,12 molarlösning av titantetraklorid vid 70 grader Celsius i 30 minuter. Skölj noggrant underlaget med avjoniserat vatten. Anneal det på 500 grader Celsius i en timme och låt den svalna till rumstemperatur i luft.Förvara substratet överdraget med kompakta och mesoporösa titandioxidskikt under kvävegas för senare användning. Att börja förbereda tunna filmer av silver iodobismuthate, silver dibismuth heptaiodide, i en kvävefylld glovebox vid låg luftfuktighet kombinera 0,3 gram av vismut-tre jodid, 0,06 gram silverjodid, och 3 milliliter av n-butylamine. Kraftigt vortexa blandningen tills fasta ämnen har mestadels lösts upp, och sedan spruta filtrerar prekursorlösningen genom ett 0,2 mikrometer polytetrafluoretenfilter.Därefter fixera önskat substrat på en spinn coater och applicera 200 mikroliter av den filtrerade prekursorlösningen. Spinnlack substratet vid 6000 RPM i 30 sekunder. Placera underlaget på en värmeplatta och värm upp det till 150 grader Celsius.Anneal filmen vid den temperaturen i 30 minuter och sedan snabbt ta bort den från värmeplattan för att släcka den. I en kvävefylld handskfack, kombinera 10 milligram P3HT och 1 milliliter klorbensen. Rör blandningen i 50 grader Celsius i 30 minuter för att helt lösa upp P3HT och sedan filtrera blandningen med en 0,2 mikrometer PTFE spruta filter.Därefter fixa en FTO substrat belagt med silver dibismuth hepatiodide på kompakt och mesoporös titandioxid på en spinn coater. Applicera 100 mikroliter av P3HT-lösningen på substratet och spinnlacken substratet vid 4000 RPM eller 30 sekunder. Anneal P3HT filmen på en värmeplatta förvärmd till 130 grader Celsius i 10 minuter.Låt underlaget svalna till rumstemperatur i handskfacket. Slutligen, använd en termisk förångare för att deponera 100 nanometer guld på 0,5 ångström per sekund på substratet för att bilda de översta guld kontakterna i solcellen. silver-vismut-jod ternary tunna filmer, 1:2, 1:1, och 2:1 molar nyckeltal silverjodid till vismut-3 jodid var fabricerade med denna metod.Den 1:2 filmen visade en enda topp på ca 42 grader, indiciating en kubisk struktur. Peak uppdelning observerades för 1:1 och 2:1 filmer, vilket tyder på en sexkantig struktur. 1:2 filmen absorberas längre våglängder än 2:1 filmen gjorde.Vidare hade 1:2 filmen en slät yta med stora korn medan partiklar av överskott silver iodide observerades på 2:1 filmen. 1:2-filmen valdes därmed för vidare studier. Röntgendiffraktion indikerade att en glödgningstemperatur på 150 grader Celsius krävdes för att 1:2-filmen skulle kristalliseras helt i kubikfasen.Filmen var stabil i luften i minst 10 dagar. FTIR spektroskopier föreslog att resterande n-butylamine förblev svagt komplex till vismut-3 jodid och silver jodid vid lägre glödgning temperaturer, undertrycka bildandet av silver-vismut-jod byggstenar. Kornen blev större och tätare packade i och med att glödgningstemperaturen ökade.Filmer som glödgades vid 150 grader Celsius hade också de mest lämpliga absorptionsegenskaperna för användning i solceller. Totalt sett visade silver dibismuth heptaiodide filmen glödgad vid 150 grader Celsius lämpliga energiska egenskaper för solcellsanvändning. Denna teknik banar väg för forskare av lösningsprocessorbara tunnfilmssolceller för att vidareutveckla metoder för silver-vismut-jodtär halvledare i applikationer som blyfria och luftstabila tunnfilmssolceller.Medan du försöker detta förfarande, Du kanske vill använda kontrollerad fuktighet på under 20%för spinn beläggning underlaget med silver-vismut-jod föregångare lösning. Om du snurrar kappa föregångaren lösningen vid eller över 30%luftfuktighet, kommer du att se gulaktig på grund av den mycket reaktiva och foto Om du inte kan kontrollera luftfuktigheten i spin coater, kan du snurra coat föregångaren lösningen i en N-fylld handskfack. Men, vänligen tänk på att du måste helt rensa handskfacket efter det är gjort.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Mot Biomimicking Wood: Fabricated Fristående Filmer av nanocellulosa, lignin och en syntetisk polykatjon

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

Atomically definierade mallar för epitaxiell tillväxt av Complex Oxide Thin Films

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

Tillverkning av Stor-området Fristående Ultratunna Polymer Films

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

Konstruktion och Systematiska Symmetrisk Studier av en serie av Supramolecular Clusters med binära eller ternära Ammonium Triphenylacetates

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

Kylningshastighet Beroende ellipsometri Mätningar som Bestäm Dynamisk av tunna glas- Films

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

Kapillärelektrofores att övervaka peptid ympning på Chitosan filmer i realtid

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

Lågt tryck Vapor-assisted lösningsprocessen för avstämbara Band Gap Pinhole-fri Methylammonium bly Halide perovskit filmer

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

Reaktiva förångningsdeposition av konjugerad Polymer filmer på godtyckliga substrat

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

Kemisk syntes av porösa Barium Titanate tunn Film och termisk stabilisering av ferroelektrisk fas av porositet-inducerad stam

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 utskrifter alla oorganiska halogenidföreningar perovskit bläck för solcellsapplikationer

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