ソリューション処理「銀ビスマス ヨード」三項薄膜鉛フリー太陽光吸収体の
Summary
ここで、我々 現在のソリューション処理銀ビスマス ヨウ素 (Ag-Bi-私) 三元系半導体の詳細なプロトコル TiO2上に作製した薄膜-透明電極および空気安定性として潜在的なアプリケーションおよび鉛フリーめっきオプトエレクトロニクス デバイス。
Abstract
ハイブリッドのビスマス系ペロブスカイトは環境および大気中安定な太陽電池のアプリケーションのための有望な写真アクティブ半導体とみなされます。しかし、貧しい人々 の表面形態と比較的高いバンド ギャップ エネルギー彼らの潜在性を限った。(Ag-Bi-私) 銀ビスマス ヨウ素は光電子デバイスの有望な半導体です。したがって、我々 は、薄膜の作製 Ag-Bi-私三元系材料ソリューション処理を使用してを示しています。結果として得られる薄膜制御表面形態とその熱処理温度によると光学バンド ギャップを表わします。さらに、それは、Ag-Bi-私三元系結晶化 AgBi2私7、報告されている Ag2BiI5、前駆体化学物質の比率に従って等。ソリューション処理 AgBi2私7薄膜展示キュービック相結晶構造、200 から 800 までの穀物との密なピンホール フリーの表面形態、nm と 1.87 eV の間接バンド ギャップ。結果 AgBi2私7薄膜を良い空気安定性とエネルギー バンド図だけでなく表面の形態と光学バンド ギャップ鉛フリーと大気安定な単一接合太陽電池に適した。非常に最近、4.3% の電力変換効率を持つ太陽電池は Ag-Bi-私結晶組成と太陽電池デバイス アーキテクチャを最適化することによって得られました。
Introduction
溶液プロセスによる無機薄膜太陽電池は、太陽光を直接電気1,2,3,4,5に変換しようとして多くの研究者によって広く研究されています。材料合成とデバイス アーキテクチャの開発、鉛ハロゲン系ペロブスカイト型は 225より大きい電力変換効率 (PCE) 最高の太陽電池の吸収体に報告されています。ただし、自体 – ハロゲン化鉛ペロブスカイトの安定性の問題と同様に、有害な鉛の使用について懸念が高まっています。
最近、ビスマス ベースのハイブリッド ペロブスカイトがビスマス ヨウ化複雑なユニットに一価カチオンとこれらがメゾスコ ピック太陽電池アーキテクチャ6、太陽光吸収材として使用することができますを組み込むことによって形作ることができる報告されています 7,8。ペロブスカイトにおける鉛ビスマスは、6 s には置き換えることができます2外側孤立電子対;しかし、彼らは異なる酸化状態と化学的性質9を持っているという事実にもかかわらず、複雑な結晶構造を持つビスマス ベースのハイブリッド ペロブスカイトのところ唯一従来の鉛ハライドの方法論が使用されています。さらに、これらのペロブスカイトの貧しい人々 の表面形態があるし、薄膜デバイス アプリケーションのコンテキストで比較的厚いフィルムを生産したがって、彼らは高いバンド ギャップ エネルギー (> 2 eV)6,7,8で貧しい太陽光発電性能を持っています。したがって、我々 は材料設計と方法論を考慮したビスマス薄膜半導体は、環境に優しい、空気安定を生成する新しい方法を見つける、低いバンド ギャップ エネルギー (< 2 eV) に求めた。
提案するソリューション処理 Ag-Bi-私三元系薄膜、することができます7と Ag2BiI5、鉛フリーおよび大気中安定な半導体10、11AgBi2結晶私。この研究 AgBi2I7組成、ヨウ化銀 (AgI)、ビスマス (BiI3) ヨウ化前駆体を同時に溶解する溶媒として n ブチルアミンを使用します。混合物は、スピン キャストと N2で 30 分間 150 ° C で熱処理-グローブ ボックスをいっぱいその後、フィルムを室温に癒されています。得られた薄膜はブラウン ブラック カラーで。さらに、Ag-Bi-私三元系の結晶組成と表面形態のアニーリングの温度と AgI/BiI3前駆体比によって制御されます。結果として得られる AgBi2私7薄膜展示キュービック相の結晶構造、サイズ、200-800 nm の大きな粒と 740 の波長の光を吸収し始めて 1.87 eV の光学バンド ギャップ緻密で滑らかな表面形態 nm.最近、結晶組成とデバイスのアーキテクチャを最適化することにより、Ag-Bi-私三元系薄膜太陽電池が 4.3% の PCE を達成できることが報告されています。
Protocol
Representative Results
Discussion
Ag-Bi-私三元系半導体、メゾスコ ピック デバイス アーキテクチャの薄膜太陽電池における鉛フリー太陽光吸収体として悪用されることであるソリューション作製のための詳しいプロトコルを実施しています。c TiO2層は、FTO FTO 電極に流れる電子の漏れを避けるために基板上に形成されました。m TiO2層の c TiO2に形成された順番に-太陽光吸収体 (すなわち、薄膜中?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、大邱慶北科学と技術 (DGIST) の研究科学省、ICT、韓国の未来計画 (18-エ-01) の開発 (R & D) プログラムによって支えられました。この作品は、韓国エネルギー技術研究所の評価と Planning(KETEP)、貿易省、産業・韓国 (ナンバー 20173010013200) の Energy(MOTIE) によっても支えられました。
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 |
Referências
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