Soluzione di elaborazione "Silver-bismuto-iodio" ternario pellicole sottili per assorbitori di piombo fotovoltaici
Summary
Qui, presentiamo protocolli dettagliati per soluzione-elaborati argento-bismuto-iodio (Ag-Bi-I) ternario semiconductor film sottili fabbricato su TiO2-rivestito elettrodi trasparenti e loro potenziale applicazione come aria-stabile e privo di piombo dispositivi optoelettronici.
Abstract
PEROVSKITI ibride basate su bismuto sono considerati promettenti fotoattivi semiconduttori per applicazioni di celle solari rispettosi dell’ambiente e aria-stabile. Tuttavia, povere morfologie di superficie e relativamente alta bandgap energie hanno limitato il loro potenziale. Argento-bismuto-iodio (Ag-Bi-I) è un semiconduttore promettente per dispositivi optoelettronici. Di conseguenza, dimostriamo la fabbricazione di Ag-Bi-I ternario film sottile, utilizzando l’elaborazione materiale soluzione. Film sottili risultante presentano morfologie di superficie controllate e ottica bandgaps secondo loro termico temperature di ricottura. Inoltre, è stato segnalato che Ag-Bi-I sistemi ternari cristallizzare a Roberta2ho7, Ag2BiI5, ecc. secondo il rapporto di precursori chimici. La soluzione elaborata Roberta2ho7 pellicole sottili esibiscono una struttura di cristallo cubico-fase, dense, privo di foro stenopeico morfologie di superficie con grani che variano nel formato da 200 a 800 nm e un bandgap indiretta di 1,87 eV. Il risultante Roberta27 pellicole sottili Visualizza una buona aria diagrammi banda stabilità ed energia, nonché di superficie morfologie e ottica bandgaps adatto per le celle solari di singola giunzione lead-free e aria-stabile. Molto recentemente, una cella solare con efficienza di conversione di potenza 4,3% è stata ottenuta ottimizzando le composizioni di Ag-Bi-I cristallo e architetture di dispositivo di celle solari.
Introduction
Soluzione di elaborazione inorganiche celle solari a film sottile sono stati ampiamente studiate da molti ricercatori che cercano di convertire la luce solare direttamente in energia elettrica1,2,3,4,5. Con lo sviluppo di architettura materiale di sintesi e dispositivo, perovskiti basati su alogenuri di piombo sono stati segnalati per essere i migliori assorbitori di celle solari con un’efficienza di conversione di energia (PCE) superiore a 22%5. Tuttavia, ci sono crescenti preoccupazioni circa l’uso di piombo tossico, così come problemi di stabilità del piombo-alogenuro perovskite stessa.
Recentemente è stato segnalato che perovskiti ibride basate su bismuto possono essere formato incorporando i cationi monovalenti in un’unità complessa di ioduro di bismuto e che questi possono essere usati come assorbitore di fotovoltaici in mesoscopici cella solare architetture6, 7,8. Il cavo nelle perovskiti può essere sostituito con bismuto, che ha il 6s2 coppia solitaria esterno; Tuttavia, metodologie ad alogenuri di piombo finora soltanto convenzionali sono stati utilizzati per perovskiti ibride basate su bismuto con strutture di cristallo complesso, nonostante il fatto che essi hanno diversi Stati di ossidazione e proprietà chimiche9. Inoltre, queste perovskiti hanno scarse superficie morfologie e producono film relativamente spesso nel contesto di applicazioni per dispositivi a film sottile; Pertanto, essi hanno un scarso rendimento fotovoltaico con spacco della fascia alta energia (> 2 eV)6,7,8. Così, abbiamo cercato di trovare un nuovo metodo per produrre film sottile semiconduttori basati su bismuto, che sono rispettosi, aria-stabile, e hanno energia basso band-gap (< 2 eV), considerando il design dei materiali e la metodologia.
Vi presentiamo la soluzione elaborata Ag-Bi-I ternario film sottili, che può essere cristallizzato a Roberta27 e Ag2BiI5, per semiconduttori lead-free e aria-stabile10,11. In questo studio per Roberta2I7 composizione, n-butilammina è utilizzato come solvente per dissolvere simultaneamente l’ioduro d’argento (AgI) e bismuto ioduro (BiI3) precursori. La miscela è spin-cast e ricotto a 150 ° C per 30 min in un N2-riempito portaoggetti; Successivamente, i film vengono temprati a temperatura ambiente. I film sottili risultanti sono marrone-nero a colori. Inoltre, la morfologia superficiale e la composizione di cristallo di Ag-Bi-I sistemi ternari sono controllati dalla temperature di ricottura e rapporto di precursore di AgI/BiI3. Roberta risultante2ho7 pellicole sottili presentano una struttura cristallina cubica fase, morfologie di superficie dense ed omogenea con grani di 200-800 nm in dimensioni grandi e un gap di banda ottica di 1,87 eV a partire di assorbire la luce da una lunghezza d’onda di 740 nm . Recentemente è stato segnalato che ottimizzando le composizioni di cristallo e architettura dei dispositivi, Ag-Bi-I ternarie film sottile celle solari possono raggiungere un PCE del 4,3%.
Protocol
Representative Results
Discussion
Abbiamo fornito un protocollo dettagliato per la realizzazione di soluzione di Ag-Bi-I semiconduttori ternari, che devono essere sfruttati come assorbitori di piombo fotovoltaici nelle celle solari a film sottile con architetture di dispositivo mesoscopica. c-TiO2 strati sono stati formati su substrati FTO per evitare perdite di elettroni che scorre in elettrodi FTO. m-TiO2 strati in sequenza sono stati formati su c-TiO2-rivestito substrati FTO per migliorare le estrazioni di elettroni ge…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato da Daegu Gyeongbuk Istituto di scienza e tecnologia (DGIST) ricerca e sviluppo (R & D) programmi del Ministero della scienza, ICT e futuro pianificazione di Corea (18-ET-01). Questo lavoro è stato supportato anche da Istituto Corea di valutazione di tecnologia energetica e Planning(KETEP) e il Ministero del commercio, industria & Energy(MOTIE) della Repubblica di Corea (No. 20173010013200).
Materials
| Bismuth(III) iodide, Puratronic, 99.999% (metals basis) | Afa Aesar | 7787-64-6 | stored in N2-filled condition |
| Silver iodide, Premion, 99.999% (metals basis) | Afa Aesar | 7783-96-2 | stored in N2-filled condition |
| Butylamine 99.5% | Sigma-Aldrich | 109-73-9 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | 9002-93-1 | |
| Isopropyl alcohol (IPA) | Duksan | 67-63-0 | Electric High Purity GRADE |
| Titanium(IV) isopropoxide | Sigma-Aldrich | 546-68-9 | ≥97.0% |
| Ethyl alcohol | Sigma-Aldrich | 64-17-5 | 200 proof, ACS reagent, ≥99.5% |
| Hydrochloric acid | SAMCHUN | 7647-01-0 | Extra pure |
| Titanium tetrachloride (TiCl4) | sharechem | ||
| 50nm-sized TiO2 nanoparticle paste | sharechem | ||
| 2-propanol | Sigma-Aldrich | 67-63-0 | anhydrous, 99.5% |
| Terpineol | Merck | 8000-41-7 | |
| Heating oven | WiseTherm | ||
| Oxygen (O2) plasma | AHTECH | ||
| X-ray diffraction (XRD) | Rigaku | Rigaku Miniflex 600 diffractometer with a NaI scintillation counter and using monochromatized Cu-Kα radiation (1.5406 Å wavelength). |
|
| Fourier transform infrared (FTIR) | Bruker | Bruker Tensor 27 | |
| field-emission scanning electron microscope (FE-SEM) | Hitachi | Hitachi SU8230 | |
| UV-Vis spectra | PerkinElmer | PerkinElmer LAMBDA 950 Spectrophotometer |
|
| Ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) | RBD Instruments | PHI5500 Multi-Technique system |
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