Bassa pressione processo di soluzione Vapor-assistita per sintonizzabile Band Gap Pinhole Metilammonio piombo ad alogenuri Perovskite film

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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Articolo metodologico

Bassa pressione processo di soluzione Vapor-assistita per sintonizzabile Band Gap Pinhole Metilammonio piombo ad alogenuri Perovskite film

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DOI:

10.3791/55404

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8 settembre 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

In questo articolo

Sommario

Qui, presentiamo un protocollo per la sintesi di CH₃NH₃io e CH₃NH₃Br precursori e la successiva formazione di continuo, privo di foro stenopeico, CH₃NH₃PbI_3-xBr_x film sottili per la applicazione in celle solari ad alta efficienza e altri dispositivi optoelettronici.

Abstract

Organo-piombo ad alogenuri perovskiti hanno recentemente attirato grande interesse per le potenziali applicazioni nel settore fotovoltaico a film sottile e optoelettronica. Qui, presentiamo un protocollo per la realizzazione di questo materiale attraverso il metodo di processo (LP-VASP) soluzione del vapore a bassa pressione assistito, che produce ~ 19% efficienza di conversione di potenza in eterogiunzione planare perovskite celle solari. In primo luogo, segnaliamo la sintesi di Metilammonio ioduro (CH₃NH₃io) e bromuro di Metilammonio (CH₃NH₃Br) da metilammina e il corrispondente acido ad alogenuri (HI o HBr). Quindi, descriviamo la fabbricazione di continuo, privo di foro stenopeico, Metilammonio-piombo ad alogenuri perovskite (CH₃NH₃PbX₃ con X = I, Br, Cl e loro miscela) film con la LP-VASP. Questo processo si basa su due passaggi: i) rivestimento per rotazione di uno strato omogeneo di precursore di alogenuri di piombo su un substrato e ii) la conversione di questo strato a CH₃NH₃PbI_3-xBr_x esponendo il substrato ai vapori di una miscela di CH ₃ NH₃I e CH₃NH₃Br a pressione ridotta e 120 ° C. Attraverso la lenta diffusione del vapore ad alogenuri Metilammonio nel precursore di alogenuri di piombo, raggiungiamo la crescita lenta e controllata di un film continuo, privo di foro stenopeico perovskite. LP-VASP consente l'accesso sintetico per lo spazio di composizione completo ad alogenuri CH₃NH₃PbI_3-xBr_x con 0 ≤ x ≤ 3. A seconda della composizione della fase vapore, può essere sintonizzata il bandgap tra 1,6 eV ≤ E ≤_g2,3 eV. Inoltre, variando la composizione del precursore ad alogenuri e della fase vapore, possiamo anche ottenere CH₃NH₃PbI_{- 3x}Cl_x. Film ottenuti da LP-VASP sono riproducibili, puro, come confermato dalle misure di diffrazione dei raggi x e visualizza fotoluminescenza alto rendimento quantico di fase. Il processo non richiede l'uso di un vano portaoggetti.

Introduzione

Ibridi organici-inorganici di piombo ad alogenuri perovskiti (CH₃NH₃PbX₃, X = I, Br, Cl) sono una nuova classe di semiconduttori emersa rapidamente all'interno degli ultimi anni. Questa classe materiale Mostra le proprietà di semiconduttore eccellente, quali assorbimento elevato coefficiente¹, sintonizzabile bandgap², lunga carica vettore diffusione lunghezza³, difetto alta tolleranza⁴e alta fotoluminescenza quantistica resa⁵^,⁶. La combinazione di queste caratteristiche fa condurre a....