Burada, yüksek verimli perovskit güneş hücreleri elde etmek için tek değerli bir katyondur katkı maddelerinin dahil edilmesi yoluyla çözelti işleme CH3 NH3 PBI 3 özelliklerini ayarlamak için bir protokol mevcut.
Burada, optik, Eksitonik ayarlamak için ve elektriksel özellikler CH3 NH3 PBI 3 perovskit olarak tek değerli bir katyondur katkıların ilave göstermektedir. Doping olasılığı Cu +, Na +, Ag + gibi Pb 2+ benzer iyonik yarıçapları, tek değerli bir katyondur halojenürler eklenerek araştırılmıştır. Fermi düzeyindeki bir değişim ve izotop düşük enerjik bozukluğu ile birlikte alt bandaralıklı optik soğurma dikkate değer bir azalma, elde edilmiştir. Toplu delik hareketlilik ve katkı esaslı Perovskite cihaz içinde nakil aktivasyon enerjisinin önemli bir azalma bir emir-of-büyüklük geliştirme elde edildi. Bu katyonların mevcudiyetinde bahsedilen geliştirilmiş özelliklere izdiham perovskit güneş hücresinin fotovoltaik parametreleri bir donanım yol açmıştır. AGI açık devre gerilimi 70 mV artış ve 2 mA / cm 2 impNaI- ve CuBr bazlı güneş hücreleri için fotoakım yoğunluğunda yönelik iyileştirme bozulmamış cihaza göre elde edilmiştir. Çalışmalarımız CH 3 NH 3 PBI 3 perovskitin ve sonraki cihazların optoelektronik kalitesinde daha iyileştirmeler için önünü açıyor. Bu kristalleşme içinde takviye kirliliklerin rolü üzerine araştırmalar için yeni bir yol vurgular ve Perovskite yapılarda elektronik kusur yoğunluğunu kontrol eder.
Şu anda, dünyanın enerji ihtiyacının (yani,% 85) baskın kısmı küresel ısınmaya kolaylaştırır ve çevremize 1 zararlı etkileri vardır petrol, kömür ve doğal gaz yanması, tarafından besleniyor. Bu nedenle, enerji CO2 Tarafsızım kaynağa geliştirilmesi büyük ilgi konusudur. Fotovoltaik (PV) bu gereksinimi karşılamak için ideal bir enerji dönüşüm sürecidir. Ancak, maliyet ve verimlilik, PV teknolojisinin geniş benimsenmesine başlıca engeller olarak, geliştirilmesi gerekmektedir. Böyle Perovskite güneş pilleri (PSC) gibi yeni malzemeler, dayalı PV teknolojileri Yükselen, daha düşük maliyetle ve daha fazla verimlilik kombinasyonu var. Bu, silikon tabanlı meslektaşları 2, 3 göre ucuz ve kolay hazır yanı sıra ile hızlı malzeme ve düşük enerjili işleme yollarının kullanılması ile elde edilir4. 22'den fazla% 3.8 den% güç dönüşüm verimliliği (PCE) 'de olağanüstü bir gelişme, PV mimarisi 5, 6, 7, 8 yılında ilk ortaya çıktığı tarihten itibaren hibrid organik-inorganik kurşun halide perovskitin için rapor edilmiştir. Böyle bir üstün performans son derece keskin bant kenarı ile güçlü ışık emilimi kaynaklanan, çok düşük enerjik bozukluk, kolayca büyük difüzyon uzunlukları ile serbest taşıyıcılar içine ayırmak zayıf bağlı eksitonlar ve melez organik-inorganik foton geri dönüşüm özelliği 9, 10, 11, 12 perovskit talebi halid. Bu malzemeler ABX 3 kristalleri oluşturmak üzere organik halid ve metal halide tuzları kristalize olan Perovskite aile içinde kategorize edilir </sub> X, bir anyondur yapısı ve A ve B, farklı boyutlarda katyonları (bir B daha büyük olmak üzere) vardır. Bir site için bildirilen katyonlar metilamonyum (MA), formamidinium (FA) ve sezyum (Cs) arasında; Bu katyonlar bir kombinasyonu 14, yüksek performans 13 göstermektedir. Bundan başka, B sitesinde iki değerlikli katyon ana aday kalay ile ikame edilmiş olabilir kurşun, olduğu; bandaralıklı başarıyla-kırmızı kaymıştır 15 Perovskite karışık bir kurşun-kalay içinde 1000'den fazla nm olabilir. Iyodür (I) 'in bromid (Br) oluşan bir karışım asil 16, 17 olarak tanıtılmıştır burada Benzer şekilde, X-Alanı işgalcilere yaygın olarak incelenmiştir. Nedenle, kimyasal kompozisyonu değiştirerek perovskitteki yapısal, morfolojik ve optoelektronik özellikleri işlemek için son derece makuldür.
Rağmen bu gelişmiş crystalline kalitesi ve perovskit filmin makroskopik tekdüzelik verimli cihazlar 18 ulaşmak için kilit parametreler, polikristal etki, kökeni ve perovskit emiciler elektronik kusurların rolü ve şarj toplama katmanları rolü üzerine arasındaki sınırların etkisi Perovskite güneş pillerinde kayıp işlemleri henüz tam olarak anlaşılmış değildir. Perovskite yapıda elektronik kusurları doğası ile ilgili olarak, ya da iletim ve değerlik bantlarında devletlerin sürekliliği içinde çok yakın olan devletler, neden böyle ben veya Pb boş olarak kusurları, birçok rapor edildiği fotovoltaik cihazların 19 üzerinde olumsuz bir elektronik etkiye sahip olabilir. Buna ek olarak, kurşun katyonları ve perovskit düzlemde iyodid anyon arasında güçlü bir kovalent bağ etkileşimi iç kusurlar varlığına yol (örneğin, Pb dimerler ve trimerler I koordine altında), creat hangicihazın 20 çalışması sırasında şarj rekombinasyon merkezleri olarak hareket bant kenarı içinde e siteleri.
Burada, katkılama CH3 etkisini araştırmak NH3 PBI, Na +, Cu +, Ag +, Pb 2+ daha düşük valanslı metal iyonları da dahil olmak üzere tek-değerli katyon halojenürler 3 perovskit. Bu nedenle, ön-madde perovskit çözeltisi içine halide bazlı tuzlarının bir rasyonel bir miktarda (örneğin, Nal, CuBr, Cul ve AGI) ilave edilerek, bu katyonları içerirler. Kristal muhtemel olan bu katyonlar Pb 2+ benzer iyonik yarıçapları, bu yüzden yer değiştirilmesi doping var. Biz, bu katyonların mevcudiyeti güçlü morfolojisi ve perovskit tabakasının kapsama hem etki göstermiştir. Buna ek olarak, bu katyonlar (örneğin, Na +, Ag +) varlığı X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve significan ile teyit edilmiştirperovskitin Fermi düzeyindeki t değişikliği Kelvin prob kuvvet mikroskobu (KPFM) ile ölçüldü. sırayla yatırılır Perovskite güneş pilleri içine bu katyonlar birleşmeyle, biz (% 15.6% 14 karşılaştırmak) PSC fotovoltaik verimliliğinde bir iyileşme sağlanmıştır. Nedenle, yük taşıma en üst düzeye çıkarmak ve en yüksek PV performansa ulaşmak için yüzey tuzakları pasifleştiren güneş enerjisi hücresi mimarisinde soğurucu katman (örneğin, perovskit) yapısal ve optoelektronik özellikleri artırmak için esastır.
Mezoskopik perovskit güneş hücreleri tipik bir mimari malzemeleri, bir dizi dönel kaplı iletken bir alt-tabaka ve bir termal olarak buharlaştırıldı metal kontağa (Şekil 1) arasında olan, bu çalışma bölgesi kullanılmıştır. Gözenekli TiO2 tabakalar yüzey tuzakları pasifleştirme ve elektron aktarım katmanı ve soğurucu malzeme 21, 22 arasındaki arabirim artırdığı bildirilmiştir TiCl4 ile muamele edildi. perovskit tabaka daha sonra ardışık iki aşamalı yerleştirme tekniği kullanılarak kaplanmıştır. İkinci aşamada, izotop öne halid tam dönüşümü yüksek ışık emme 16, 17 elde etmek için gerekli olduğunu ve tek değerli katyon halojenür katkı maddeleri (örneğin, Nal ve CuBr) tam bir dönüşüme neden olduğunu göstermiştir. Ayrıca, gözenekli titanyum tabakasının tam kapsama wperovskitin ith aşırı tabakasının delik taşıma katmanı (örneğin, Spiro OMETAD) ve elektron taşıma katmanı (örneğin, gözenekli TiO2) 23 arasındaki potansiyel rekombinasyon ortadan kaldırmak için hayati önem taşımaktadır. Biz tek değerlikli katyon halojenürler (örneğin, Cul ve AGI) eklenerek cihaz için daha yüksek bir açık devre gerilimine yol açar Perovskite kapatma tabakasının yüzey kaplama artırabilir resimli.
Bizim yöntemin en önemli avantajı biz ücretleri yoğunluğunu, şarj taşıma ve emici tabakanın iletkenliği artırmak için CH 3 NH 3 PBI 3 yapıya tek değerlikli katyonların dahil doping adımdır. Bir önceki bölümde belirtildiği gibi, yukarıda belirtilen güçlendiriciler önemli ölçüde elektron ve delik hareketlilik hem gelişmiş. Buna ek olarak, hem de perovski enerjik bozuklukta yük iletimi aktivasyon enerjisi dikkate değer bir azalmate filmi, tek değerli bir katyondur katkılama ile elde edilmiştir.
Bu çalışmada, bir güneş pili yapısı perovskit mezoskopik bir emici tabaka olarak CH3 NH3 PBI 3 katkı yapılmasını mümkün bir yöntem gösterilmiştir. Monovalan katyon halojenürler fotovoltaik performansını artırmak amacıyla ayarlamak için CH 3 NH 3 PBI 3 Perovskite filmi, morfolojik optik ve elektriksel özellikleri kullanılmıştır. Bu nedenle, PBI 3 NH3 CH3 ardışık iki aşamalı birikimi talebi kaynak Pb 2+ benzer iyonik yarıçapına sahiptir, üç farklı, tek değerlikli katyonlar (örneğin, Na +, Cu +, Ag +), dahil . Bunun bir sonucu olarak, CH3 NH3 PBI 3 yapısal ve optoelektronik özelliklerinde belirgin bir gelişme imal edilmiş güneş pilleri için daha yüksek PCE'lerde yol açan bu katkı maddeleri varlığında meydana geldi. Bu nedenle, bizim iş hidaha perovskit ince filmlerin elektronik kalitesini artırmak amacıyla perovskit güneş hücreleri (örneğin, düzlemsel mimarisi) tüm diğer düzenekler de kullanılabilir, bir emici katman olarak CH3 NH3 PBI 3 doping için kolay bir yol ghlights.
https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/260187: Bu kağıdı temel veri mevcuttur.
The authors have nothing to disclose.
Doktora Burs M. Abdi-Jalebi teşekkür Nava Teknoloji Limited. MI Dar ve M.Grätzel Bilim ve Teknoloji King Abdulaziz City (KACST) ve mali destek için İsviçre Ulusal Bilim Vakfı (SNSF) teşekkür ederim. Yazarlar XPS ölçümleri gerçekleştirmek için Moleküler Dr. Pierre Mettraux ve Hibrid Malzeme Karakterizasyonu Merkezi, EPFL teşekkür etmek istiyorum. A.Sadhanala minnetle Hint-UK APEX projeden maddi destek kabul eder. SP Senanayak Newton Bursu için Royal Society Londra kabul eder. RH Arkadaş, M. Abdi-Jalebi ve A. Sadhanala EPSRC destek kabul etmek istiyorum.
Fluorine doped Tin Oxide (FTO)-coated glass | Sigma-Aldrich | 735264-1EA | Resistivity≈13 Ω/sq |
Zinc powder | Sigma-Aldrich | 96454 | Molecular Weight 65.39 |
Hydrochloric acid | Sigma-Aldrich | 84415 | ≥37 wt. % |
Hellmanex detergent | Sigma-Aldrich | Z805939-1EA | pkg of 1 L |
Titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate) | Sigma-Aldrich | 325252 | 75 wt. % in isopropanol |
Titania Paste | DYESOL | MS002300 | 30 NR-D Transparent Titania Paste |
Lead (II) iodide | Sigma-Aldrich | 211168 | 99 wt. % |
N,N-Dimethylformamide | Sigma-Aldrich | 437573 | ACS reagent, ≥99.8% |
Methylammonium iodide | DYESOL | MS101000 | Powder |
SpiroMeOTAD | Sigma-Aldrich | 792071 | 99% (HPLC) |
Bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium salt | Sigma-Aldrich | 544094 | 99.95% trace metals basis |
4-tert-Butylpyridine | Sigma-Aldrich | 142379 | Purity: 96% |
Chlorobenzene | Sigma-Aldrich | 284513 | anhydrous, 99.8% |
2-Propanol (IPA) | Sigma-Aldrich | 278475 | anhydrous, 99.5% |
Ethanol | Sigma-Aldrich | 2860 | absolute alcohol, without additive, ≥99.8% |