Çözüm işlenen "Gümüş-bizmut-iyot" Üçlü ince filmler için kurşunsuz fotovoltaik emiciler
Summary
Burada, biz mevcut detaylı iletişim kuralları için çözüm işlenen gümüş-bizmut-iyot (Ag-Bi-ı) Üçlü Yarıiletken ince filmler TiO2üzerinde fabrikasyon-kaplı şeffaf elektrotlar ve onların hava-kararlı olarak potansiyel uygulama ve kurşun içermez Opto-elektronik cihazlar.
Abstract
Bizmut tabanlı melez perovskites umut verici fotoğraf-aktif yarı iletkenler, çevre dostu ve hava-kararlı güneş pili uygulamaları için olarak kabul edilmektedir. Ancak, yoksul yüzey türleri Morfoloji ve nispeten yüksek bandgap enerjileri potansiyellerini sınırlı olabilir. Gümüş-bizmut-iyot (Ag-Bi-ı) opto-elektronik cihazlar için umut verici bir yarı iletken olduğunu. Bu nedenle, biz Ag-Bi-ben Üçlü ince filmler malzeme çözüm işleme kullanarak imalatı göstermek. Elde edilen ince filmlerin kontrollü yüzey türleri Morfoloji ve optik bandgaps göre tavlama sıcaklıkları onların termal sergi. Buna ek olarak, bu üç terimli sistemleri Ag-Bi-ben kristalize ki AgBi2‘ ye ben7, bildirilmiştir Ag2bıı5, vb öncül kimyasalların oranını göre. Çözüm işlenen AgBi2ben7 ince filmler sergi bir kübik fazlı kristal yapısı, yoğun, iğne deliği içermeyen yüzey türleri morfoloji büyüklükleri 200 800 arasında değişen tahıllar ile nm ve 1.87 ev dolaylı bir bandgap. Ben7 ince filmler göstermek iyi istikrar ve enerji band diyagramları hava, hem de su yüzüne çıkan AgBi2türleri Morfoloji ve optik bandgaps kurşun içermeyen ve hava-kararlı tek Kavşağı güneş hücreleri için uygun. Son zamanlarda, bir güneş pili % 4.3 güç dönüşüm verimliliği ile Ag-Bi-ben kristal besteleri ve güneş pili cihaz mimarileri optimize ederek elde edildi.
Introduction
Çözüm işlenen inorganik ince-film güneş pilleri güneş ışığı doğrudan elektrik1,2,3,4,5dönüştürmek isteyen pek çok araştırmacı tarafından yaygın olarak incelenmiştir. Malzeme sentezi ve aygıt mimari gelişimi ile kurşun perovskites halide tabanlı en iyi güneş pili emiciler ile bir güç dönüşüm verimliliği (PCE) %225‘ ten büyük olması için rapor edilmiştir. Ancak, zehirli kurşun kullanımı yanı sıra istikrar sorunları, kurşun-halide perovskite kendisi hakkında endişeler artmaktadır.
Son zamanlarda bizmut tabanlı melez perovskites bizmut iyodür karmaşık bir bölüm monovalent katyon ve bunlar mezoskopik güneş pili mimarileri6fotovoltaik emiciler olarak kullanılabilir dahil ederek oluşturulması mümkündür bildirilmiştir, 7,8. Perovskites kurşun 6s olan bizmut ile değiştirilebilir2 dış yalnız çift; Ancak, şimdiye kadar sadece geleneksel kurşun halide metodolojileri farklı oksidasyon Birleşik ve kimyasal özellikleri9ellerinde olmasına rağmen karmaşık kristal yapıları ile bizmut tabanlı melez perovskites için kullanılmaktadır. Buna ek olarak, bu perovskites kötü yüzey türleri morfoloji var ve ince film aygıt uygulamaları bağlamında nispeten kalın filmler üretmek; Bu nedenle, onlar yüksek bant-gap enerji (> 2 eV)6,7,8ile zayıf bir fotovoltaik performansına sahip. Böylece, biz çevre dostu, hava-kararlı, bizmut tabanlı ince film Yarıiletkenler, üretmek için yeni bir yöntem bulmak ve düşük bant-gap enerji (< 2 eV), malzeme tasarımına ve metodoloji dikkate alınarak istedi.
Biz-ebilmek var olmak çözüm işlenen Ag-Bi-ben Üçlü ince filmler, mevcut kristalize AgBi2‘ ye ben7 ve Ag2bıı5, kurşun içermeyen ve hava-kararlı yarı iletkenler10,11. Bu çalışma için AgBi2ben7 kompozisyon, n-butylamine bir çözücü gümüş iyodür (AGI) ve bizmut iyodür (bıı3) öncüleri aynı anda çözmek için kullanılır. Spin-döküm ve tavlanmış 30 dk içinde bir N2için 150 ° C’de karışımı-torpido; dolu daha sonra film oda sıcaklığında su. Sonuç ince filmler kahverengi-siyah renkte. Buna ek olarak, yüzey morfolojisi ve kristal kompozisyon Ag-Bi-ben Üçlü sistemleri tavlama sıcaklıkları ve öncü oranı AgI/bıı3tarafından kontrol edilir. Elde edilen AgBi2ben7 ince filmler sergi bir küp aşama kristal yapı, yoğun ve pürüzsüz yüzey türleri morfoloji 200-800 Nm boyutunda büyük tahıl ve bir optik bant boşluğu 1.87 bir dalga boyu 740 ışıktan emmek başlangıç ev nm . Son zamanlarda kristal besteleri ve aygıt mimarisi optimize ederek, Ag-Bi-ben Üçlü ince-film güneş pilleri % 4.3 PCE elde edebilirsiniz bildirilmiştir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Biz ince-film güneş pilleri mezoskopik aygıt mimarileri ile kurşunsuz fotovoltaik emiciler olarak yararlanılması gereken olan Ag-Bi-ben Üçlü yarı iletkenler, çözüm imalatı için detaylı bir protokol sağladı. c-TiO2 katmanları FTO yüzeylerde FTO elektrotlar akan elektron kaçağı önlemek için kuruldu. m-TiO2 katmanları ardışık olarak c-TiO2tarihinde kuruldu-kaplı FTO yüzeylerde fotovoltaik emiciler (yani, Ag-Bi-ben ince filmler) oluşturulan elektron ç…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser Daegu Gyeongbuk Enstitüsü bilim ve teknoloji (DGIST) araştırma ve geliştirme (Ar- Ge) programları Bilim Bakanlığı, ICT ve Kore gelecek planlama (18 / ET / 01) tarafından desteklenmiştir. Bu eser de Kore Enstitüsü enerji teknoloji değerlendirme ve Planning(KETEP) ve Ticaret Bakanlığı, sanayi ve Energy(MOTIE) Kore Cumhuriyeti (No. 20173010013200) tarafından desteklenmiştir.
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
- 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).
