가변 밴드 갭 Pinhole 무료 Methylammonium 리드 할로겐 페로 영화에 대 한 낮은 압력 증기를 이용한 솔루션 과정

하이브리드 무기 유기 리드 할로겐 perovskites (채널₃NH₃PbX₃, X = I, Br, Cl) 급속 하 게 지난 몇 년 동안 내 등장은 반도체의 새로운 클래스는. 이 소재 클래스는 높은 흡수 계수¹, 가변 전압², 긴 충전 캐리어 확산 길이³, 높은 결함 허용 오차⁴, 높은 photoluminescence 등 우수한 반도체 속성을 보여 줍니다. 양자 수율^5,6. 이러한 특성의 독특한 결합은 단일 접합^7,8 등 multijunction 태양 전지^{9, 광전자 장치에서 응용 프로그램에 대 한 매우 매력적인 할로겐 perovskites 리드 10}, 레이저^11,12및 Led¹³.

채널₃NH₃PbX₃ 영화는 에너지 응용 프로그램¹⁵이 반도체 재료의 효율 향상을 목표로 다양 한 합성 방법¹⁴, 날조 될 수 있다. 그러나, 태양광 장치 최적화 충전 선택적 연락처 (즉, 전자와 레이어를 수송 하는 구멍)이 photocarrier 컬렉션을 용이 하 게 그것의 인터페이스 뿐만 아니라 할로겐 페로 활성 층의 품질에 의존 장치입니다. 특히, 연속, pinhole 무료 활성 레이어는 션트 저항, 장치 성능 향상을 최소화 하기 위해 필요 합니다.

유기-리드 할로겐 날조를 위한 가장 광범위 한 방법 가운데 페로 박막 솔루션 및 진공 기반 프로세스입니다. 가장 일반적인 솔루션 프로세스 리드 할로겐 및 methylammonium 할로겐 dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO), 또는 γ-butyrolactone (GBL), 또는 혼합물이 용이 매에 용 해의 아데닌 비율을 사용 합니다. ^{2 , 16 ,} 온도, 시간, 분위기, 어 닐 링 뿐 아니라 ¹⁷ 전조 몰 솔벤트 타입, 연속 및 핀 홀 무료 영화를 정확 하 게 제어 해야 합니다. ¹⁶ 예를 들어 표면 범위를 개선 하기 위해 용 매 공학 기술 시연 했다 조밀한 항복 하 여 영화를 매우 균일. ¹⁷ 이 기법에서 비-용 매 (톨루엔)는 틈 다 떨어뜨린 페로 레이어에 페로 솔루션의 회전 하는 동안. ¹⁷ 이 접근은 일반적으로 잘 mesoporous 전자 선택적 접촉으로 티 오₂ 증가 접촉 면적을 고용 하 고 캐리어 전송 길이 감소는 생체 heterojunctions에 적합 합니다.

그러나,에 따라 선택적 연락처를 사용 하 여 평면 heterojunctions (일반적으로 티 오₂) 얇은 태양 전지 기술에 보다 쉽게 채택 될 수 있는 간단 하 고 확장 가능한 구성 제공 하기 때문에, 영화는 더 바람직한. 따라서, 높은 효율과 안정성 평면 heterojunctions에 대 한 작업을 보여 주는 유기 리드 할로겐 페로 활성 층의 개발이이 분야에서 기술 발전 될 수 있습니다. 그러나, 평면 heterojunctions를 조작 하는 주요 과제 중 하나 여전히 활성 층의 동질성 표시 됩니다. 몇 가지 시도, 진공 프로세스에 따라 티 오₂ 박막에 균일 한 레이어를 준비 되었습니다. 예를 들어 Snaith 및 공동 작업자 시연 듀얼 증발 프로세스는 매우 동질적인 페로 레이어 태양광 응용 프로그램에 대 한 높은 전력 변환 효율을 얻을. ¹⁸ 이 분야에서 중요 한 발전을 나타내는, 활성 층의 구성의 tunability의 부족과 높은 진공 시스템의 사용 제한이 방법의 적용. 흥미롭게도, 매우 높은 균일성 증기 기반 솔루션 프로세스 (VASP)¹⁹ 와 수정된 저압 VASP (lp로-VASP)^6,20달성 되었습니다. LP-VASP 리드 할로겐 전조 레이어 methylammonium 할로겐 증기 압력 감소에 존재의 어 닐 링에 기반 하지만 VASP, 양 및 공동 작업자¹⁹에 의해 제안 된 더 높은 온도 및 장갑 상자를 사용 하 여, 고 상대적으로 낮은 온도 fumehood에서. 이러한 특정 조건을 혼합 페로 작곡, 그리고 순수한 채널₃NH₃PbI₃의 제작, 채널₃NH₃PbI_3-xCl_x, CH₃NH₃PbI_{3-액세스 활성화 x}Br_x, 그리고 채널₃NH₃PbBr₃ 쉽게 달성 될 수 있다. 특히, 전체 구성 공간 채널₃NH₃PbI_3-xBr_x 영화 높은 광전자 품질과 재현성^6,20합성 수 있습니다.

여기, 우리가 제공 프로토콜에 대 한 자세한 설명을 유기 무기 리드 할로겐의 합성에 대 한 LP-VASP, methylammonium 할로겐 유도체를 합성 하는 절차를 포함 하 여 통해 페로 레이어. 채널₃NH₃PbX₃ 영화의 PbI₂/PbBr₂ (PbI₂또는 PbI₂/PbCl i) 스핀 코팅을 구성 하는 2 단계 절차 이루어져 일단 선구자는 합성 유리 기판 또는 주석 산화물 불 소 첨가 (FTO) ₂) 전조 전자 전송 층, 및 ii로 평면 티 오₂, 유리 기판 코팅) 저압 증기 기반 채널₃NH₃의 혼합물에 열 처리 및 채널₃NH₃원하는 광 밴드 갭에 따라 정밀 하 게 조정 될 수 있는 Br (1.6 eV ≤ E_g ≤ 2.3 eV). 이러한 조건 하에서 methylammonium 할로겐 분자는 연속, pinhole 무료 할로겐 페로 영화 저조한 리드 할로겐 박막으로 천천히 확산 수증기 단계에서 제시. 이 프로세스 완료 된 유기 무기 리드 할로겐 페로를 시작 리드 할로겐 전조 계층에서 2 배 볼륨 확장을 생성합니다. 페로의 표준 두께 약 400 nm. 두 번째 스핀 코팅 단계의 속도 변경 하 여 100-500 nm 사이이 두께 다양 하 게 가능 하다. Au/스피로-OMeTAD /CH₃NH₃PbI_3-xBr_x를 사용 하 여 최대 19%의 전력 변환 효율 가진 태양광 장치 변환 높은 광전자 품질의 영화에서 결과 제시 기법 / 티 오₂압축 / FTO/유리 솔 라 셀 아키텍처. ²¹