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.
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.
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.
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?…
The authors have nothing to disclose.
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).
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 |