Facteurs affectant la Performance des Sb2S3clés-sensibilisés cellules solaires pendant une Sb2S3 dépôts via LAPE3-thiourée Solution-traitement complexe
Summary
Cet ouvrage fournit un procédé expérimental détaillé pour le dépôt de Sb2S3 sur une couche mésoporeux TiO2 à l’aide d’une LAPE3-solution complexe thiourée pour des applications en Sb2S3-sensibles des cellules solaires. Cet article détermine également les facteurs clés qui régissent le processus de dépôt.
Abstract
SB2S3 est considéré comme l’un des absorbeurs de lumière émergentes qui peuvent s’appliquer aux cellules solaires de nouvelle génération en raison de ses propriétés optiques et électriques uniques. Récemment, nous avons démontré son potentiel comme la nouvelle génération des cellules solaires en atteignant un haut rendement photovoltaïque > 6 % Sb2S3-sensibles des cellules solaires à l’aide d’une simple thiourée (TU)-selon la méthode de solution complexe. Nous décrivons ici les principales procédures expérimentales pour la déposition de Sb2S3 sur une couche de (mp-TiO2) mésoporeux TiO2 à l’aide d’une solution complexe de LAPE3– TU dans la fabrication des cellules solaires. Tout d’abord, la solution TU –3LAPE est synthétisée en dissolvant la LAPE3 et TU dans le N, N– diméthylformamide à divers rapports molaires de LAPE3: TU. Ensuite, la solution est déposée sur des substrats de préparés comme consistant en mp-TiO2/TiO2-blocage couche/F-dopé SnO2 verre par Enduction centrifuge. Enfin, pour former le cristallin Sb2S3, les échantillons sont recuits dans un N2-remplis la boîte à gants à 300 ° C. Les effets des paramètres expérimentaux sur l’exécution du dispositif photovoltaïque sont également discutées.
Introduction
Chalcogénures axée sur l’antimoine (Sb-Chs), y compris les Sb2S3, Sb,2Se3, Sb2(S, Se)3et CuSbS2, sont considérés comme des matériaux émergents qui peuvent être utilisés dans la génération des cellules solaires1 ,2,3,4,5,6,7,8. Toutefois, les dispositifs photovoltaïques basés sur Sb-Chs amortisseurs légers n’ont pas encore atteint le rendement de conversion de 10 % de la puissance (PCE) nécessaire pour démontrer la commercialisation possible.
Pour surmonter ces limites, des méthodes et des techniques différentes ont été appliquées, comme un traitement de surface induite par la thioacétamide1, une méthode de dépôt température ambiante4, une couche atomique dépôts technique2et l’utilisation de colloïde point quantique points6. Parmi ces différents procédés, le traitement solution basé sur une décomposition de bain chimique présentait la plus haute performance1. Toutefois, un contrôle précis de la réaction chimique et le post traitement sont nécessaires pour atteindre les meilleures performances1,3.
Récemment, nous avons développé un solution simple-traitement haute performance Sb2S3-sensibles des cellules solaires à l’aide d’une LAPE3-solution complexe de la thiourée (TU)3. En utilisant cette méthode, nous avons été en mesure de fabriquer une qualité Sb2S3 , avec un ratio de Sb/S contrôlé, qui a été appliqué à une cellule solaire pour atteindre une performance de l’appareil comparable de 6,4 % PCE. Nous avons également pu effectivement réduire le temps de traitement puisque le Sb2S3 a été fabriqué par une seule étape déposition.
Dans ce travail, nous décrivons la procédure expérimentale détaillée pour un dépôt de3 Sb2S sur le substrat composé de mésoporeux TiO2 (mp-TiO2) / TiO2 blocage couche (TiO2– BL) / F-dopé (SnO)2 Verre FTO) pour la fabrication de Sb2S3-sensibilisés cellules solaires par LAPE3– TU complexe traitement solution3. En outre, trois facteurs clés affectant la performance photovoltaïque dans le cadre d’une déposition Sb2S3 ont été identifiées et discutées. Le concept de la méthode peut être appliqué facilement à autres sensibilisant-type des cellules solaires basées sur les sulfures métalliques.
Protocol
Representative Results
Discussion
TiO2– BL est largement utilisé comme une couche de blocage des trou dans les cellules solaires. Comme illustré à la Figure 2, une grande différence a été observée dans la performance de l’appareil selon l’épaisseur BL – TiO2. Par conséquent, son épaisseur doit être optimisé afin d’obtenir un meilleur rendement global appareil, parce qu’il critique agit comme une couche bloquant les trous afin d’éviter tout contact direct entre la FTO et trou-trans…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par Daegu Gyeongbuk Institut de Science et technologie (DGIST) R & D des programmes du ministère des sciences et TIC, République de Corée (subventions no 18-ET-01 et 18-01-systémique-04).
Materials
| Ethyl alcohol, Pure, >99.5% | Sigma-Aldrich | 459836 | |
| Titanium(IV) isopropoxide 97% | Aldrich | 205273 | |
| Nitic acid, ACS reagent, 70% | Sigma-Aldrich | 438073 | |
| Antimony(III) chloride | Sigma-Aldrich | 311375 | |
| Thiourea | Sigma-Aldrich | T7875 | |
| N,N-Dimethylformamide, anhydrous, 99.8% | Sigma-Aldrich | 227056 | |
| TiO2 paste with 50 nm particles | ShareChem | SC-HT040 | |
| Poly(3-hexylthiophene) | 1-Material | PH0148 | |
| Chlorobenzene | Sigma-Aldrich | 284513 | |
| FTO/glass (8 Ohmos/sq) | Pilkington | ||
| Spin coater | DONG AH TRADE CORP | ACE-200 | |
| Hot plate | AS ONE Corporation | HHP-411 | |
| Glove box | KIYON | KK-021AS | |
| UV OZONE Cleaner | AHTECH LTS | AC-6 | |
| Furnace | WiseTherm | FP-14 | |
| UV/Vis Absorption spectroscopy | PerkinElmer | Lambda 750 | |
| Multifunctional evaporator with glove box | DAEDONG HIGH TECHNOLOGIES | DDHT-SDP007 |
References
- Choi, Y. C., Lee, D. U., Noh, J. H., Kim, E. K., Seok, S. I. Highly Improved Sb2S3 Sensitized-Inorganic-Organic Heterojunction Solar Cells and Quantification of Traps by Deep-Level Transient Spectroscopy. Advanced Functional Materials. 24 (23), 3587-3592 (2014).
- Kim, D. -. H., et al. Highly reproducible planar Sb2S3-sensitized solar cells based on atomic layer deposition. Nanoscale. 6 (23), 14549-14554 (2014).
- Choi, Y. C., Seok, S. I. Efficient Sb2S3-Sensitized Solar Cells Via Single-Step Deposition of Sb2S3 Using S/Sb-Ratio-Controlled SbCl3-Thiourea Complex Solution. Advanced Functional Materials. 25 (19), 2892-2898 (2015).
- Godel, K. C., et al. Efficient room temperature aqueous Sb2S3 synthesis for inorganic-organic sensitized solar cells with 5.1% efficiencies. Chemical Communications. 51 (41), 8640-8643 (2015).
- Choi, Y. C., et al. Sb2Se3-Sensitized Inorganic-Organic Heterojunction Solar Cells Fabricated Using a Single-Source Precursor. Angewandte Chemie International Edition. 53 (5), 1329-1333 (2014).
- Chen, C., et al. 6.5% Certified Efficiency Sb2Se3 Solar Cells Using PbS Colloidal Quantum Dot Film as Hole-Transporting Layer. ACS Energy Letters. 2 (9), 2125-2132 (2017).
- Choi, Y. C., et al. Efficient Inorganic-Organic Heterojunction Solar Cells Employing Sb2(Sx/Se1-x)3 Graded-Composition Sensitizers. Advanced Energy Materials. 4 (7), 1301680 (2014).
- Choi, Y. C., Yeom, E. J., Ahn, T. K., Seok, S. I. CuSbS2-Sensitized Inorganic-Organic Heterojunction Solar Cells Fabricated Using a Metal-Thiourea Complex Solution. Angewandte Chemie International Edition. 54 (13), 4005-4009 (2015).
- Versavel, M. Y., Haber, J. A. Structural and optical properties of amorphous and crystalline antimony sulfide thin-films. Thin Solid Films. 515 (18), 7171-7176 (2007).
- Yang, B., et al. Hydrazine solution processed Sb2S3, Sb2Se3 and Sb2(S1-xSex)3 film: molecular precursor identification, film fabrication and band gap tuning. Scientific Reports. 5, 10978 (2015).
- Peng, B., et al. Systematic investigation of the role of compact TiO2 layer in solid state dye-sensitized TiO2 solar cells. Coordination Chemistry Reviews. 248 (13-14), 1479-1489 (2004).
- Chen, C., et al. Accelerated Optimization of TiO2/Sb2Se3 Thin Film Solar Cells by High-Throughput Combinatorial Approach. Advanced Energy Materials. 7 (20), 1700866 (2017).
- Sung, S. -. J., et al. Systematic control of nanostructured interfaces of planar Sb2S3 solar cells by simple spin-coating process and its effect on photovoltaic properties. Journals of Industrial and Engineering Chemistry. 56, 196-202 (2017).
- Gong, J., Liang, J., Sumathy, K. Review on dye-sensitized solar cells (DSSCs): Fundamental concepts and novel materials. Renewable & Sustainable Energery Reviews. 16 (8), 5848-5860 (2012).
- Jeon, N. J., et al. Solvent engineering for high-performance inorganic-organic hybrid perovskite solar cells. Nature Materials. 13 (9), 897-903 (2014).
- Choi, Y. C., Lee, S. W., Jo, H. J., Kim, D. -. H., Sung, S. -. J. Controlled growth of organic-inorganic hybrid CH3NH3PbI3 perovskite thin films from phase-controlled crystalline powders. RSC Advances. 6 (106), 104359-104365 (2016).
- Choi, Y. C., Lee, S. W., Kim, D. -. H. Antisolvent-assisted powder engineering for controlled growth of hybrid CH3NH3PbI3 perovskite thin films. APL Materials. 5 (2), 026101 (2017).
