Lösung verarbeitet "Silber-Wismut-Jod" ternäre Dünnschichten für bleifrei-Photovoltaik-Absorber
Summary
Hier präsentieren wir Ihnen detaillierte Protokolle für Lösung verarbeitet Silber-Wismut-Jod (Ag-Bi-I) ternärer Halbleiter Dünnschichten auf TiO2hergestellt-beschichtet, transparenten Elektroden und ihre mögliche Anwendung als Luft-stabil und bleifrei Optoelektronische Geräte.
Abstract
Wismut-basierten Hybrid Perovskites gelten als viel versprechende Foto-aktive Halbleiter für Umwelt- und Luft-Stall Solarzelle. Allerdings haben schlechte Oberfläche Morphologien und relativ hohe Bandlücke Energien ihr Potenzial begrenzt. Silber-Wismut-Jod (Ag-Bi-I) ist eine vielversprechende Halbleiter für optoelektronische Geräte. Daher zeigen wir Ihnen die Herstellung von Ag-Bi-I ternären Dünnfilme mittels Materiallösung Verarbeitung. Die daraus resultierende Dünnfilme weisen kontrollierte Oberfläche Morphologien und optische Bandlücken entsprechend ihrer thermischen Temperaturen glühen. Darüber hinaus wurde berichtet, dass Ag-Bi-I ternäre Systeme kristallisieren AgBi27, Ag2BiI5, etc. entsprechend dem Verhältnis der Vorläuferchemikalien. Die Lösung verarbeitet AgBi2ich7 dünne Schichten weisen eine kubische Phase Kristallstruktur, dichten, Pinhole-freie Oberfläche Morphologien mit Körner in der Größe von 200 bis 800 nm und einer indirekten Bandlücke von 1,87 eV. Die daraus resultierende AgBi2I7 Dünnfilme zeigen gute Stabilität und Energie Band Diagramme Luft, sowie Oberfläche Morphologien und optische Bandlücken für bleifrei- und Luft-Stall Single-Junction-Solarzellen geeignet. Vor kurzem erhielt eine Solarzelle mit 4,3 % Wirkungsgrad durch Optimierung der Ag-Bi-I Kristall Kompositionen und Solarzelle Gerät Architekturen.
Introduction
Lösung verarbeitet anorganische Dünnschicht-Solarzellen sind weit von vielen Forschern, die Sonnenlicht direkt in Strom1,2,3,4,5umwandeln wollen untersucht worden. Mit der Entwicklung der materiellen Synthese und Gerät Architektur berichteten Blei Halogenid-basierte Perovskites die beste Solarzelle Absorber mit einem Wirkungsgrad (PCE) größer als 22 %5sein. Allerdings sind es Bedenken über die Verwendung von giftigen Blei sowie Probleme mit der Stabilität der Blei-Halogenid-Perowskit selbst wächst.
Es wurde vor kurzem berichtet, dass Wismut-basierten Hybrid Perovskites gebildet werden kann, durch die Einbeziehung monovalente kationen in eine komplexe Einheit von Bismut Jodid und dass diese als Photovoltaik-Absorber in mesoskopischen Solarzelle Architekturen6verwendet werden können, 7,8. Die Führung in der Perovskites ausgetauscht werden, mit Wismut, hat das 6 s2 äußeren Elektronenpaar; jedoch bisher nur konventionelle Blei Halogenid Methoden für Wismut-basierten Hybrid-Perovskites mit komplexen Kristallstrukturen, trotz der Tatsache haben, dass sie verschiedene Oxidationsstufen und chemischen Eigenschaften9. Darüber hinaus diese Perovskites haben schlechte Oberfläche Morphologien und relativ dicke Schichten im Zusammenhang mit Anwendungen für Dünnschicht-Geräte zu produzieren; Deshalb haben sie eine schlechte Photovoltaik-Leistung mit hohem Bandabstand Energie (> 2 eV)6,7,8. So haben wir versucht, eine neue Methode zur Wismut-basierte Dünnschicht-Halbleiter, produzieren, die umweltfreundlich, Luft-Stall sind, zu finden und haben niedrige Bandabstand Energie (< 2 eV), unter Berücksichtigung der Material-Design und Methodik.
Wir präsentieren Lösung verarbeitet Ag-Bi-I ternären Dünnfilme, die sein kann kristallisiert AgBi2ich7 und Ag2BiI5, für bleifrei- und Luft-Stable Halbleiter10,11. In dieser Studie für die AgBi2ich7 Zusammensetzung, n-butylamin wird als Lösungsmittel verwendet, um gleichzeitig die Silberiodid (AgI) und Wismut Jodid (BiI3) Vorläufer auflösen. Die Mischung ist Spin-Besetzung und geglüht bei 150 ° C für 30 min in einer N-2-gefüllten Glove-Box; Anschließend werden die Filme auf Raumtemperatur abgeschreckt. Die daraus resultierende Dünnfilme sind braun-schwarze Farbe. Darüber hinaus werden die Oberflächenmorphologie und Kristall Zusammensetzung der Ag-Bi-I ternäre Systeme die annealing Temperaturen und Vorläufer Verhältnis von AgI/BiI3gesteuert. Die daraus resultierende AgBi2ich7 dünne Schichten weisen eine kubische Phase kristalline Struktur, Dichte und glatte Oberfläche Morphologien mit großen Körnern von 200-800 nm Größe und eine optische Bandlücke von 1,87 eV zu absorbieren Licht von einer Wellenlänge von 740 nm . Es wurde kürzlich berichtet, dass durch die Optimierung der Kristall Kompositionen und Gerät Architektur, Ag-Bi-I ternären Dünnschicht-Solarzellen einen PCE von 4,3 % erreichen können.
Protocol
Representative Results
Discussion
Für die Herstellung der Lösung von Ag-Bi-I ternären Halbleitern, welche als bleifrei-Photovoltaik-Absorber in Dünnschicht-Solarzellen mit mesoskopischen Gerät Architekturen genutzt werden sollen, haben wir ein detailliertes Protokoll bereitgestellt. c-TiO2 Schichten bildeten sich auf FTO Substraten Elektron Leckage fließt in die FTO Elektroden zu vermeiden. m-TiO2 Schichten bildeten sich nacheinander auf c-TiO2-beschichtet FTO Substrate zur Verbesserung der Elektron-Extraktionen aus…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von Daegu Gyeongbuk Institute of Science und Technology (DGIST) Forschung und Entwicklung (FuE) Programme des Ministeriums für Wissenschaft, IKT und Zukunft Planen von Korea (18-ET-01) unterstützt. Diese Arbeit wurde auch von Korea Institut der Energie Technologiebewertung und Planning(KETEP) und dem Ministerium für Handel, Industrie & Energy(MOTIE) der Republik Korea (Nr. 20173010013200) unterstützt.
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
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