Решение обработано «Серебро висмут йод» тройных тонких пленок для свинца фотоэлектрических амортизаторы
Summary
Здесь, мы представляем подробные протоколы для решения обработано серебро висмут йод (АГ-Bi-I) троичной полупроводниковых пленок на TiO2-покрытая прозрачным электродов и их потенциальное применение как воздух stable и свинца бесплатно оптоэлектронные устройства.
Abstract
На основе висмута гибридные перовскитов рассматриваются как перспективных фото активные полупроводников для окружающей среды и воздуха stable солнечной ячейки приложений. Однако бедные поверхности морфологии и относительно высокой bandgap энергий ограничили их потенциал. Серебро висмут йод (Ag-Bi-I) является перспективным полупроводниковых оптоэлектронных устройств. Таким образом мы демонстрируем изготовление Ag-Bi я троичного тонких пленок, с использованием материала решения обработки. Результате тонких пленок проявлять контролируемой поверхности морфологии и оптических нанофотоэлектролиза, согласно их тепловой температуры отжига. Кроме того, сообщалось, что АГ-Bi я тройных систем кристаллизуются индекс AgBi2я7, Ag2ВП5и т.д. по словам соотношение химических веществ – прекурсоров. Решение обработано индекс AgBi2я7 тонких пленок проявлять кубической фазы кристаллической структуры, плотные, Пинхол бесплатный морфологии поверхности с зернами размером от 200 до 800 Нм и косвенные bandgap 1.87 eV. В результате индекс AgBi2я7 тонких пленок показать хороший кондиционер энергии и стабильности группы диаграмм, а также поверхности морфологии и оптических нанофотоэлектролиза подходит для свинца и воздуха stable сингл сочленения солнечных батарей. Совсем недавно солнечных батарей с 4,3% эффективности преобразования энергии был получен путем оптимизации Ag-Bi я кристалл композиции и архитектуры устройств солнечных батарей.
Introduction
Решение обработанных неорганическими тонкопленочных солнечных батарей были широко изучены многих исследователей, стремящихся преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество1,2,3,4,5. С развитием архитектуры материала синтеза и устройства ведущий галогенид основе перовскитов поступили быть лучшим амортизаторы солнечных батарей с эффективности преобразования энергии (PCE) больше 22%5. Однако растет обеспокоенность по поводу использования токсичных свинца, а также вопросы стабильности свинца галоидных перовскита, сам.
Недавно было сообщено, что на основе висмута гибридные перовскитов может быть создана путем включения моновалентной катионов в сложных блок Иодид висмута и что они могут использоваться как фотоэлектрические амортизаторы в мезоскопических фотоэлемент архитектуры6, 7,8. Ведущую роль в перовскитов может быть заменен с висмута, который имеет 6s2 наружная Лон пара; Однако пока только обычных свинцовых галоидных методологии были использованы для совместной работы на основе висмута перовскитов со сложными кристаллических структур, несмотря на тот факт, что они имеют различные степени окисления и химические свойства9. Кроме того эти перовскитов имеют плохой поверхности морфологии и производят относительно толстые фильмов в контексте приложений тонкопленочных устройств; Таким образом они имеют плохой фотоэлектрических производительность с высоким запрещенной зоны энергии (> 2 eV)6,,78. Таким образом мы стремились найти новый метод для производства на основе висмута тонкопленочных полупроводников, которые являются экологически чистые, воздух стабильной, и имеют низкий запрещенной зоны энергии (< 2 eV), учитывая дизайн материала и методологии.
Мы представляем решение обработано Ag-Bi я троичного тонких пленок, которые могут быть кристаллизуется в индекс AgBi2я7 и Ag2ВП-5, для свинца и воздуха stable полупроводников10,11. В это исследование индекс AgBi2я7 композиция, n бутиламин используется как растворитель одновременно распустить йодистого серебра (AgI) и висмута йодид (3ВП) прекурсоров. Смесь спин литой и отожженной при 150 ° C на 30 мин в N2-заполнены перчаточный ящик; Впоследствии фильмы закалку до комнатной температуры. Результирующая тонких пленок Браун черный цвет. Кроме того на поверхности морфологии и кристалл состав тройных систем Ag-Bi я находятся под контролем температуры нагрева при отжиге и прекурсоров соотношение AgI/ВП3. В результате индекс AgBi2я7 тонких пленок проявлять кубической фазы кристаллической структуры, густой и гладкой поверхности морфологии с большими зерна 200-800 Нм в размер и оптический полоса разрыв 1.87 eV, начинают поглощать свет с длиной волны 740 Нм . Недавно сообщалось, что оптимизируя кристалл композиции и архитектуры устройств, Ag-Bi я троичного тонкопленочных солнечных элементов может достичь PCE 4,3%.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мы предоставили подробный протокол для изготовления Ag-Bi я троичного полупроводников, которые должны быть использованы как свинец фотоэлектрических амортизаторы в тонкопленочных солнечных батарей с мезоскопических устройство архитектуры решения. c-TiO2 слоя были сформированы на …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Дэгу Gyeongbuk институт науки и технологии (DGIST) исследования и разработки (R & D) программы министерства науки, ИКТ и будущего планирования Кореи (18-ET-01). Эта работа была также поддержана Кореи Институт энергетической технологии оценки и Planning(KETEP) и Министерство торговли, промышленности и Energy(MOTIE) из Республики Корея (№ 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).
