معالجة حل "الفضة-البزموت-اليود" الثلاثي الأغشية الرقيقة لامتصاص الخالي من الرصاص الضوئية
Summary
هنا، فإننا نقدم بروتوكولات مفصلة لمعالجة حل الفضة-البزموت-اليود (Ag-ثنائية-ط) الثلاثي أشباه الموصلات الأغشية الرقيقة ملفقة على TiO2-المغلفة أقطاب شفافة وإمكانية تطبيقها كالهواء-مستقرة وخالية من الرصاص الأجهزة الإلكترونية البصرية.
Abstract
وتعتبر بيروفسكيتيس الهجين على أساس البزموت واعدة من أشباه الموصلات الصورة النشطة لتطبيقات الخلايا الشمسية الصديقة للبيئة والهواء-مستقرة. ومع ذلك، محدودة الفقراء مورفولوجيس السطحية والطاقات باندجاب عالية نسبيا إمكاناتهم. الفضة-البزموت-اليود (Ag-ثنائية-ط) هو أشباه الموصلات واعدة للأجهزة الإلكترونية البصرية. ولذلك، علينا أن نظهر تلفيق Ag-ثنائية-أنا الثلاثي الأغشية الرقيقة استخدام حل المواد المعالجة. الأغشية الرقيقة الناتجة عن معرض مورفولوجيس السطحية التي تسيطر عليها وباندجابس الضوئية وفقا الحرارية على الصلب في درجات الحرارة. وبالإضافة إلى ذلك، أفيد بأن نظم الثلاثي Ag-ثنائية-أنا بلورة اغبى2أنا7، Ag2BiI5، إلخ وفقا للنسبة من السلائف الكيميائية. اغبى معالجة حل2أنا يحمل7 طبقات رقيقة بنية بلورية مكعبة-المرحلة، مورفولوجيس السطحية كثيفة، خالية من الثقب مع الحبوب التي تتراوح في حجمها من 200 إلى 800 نانومتر، وباندجاب غير مباشرة من 1.87 eV. اغبى الناتجة2أنا7 طبقات رقيقة إظهار حسن الهواء الرسومات التخطيطية للفرقة الاستقرار والطاقة، فضلا عن سطح مورفولوجيس والبصرية باندجابس مناسبة للخلايا الشمسية تقاطع واحدة خالية من الرصاص والجوية مستقرة. ومؤخرا جداً، حصل خلية شمسية بكفاءة تحويل الطاقة 4.3% الاستفادة المثلى من التراكيب كريستال Ag-ثنائية-أنا وأبنية جهاز الخلايا الشمسية.
Introduction
وقد درست معالجة حل الخلايا الشمسية غشاء رقيق غير العضوية على نطاق واسع بالعديد من الباحثين تسعى لتحويل أشعة الشمس مباشرة إلى الكهرباء1،2،3،،من45. مع تطور الهندسة المعمارية التوليف والأجهزة المادية، أبلغ الرائدة المستندة إلى هاليد بيروفسكيتيس أن يكون امتصاص الخلايا الشمسية أفضل مع سلطة تحويل كفاءة (PCE) أكبر من نسبة 22%5. ومع ذلك، تتزايد المخاوف من استخدام الرصاص السامة، فضلا عن قضايا الاستقرار من الرصاص-هاليد بيروفسكيتي نفسها.
ذكرت مؤخرا أن بيروفسكيتيس الهجين على أساس البزموت يمكن أن تتكون من خلال دمج الكاتيونات الفموي الأحادي التكافؤ في وحدة معقدة يوديد بزموت، وأن هذه يمكن أن تستخدم كامتصاص الصدمات الكهربائية الضوئية في أبنية mesoscopic الخلايا الشمسية6، 7،8. زمام المبادرة في بيروفسكيتيس يمكن الاستعاضة عن البزموت، الذي له 6s2 زوج وحيد الخارجي؛ ومع ذلك، المنهجيات التقليدية حتى الآن سوى الرصاص هاليد قد استخدمت بيروفسكيتيس الهجين على أساس البزموت مع هياكل بلورية معقدة، على الرغم من حقيقة أن لديهم أكسدة مختلف الدول وخصائص المواد الكيميائية9. وبالإضافة إلى ذلك، هذه بيروفسكيتيس قد مورفولوجيس السطحية الفقراء وإنتاج الأفلام سميكة نسبيا في سياق تطبيقات الجهاز غشاء رقيق؛ ولذلك، لديهم إلى ضعف أداء الضوئية مع الفجوة الفرقة عالية الطاقة (> 2 eV)6،،من78. وهكذا، سعينا إلى إيجاد طريقة جديدة لإنتاج المستندة إلى البزموت غشاء رقيق أشباه الموصلات، وصديقه للبيئة، والجو مستقرا، وفجوة الفرقة منخفضة الطاقة (< 2 eV)، النظر في تصميم المواد والمنهجية.
نقدم معالجة حل أية جي-بي-أنا الثلاثي الأغشية الرقيقة، التي يمكن أن تتبلور إلى اغبى2أنا7 و Ag2BiI5، لأشباه الموصلات خالية من الرصاص ومستقرة الهواء10،11. في هذه الدراسة اغبى2أنا تكوين7 ، يستخدم كمذيب بوتيلاميني ن في نفس الوقت حل يوديد الفضة (كونا) والسلائف (BiI3) يوديد البزموت. الخليط ملدن عند 150 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة في ن2وتدور-يلقي-ملء صندوق قفازات؛ وفي وقت لاحق، هي تطفئ الأفلام إلى درجة حرارة الغرفة. الأغشية الرقيقة الناتجة براون-أسود اللون. وبالإضافة إلى ذلك، يتم التحكم مورفولوجيا سطح وتكوين كريستال النظم الثلاثي Ag-ثنائية-أنا انلينغ درجات الحرارة ونسبة السلائف لكونا/BiI3. اغبى الناتج2أنا الأغشية الرقيقة7 يحمل هيكل بلوري مكعب مرحلة، مورفولوجيس السطحية كثيفة والسلس مع الحبوب الكبيرة من 200-800 نانومتر في الحجم، وفجوة فرقة بصرية من eV 1.87 بدءاً بامتصاص الضوء من موجه 740 نانومتر . وأفيد مؤخرا أن Ag-ثنائية-أنا الثلاثي: غشاء رقيق الخلايا الشمسية عن طريق الاستفادة المثلى من التراكيب كريستال وبنية الجهاز، تحقيق PCE 4.3 في المائة.
Protocol
Representative Results
Discussion
وقد قدمنا بروتوكول مفصل لتلفيق الحل Ag-ثنائية-أنا الثلاثي أشباه الموصلات، التي يمكن استغلالها كامتصاص الخالي من الرصاص الضوئية في غشاء رقيق الخلايا الشمسية مع أبنية الجهاز mesoscopic. ج-TiO2 طبقات تشكلت على ركائز إرهابية لتجنب تسرب الإلكترونات المتدفقة إلى أقطاب إرهابية. m-TiO2 طبقات ت?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
هذا العمل كان يدعمها دايجو جيونجبوك معهد علوم وبحوث التكنولوجيا (دجيست) وبرامج التنمية (البحث والتطوير) وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات و “تخطيط المستقبل من كوريا” (18-ET-01). وأيد هذا العمل أيضا معهد كوريا لتقييم تكنولوجيا الطاقة و Planning(KETEP)، ووزارة التجارة والصناعة و Energy(MOTIE) من جمهورية كوريا (رقم 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 |
Referencias
- Grätzel, M. The Light and Shade of Perovskite Solar Cells. Nature Materials. 13, 838-842 (2014).
- Green, M. A., Ho-Baillie, A., Snaith, H. J. The emergence of perovskite solar cells. Nature Photonics. 8, 506-514 (2014).
- Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells. Journal of American Chemical Society. 131 (17), 6050-6051 (2009).
- Burschka, J., et al. Sequential Deposition as a Route to High-Performance Perovskite-Sensitized Solar Cells. Nature. 499, 316-319 (2013).
- Yang, W. S., et al. Iodide Management in Formamidinium-Lead-Halide-Based Perovskite Layers for Efficient Solar Cells. Science. 356 (6345), 1376-1379 (2017).
- Park, B. -. W., et al. Bismuth Based Hybrid Perovskites A3Bi2I9 (A: Methylammonium or Cesium) for Solar Cell Application. Advanced Materials. 27 (43), 6806 (2015).
- Hoye, R. L. Z., et al. Methylammonium Bismuth Iodide as a Lead-Free, Stable Hybrid Organic-Inorganic Solar Absorber. Chemistry−European Journal. 22 (8), 2605-2610 (2016).
- Lyu, M., et al. Organic-Inorganic Bismuth (III)-Based Material: A Lead-Free, Air-Stable and Solution-Processable Light-Absorber beyond Organolead Perovskites. Nano Research. 9 (3), 692-702 (2016).
- Mitzi, D. B. Organic-Inorganic Perovskites Containing Trivalent Metal Halide Layers: The Templating Influence of the Organic Cation Layer. Inorganic Chemistry. 39 (26), 6107-6113 (2000).
- Mashadieva, L. F., Aliev, Z. S., Shevelkov, A. V., Babanly, M. B. Experimental Investigation of the Ag-Bi-I Ternary System and Thermodynamic Properties of the Ternary Phases. Journal of Alloys and Compounds. 551, 512-520 (2013).
- Kim, Y., et al. Pure Cubic-Phase Hybrid Iodobismuthates AgBi2I7 for Thin-Film Photovoltaics. Angewandte Chemie International Edition. 55 (33), 9586-9590 (2016).
- Fourcroy, P. H., Palazzi, M., Rivet, J., Flahaut, J., Céolin, R. Etude du Systeme AgIBiI3. Materials Research Bulletin. 14 (3), 325-328 (1979).
- Kondo, S., Itoh, T., Saito, T. Strongly Enhanced Optical Absorption in Quench-Deposited Amorphous AgI Films. Physical Review B. 57 (20), 13235-13240 (1998).
- Kumar, P. S., Dayal, P. B., Sunandana, C. S. On the Formation Mechanism of γ-AgI Thin Films. Thin Solid Films. 357 (2), 111-118 (1999).
- Validźić, I. L., Jokanpvić, V., Uskoković, D. P., Nedeljković, J. M. Influence of Solvent on the Structural and Morphological Properties of AgI Particles Prepared Using Ultrasonic Spray Pyrolysis. Materials Chemistry and Physics. 107 (1), 28-32 (2008).
- Tezel, F. M., Kariper, &. #. 3. 0. 4. ;. A. Effect of pH on Optic and Structural Characterization of Chemical Deposited AgI Thin Films. Materials Research Ibero-American Journal of Materials. 20 (6), 1563-1570 (2017).
- Chai, W. -. X., Wu, L. -. M., Li, J. -. Q., Chen, L. A Series of New Copper Iodobismuthates: Structural Relationships, Optical Band Gaps Affected by Dimensionality, and Distinct Thermal Stabilities. Inorganic Chemistry. 46 (21), 8698-8704 (2007).
- Konstantatos, G., et al. Ultrasensitive Solution-Cast Quantum Dot Photodetectors. Nature. 442, 180-183 (2006).
- Mercier, N., Louvaina, N., Bi, W. Structural Diversity and Retro-Crystal Engineering Analysis of Iodometalate Hybrids. CrystEngComm. 11 (5), 720-734 (2009).
- Zhu, X. H., et al. Effect of Mono- versus Di-ammonium Cation of 2,2′-Bithiophene Derivatives on the Structure of Organic-Inorganic Hybrid Materials Based on Iodo Metallates. Inorganic Chemistry. 42 (17), 5330-5339 (2003).
- Zhu, H., Pan, M., Johansson, M. B., Johansson, E. M. J. High Photon-to-Current Conversion in Solar Cells Based on Light-Absorbing Silver Bismuth Iodide. ChemSusChem. 10 (12), 2592-2596 (2017).
- Turkevych, I., et al. Photovoltaic Rudorffites: Lead-Free Silver Bismuth Halides Alternative to Hybrid Lead Halide Perovskites. ChemSusChem. 10 (19), 3754-3759 (2017).
