Processus de Solution assistée par vapeur basse pression pour bande accordable Gap sténopé méthylammonium plomb halogénure Perovskite Films

Carolin M. Sutter-Fella; Yanbo Li; Nicola Cefarin; Aya Buckley; Quynh Phuong Ngo; Ali Javey; Ian D. Sharp; Francesca M. Toma

doi:10.3791/55404

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Article de méthode

Processus de Solution assistée par vapeur basse pression pour bande accordable Gap sténopé méthylammonium plomb halogénure Perovskite Films

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DOI :

10.3791/55404

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8 septembre 2017

Carolin M. Sutter-Fella^*¹^,²^,³ , Yanbo Li^*¹^,⁴ , Nicola Cefarin¹^,⁵^,⁶ , Aya Buckley¹^,⁷ , Quynh Phuong Ngo⁸^,⁹ , Ali Javey²^,³ , Ian D. Sharp¹ , Francesca M. Toma¹

¹Joint Center for Artificial Photosynthesis, Chemical Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, ²Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley, ³Materials Science Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, ⁴Institute of Fundamental and Frontier Sciences, University of Electronic Science and Technology of China, ⁵Department of Physics, Graduate School of Nanotechnology, University of Trieste, ⁶TASC Laboratory, IOM-CNR - Istituto Officina dei Materiali, ⁷Department of Chemistry, University of California, Berkeley, ⁸Materials Science and Engineering, University of California, Berkeley, ⁹Joint Center for Artificial Photosynthesis, Lawrence Berkeley National Laboratory

^* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

Nous présentons ici un protocole pour la synthèse de CH₃NH₃I et précurseurs de Br₃CH₃NH et la formation subséquente de continu, pinhole-free CH₃NH₃IBP_3-xBr_x minces pour la application dans les cellules solaires à haut rendement et autres dispositifs optoélectroniques.

Résumé

Organo-plomb halogénure pérovskites ont récemment suscité un grand intérêt pour les applications potentielles en couche mince photovoltaïque et l’optoélectronique. Ici, nous présentons un protocole pour la fabrication de ce matériel par l’intermédiaire de la méthode de process (LP-VASP) solution vapeur basse pression assistée, ce qui donne environ 19 % efficacité de conversion énergétique à hétérojonction plane perovskite photopiles. Tout d’abord, nous rapportons la synthèse de l’iodure de méthylammonium (CH₃NH₃j’ai) et bromure de méthylammonium (CH₃NH₃Br) de méthylamine et l’acide correspondant d’halogénure (HI ou HBr). Ensuite, nous décrivons la fabrication de perovskite halogénure méthylammonium plomb pinhole-free, continu (CH₃NH₃PbX₃ avec X = I, Br, Cl et leur mélange) films avec le LP-VASP. Ce processus repose sur deux étapes : i) spin-enduit d’une couche homogène de précurseur d’iodure de plomb sur un substrat et ii) conversion de cette couche en CH₃NH₃IBP_3-xBr_x en exposant le substrat aux vapeurs d’un mélange de CH ₃ NH₃I et CH₃NH₃Br à pression réduite et 120 ° C. Grâce à une diffusion lente de la vapeur d’halogénures méthylammonium dans le précurseur d’iodure de plomb, nous réaliser une croissance lente et contrôlée d’un film continu, pinhole-free pérovskite. Le LP-VASP permet un accès synthétique à l’espace de composition pleine d’halogénure en CH₃NH₃IBP_3-xBr_x avec 0 ≤ x ≤ 3. Selon la composition de la phase vapeur, la bande interdite peut être ajustée entre 1,6 eV ≤ E_g≤ 2,3 eV. En outre, en faisant varier la composition du précurseur aux halogénures et de phase vapeur, nous pouvons également obtenir CH₃NH₃IBP_3-xCl_x. Films obtenus à partir de la VASP-LP sont reproductibles, la phase pure confirmé par des mesures de diffraction des rayons x et voir la photoluminescence haut rendement de quantique. Le processus ne nécessite pas l’utilisation d’une boîte à gants.

Introduction

Hybrides organiques-inorganiques du plomb halogénure pérovskites (CH₃NH₃PbX₃, X = I, Br, Cl) sont une nouvelle classe de semi-conducteurs qui a émergé rapidement au sein de ces dernières années. Cette classe de matériaux présente des propriétés de semi-conducteur excellent, comme haute absorption coefficient¹, bandgap accordable², long frais transporteur diffusion longueur³, défaut haute tolérance⁴et photoluminescence haute rendement de Quantum⁵^,⁶. La combinaison unique de ces caract....