הפתרון-מעובד "סילבר-ביסמוט-יוד" Ternary סרטים רזה עבור בולמי נטול עופרת פוטו
Summary
במסמך זה, אנו מציגים נתונים היסטוריים פרוטוקולים עבור פתרון-מעובד כסף-ביסמוט-יוד (Ag-Bi-I) ternary מוליכים למחצה סרטים רזה מפוברק TiO2-מצופה אלקטרודות שקופות, שלהם פוטנציאל יישום אוויר-יציב, נטול עופרת מעגל התקנים.
Abstract
Perovskites מבוססי ביסמוט היברידית נחשבים מבטיחים צילום פעיל מוליכים למחצה עבור יישומים ידידותיים לסביבה, אוויר יציב תא פוטו-וולטאי. עם זאת, מורפולוגיות משטח מסכן ואנרגיות גבוהות יחסית bandgap מוגבלת הפוטנציאל שלהם. כסף-ביסמוט-יוד (Ag-Bi-I) הוא מוליך למחצה מבטיח עבור התקנים מעגל. לכן, נדגים הזיוף של Ag-Bi-אני ternary דק סרטים באמצעות עיבוד פתרון גשמי. הסרטים דק וכתוצאה מכך התערוכה מורפולוגיות משטח מבוקרת, bandgaps אופטי לפי שלהם תרמי חישול טמפרטורות. בנוסף, דווח כי מערכות ternary Ag-Bi-אני להתגבש AgBi2אני7, Ag2BiI5, ועוד על פי יחס חומרים כימיקלים. AgBi פתרון-מעובד2אני7 סרטים רזה התערוכה מבנה מעוקב-פאזי קריסטל, צפוף, ללא חריר מורפולוגיות משטח עם גרגרים החל בגודל של 200 עד 800 nm, ו bandgap עקיפה של 1.87 eV. תוצאות AgBi27 סרטים רזה הצג טוב אוויר יציבות ואנרגיה דיאגרמות הלהקה, כמו גם על פני השטח מורפולוגיות, bandgaps אופטי מתאים תאים סולריים יחיד-צומת נטול עופרת, אוויר יציב. ממש לאחרונה, תא סולארי עם 4.3% כוח יעילות ההמרה הושג על-ידי מיטוב Ag-Bi-אני קריסטל יצירות וארכיטקטורות התקן תא פוטו-וולטאי.
Introduction
הפתרון-מעובד אורגניים סרט דק השמש תאים נחקרו באופן נרחב על ידי חוקרים רבים המבקשים להמיר את אור השמש ישירות לתוך חשמל1,2,3,4,5. עם התפתחות האדריכלות סינתזה והתקן גשמי, עופרת מבוסס-הליד perovskites דווחו להיות בולמי תא פוטו-וולטאי הטובה ביותר עם כוח יעילות ההמרה (PCE) גדול מ- 22%5. עם זאת, שם גדל חששות לגבי השימוש של עופרת רעילה, כמו גם בעיות יציבות של פרוביסקיט עופרת-הליד עצמה.
לאחרונה דווח כי perovskites היברידית מבוססי ביסמוט יכול להיווצר על ידי שילוב קטיונים monovalent לתוך יחידה מורכבים של יודיד ביסמוט, כי אלה יכולים לשמש בתור בולמי פוטו mesoscopic תא פוטו-וולטאי ארכיטקטורות6, 7,8. התפקיד הראשי perovskites יכול להיות מוחלף עם ביסמוט, שבו יש את השש2 החיצוני קושרים; עם זאת, עופרת המקובלת עד כה רק הליד מתודולוגיות שימשו perovskites מבוססי ביסמוט היברידית עם מבנים מורכבים קריסטל, למרות העובדה כי יש להם מדינות חמצון שונים ומאפיינים כימיים9. בנוסף, perovskites אלה יש עניים מורפולוגיות משטח ולייצר סרטים עבה יחסית בהקשר של יישומי התקן סרט דק; לכן, יש להם הופעה פוטו המסכן עם הלהקה גבוהה-פער אנרגיה (> 2 eV)6,7,8. לפיכך, אנו ביקשו למצוא שיטה חדשה לייצור מוליכים סרט דק מבוסס-ביסמוט, אשר אוויר יציב, ידידותי לסביבה, ויש פס נמוך-פער אנרגיה (< 2 eV), בהתחשב מתודולוגיה ועיצוב גשמי.
אנו מציגים פתרון-מעובד Ag-Bi-אני ternary סרטים רזה, אשר יכול להיות גיבש AgBi2אני7 ו- Ag2BiI5, מוליכים למחצה נטול עופרת ויציב אוויר10,11. זה ללמוד AgBi2אני קומפוזיציה7 , n-butylamine משמש של הממס להתמוסס בו זמנית את יודיד הכסף (AgI) ואת ביסמוט יודיד (BiI3) סימנים מקדימים. התערובת הוא ספין-שחקנים ו annealed ב 150 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות N2-מלא הכפפות; לאחר מכן, הסרטים הם מתרצה לטמפרטורת החדר. הסרטים דק תוצאות הם בצבע חום-שחור בצבע. בנוסף, מורפולוגיה של פני השטח של הרכב קריסטל של Ag-Bi-אני ternary מערכות נשלטים על ידי טמפרטורות מחזק ויחס קודמן של אגי/BiI3. AgBi שנוצר2אני7 סרטים רזה התערוכה מבנה גבישי שלב מעוקב, מורפולוגיות משטח צפופה וחלקה עם גרגירים גדולים של 200-800 nm, גודל, והפער של הלהקה אופטי של eV 1.87 מתחיל לקלוט אור אורך גל של 740 nm . לאחרונה דווח כי על-ידי מיטוב קריסטל יצירות ואדריכלות התקן, Ag-Bi-אני ternary סרט דק תאים סולריים ניתן להשיג PCE של 4.3%.
Protocol
Representative Results
Discussion
סיפקנו פרוטוקול מפורט עבור פתרון הזיוף של Ag-Bi-אני ternary מוליכים למחצה, אשר ניתן לנצל אותה בתור בולמי נטול עופרת פוטו על סרט דק תאים סולריים עם ארכיטקטורות התקן mesoscopic. c-טיו2 השכבות נוצרו על מצעים FTO כדי למנוע דליפה אלקטרונים הזורמים אל האלקטרודות FTO. m-טיו2 השכבות נוצרו ברצף על c-טיו<s…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מכון טגו Gyeongbuk למדע, טכנולוגיה (DGIST) ומחקר תוכניות פיתוח (R & D) של משרד המדע, תקשוב העתיד תכנון של קוריאה (18-ET-01). עבודה זו גם נתמך על ידי המכון קוריאה של ההערכה טכנולוגיית אנרגיה, Planning(KETEP), משרד של סחר, תעשיית & Energy(MOTIE) של הרפובליקה של קוריאה (מספר 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 |
Riferimenti
- 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).
