Dampf-gestützte Lösung Niederdruckverfahren für durchstimmbare Band Gap Pinhole-frei Methylammonium Blei Halogenid Perowskit Filme

Carolin M. Sutter-Fella; Yanbo Li; Nicola Cefarin; Aya Buckley; Quynh Phuong Ngo; Ali Javey; Ian D. Sharp; Francesca M. Toma

doi:10.3791/55404

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Methodenartikel

Dampf-gestützte Lösung Niederdruckverfahren für durchstimmbare Band Gap Pinhole-frei Methylammonium Blei Halogenid Perowskit Filme

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DOI:

10.3791/55404

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8. September 2017

Carolin M. Sutter-Fella^*¹^,²^,³ , Yanbo Li^*¹^,⁴ , Nicola Cefarin¹^,⁵^,⁶ , Aya Buckley¹^,⁷ , Quynh Phuong Ngo⁸^,⁹ , Ali Javey²^,³ , Ian D. Sharp¹ , Francesca M. Toma¹

¹Joint Center for Artificial Photosynthesis, Chemical Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, ²Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley, ³Materials Science Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, ⁴Institute of Fundamental and Frontier Sciences, University of Electronic Science and Technology of China, ⁵Department of Physics, Graduate School of Nanotechnology, University of Trieste, ⁶TASC Laboratory, IOM-CNR - Istituto Officina dei Materiali, ⁷Department of Chemistry, University of California, Berkeley, ⁸Materials Science and Engineering, University of California, Berkeley, ⁹Joint Center for Artificial Photosynthesis, Lawrence Berkeley National Laboratory

^* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Hier präsentieren wir ein Protokoll für die Synthese von CH₃NH₃, I und CH₃NH₃Br Vorstufen und die anschließende Bildung Pinhole-frei, kontinuierliche CH₃NH₃PbI_{3 X}Br_x dünner Schichten für die Einsatz in hocheffizienten Solarzellen und anderen optoelektronischen Geräten.

Zusammenfassung

Organo-Blei Halogenid Perovskites haben vor kurzem großes Interesse für potenzielle Anwendungen in der Dünnschicht-Photovoltaik und Optoelektronik angezogen. Hier präsentieren wir ein Protokoll für die Herstellung dieses Materials über die Niederdruck-Dampf unterstützt Prozess (LP-VASP) Lösungsmethode, die ~ 19 % Wirkungsgrad bei planaren Heterojunction Perowskit Solarzellen ergibt. Zuerst melden wir die Synthese von Methylammonium Jodid (CH₃NH₃ich) und Methylammonium Bromid (CH₃NH₃Br) von Methylamin und die entsprechenden Halogenid-Säure (HI oder HBr). Dann beschreiben wir die Herstellung von Pinhole-frei, kontinuierliche Methylammonium-Lead-Halogenid Perowskit (CH₃NH₃TK-₃ mit X = I, Br, Cl und ihre Mischung) Filme mit dem LP-VASP. Dieser Prozess basiert auf zwei Stufen: i) Spin-Coating von einer homogenen Schicht aus Blei-Halogenid-Vorläufer auf einem Substrat und (Ii) Umwandlung dieser Schicht in CH₃NH₃PbI_{3 X}Br_X indem man das Substrat Dämpfe aus einem Gemisch von CH ₃ NH₃ich und CH₃NH₃Br bei vermindertem Druck und 120 ° C. Durch langsame Diffusion von der Methylammonium-Halogenid-Dampf in der Lead-Halogenid-Vorläufer erreichen wir langsames und kontrolliertes Wachstum eines kontinuierlichen, Pinhole-freie Perowskit-Films. Die LP-VASP ermöglicht synthetische Zugriff auf die vollständige Halogenid-Kompositions-Raum in CH₃NH₃PbI_{3 X}Br_X mit 0 ≤ X ≤ 3. Je nach Zusammensetzung der Dampfphase kann der Bandlücke zwischen 1,6 eV ≤ E_g≤ abgestimmt werden 2,3 eV. Durch Variation der Zusammensetzung der Halogenid-Vorstufe und der Dampf-Phase, können wir darüber hinaus auch CH₃NH₃PbI_{3 X}Cl_Xerhalten. Filme aus der LP-VASP gewonnen sind reproduzierbar, phase rein, wie x-ray Diffraction Messungen und zeigen hohe Photolumineszenz Quantenausbeute bestätigt. Der Prozess erfordert nicht die Verwendung von einer Glovebox.

Einleitung

Hybride organisch-anorganische Blei Halogenid Perovskites (CH₃NH₃TK-Anlage₃, X = I, Br, Cl) sind eine neue Klasse von Halbleitern, die schnell in den letzten Jahren entstanden ist. Dieser Materialklasse zeigt hervorragende Halbleitereigenschaften, z. B. hohe Absorption Koeffizient¹abstimmbaren Bandgap², lange kostenlos Carrier Diffusion Länge³, hohe defekt Toleranz⁴und hohe Photolumineszenz Quantum Ertrag⁵^,⁶. Die einzigartige Kombination dieser Eigenschaften macht Halogenid Perovskit....