솔루션 처리 "실버-비스무트-요오드" 삼항 박막 리드 무료 태양광 흡수에 대 한
Summary
여기, 우리는 솔루션 처리 실버-비스무트-요오드 (Ag-Bi-나) 삼항 반도체에 대 한 상세한 프로토콜 얇은 필름에 티 오2조작 제시-투명 전극 및 그들의 공기-안정으로 잠재적인 응용 프로그램 및 리드-프리 코팅 광전자 장치입니다.
Abstract
비스무트 기반 하이브리드 perovskites는 환경 친화적이 고 공기 안정적인 태양 전지 응용 프로그램에 대 한 유망한 사진-액티브 반도체로 간주 됩니다. 그러나, 불 쌍 한 표면 형태학 및 상대적으로 높은 밴드 갭 에너지는 그들의 잠재력을 제한 했다. 실버-비스무트-요오드 (Ag-Bi-나) 광전자 장치에 대 한 유망 반도체 이다. 따라서, Ag-Bi-난 삼항 박막 소재 솔루션 처리를 사용 하 여 제작을 설명 합니다. 결과 박막 제어 표면 형태학 및 그들의 열 어 닐 링 온도 따라 광 bandgaps 전시. 또한, 그것은으로 알려졌다는 Ag-Bi-나 삼진 시스템 구체화 AgBi2나7, Ag2BiI5, 선구자 화학 제품의 비율에 따라 등 . 솔루션 처리 AgBi2나7 박막 전시 큐빅 상 결정 구조, 곡물 800 200에서 크기에 이르기까지와 밀도, pinhole 무료 표면 형태학, 및 1.87 eV의 간접 밴드 갭. 결과 AgBi2나7 박막 보기 좋은 안정성과 에너지 밴드 다이어그램에 어로 표면 형태학 및 광학 bandgaps 무연 고 공기 안정적인 단일 접합 태양 전지에 적합. 아주 최근에, 4.3% 전원 변환 효율을 가진 태양 전지 Ag-Bi-나 크리스탈 작곡 및 태양 전지 장치 아키텍처를 최적화 하 여 얻은 했다.
Introduction
무기 박막 태양 전지 솔루션 처리 널리 전기1,2,3,,45에 직접 햇빛을 변환 하고자 하는 많은 연구원에 의해 공부 되었다. 소재 합성 및 소자 구조의 개발, 리드 할로겐 기반 perovskites는 전력 변환 효율 (PCE) 225보다 큰 함께 최고의 태양 전지 흡수 되도록 보고 되었습니다. 그러나, 독성 리드의 사용 뿐만 아니라 리드-할로겐 페로 자체의 안정성 문제에 대 한 우려가 커지고 있다.
그것은 최근에 알려졌다 비스무트 기반 하이브리드 perovskites 비스무트 요오드 화물 복잡 한 단위에 여러차례 양이온 및 이러한 생체 태양 전지 아키텍처6, 태양광 흡수로 사용할 수 있습니다 통합 하 여 형성 될 수 있다 7,8. perovskites에 리드는 기가 있는 비스무트로 대체 될 수 있다2 외부 고독한 쌍; 그러나, 지금까지 기존의 리드 할로겐 방법론 비스무트 기반 하이브리드 perovskites 그들은 서로 다른 산화 상태 및 화학 속성9을 있다는 사실에도 불구 하 고 복잡 한 결정 구조에 대 한 사용 되었습니다. 또한, 이러한 perovskites 가난한 표면 형태학 있고 박막 장치 응용 프로그램;의 맥락에서 상대적으로 두꺼운 필름 생산 따라서, 그들은 높은 밴드 갭 에너지 (> 2 eV)6,,78태양광 성능이 있다. 따라서, 우리 하고자 했다 비스무트 기반 박막 반도체, 친환경, 공기-안정은 생산 하는 새로운 방법을 찾아서 낮은 밴드 갭 에너지 (< 2 eV), 소재 설계 및 방법론 고려.
우리 솔루션 처리 Ag-Bi-난 삼항 박막, 될 수 있는 현재의7 과 Ag2BiI5, 무연 고 공기 안정 반도체10,11AgBi2나을 결정. 이 연구 AgBi27 구성, n-butylamine 동시에 요오드 화는 (AgI) 및 비스무트 요오드 화물 (BiI3) 선구자를 분해 하는 용 매로 사용 된다. 혼합물은 스핀 캐스트 및 N2에서 30 분 동안 150 ° C에서 단련-장갑 상자를 가득 그 후, 영화는 실내 온도에 침묵. 결과 박막은 브라운 블랙 컬러로. 또한, 표면 형태 및 크리스탈 구성 Ag-Bi-나 삼진 시스템의 어 닐 링 온도 AgI/BiI3의 선구자 비율에 의해 제어 됩니다. 결과 AgBi2나7 박막 전시 입방 단계 결정 구조, 크기, 200-800 nm의 큰 알갱이와 740의 파장에서 빛을 흡수 하기 시작 1.87 eV의 광 밴드 갭 조밀 하 고 매끄러운 표면 형태학 nm . 그것은 최근에 알려졌다 크리스탈 작곡 및 장치 아키텍처를 최적화 하 여 Ag-Bi-난 삼항 박막 태양 전지 4.3%의 PCE 달성할 수 있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
우리는 Ag-Bi-나 삼진 반도체, 생체 소자 구조와 박막 태양 전지에 태양광 무연 흡수로 악용 될 수 있는 솔루션 제작에 대 한 자세한 프로토콜을 제공. c-티 오2 레이어 FTO 전극에 흐르는 전자 누설을 피하기 위해 FTO 기판에 형성 되었다. m-티 오2 층 c-티 오2에 순차적으로 형성 되었다-태양광 흡수 (즉, Ag-Bi-나 얇은 필름)에서 생성 된 전자 기사 개선 FTO 기판 코팅. C-티 오…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 대구 경북 과학 및 기술 (DGIST) 연구 및 개발 (R & D) 프로그램 부의 과학, 정보 통신, 한국 미래 계획 (18-동부 표준시-01)에 의해 지원 되었다. 이 작품 또한 한국 에너지 기술 평가 연구소와 연구원 및 사역의 무역, 산업 및 한국 (No. 20173010013200)의 Energy(MOTIE)에 의해 지원 되었다.
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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