हम क्रिस्टल संरचनाओं, राज्यों, ऊर्जा के स्तर का घनत्व, और अंततः सौर सेल प्रदर्शन की तुलना द्वारा जैविक / अकार्बनिक perovskite पतली फिल्मों के लिए विभिन्न निर्माण विधियों के प्रभाव पर एक व्यापक अध्ययन प्रस्तुत करते हैं।
हाइब्रिड कार्बनिक / अकार्बनिक halide perovskites हाल ही में आवेदन सेल सौर के क्षेत्र में बहुत रुचि का विषय रहा है, की क्षमता के साथ डिवाइस अन्य पतली फिल्म डिवाइस टेक्नोलॉजीज से अधिक क्षमता हासिल करने के लिए। फिर भी, इस उपकरण की दक्षता और बुनियादी भौतिक गुणों में बड़े बदलाव की सूचना है। इस फिल्म के प्रसंस्करण के दौरान अनजाने में बदलाव, जो पर्याप्त अब तक जांच नहीं की गई है के कारण है। इसलिए हम आकृति विज्ञान और सीएच 3 राष्ट्रीय राजमार्ग 3 PBI 3 perovskite की एक बड़ी संख्या है, जहां हम दिखाने के इलेक्ट्रॉनिक संरचना का एक व्यापक अध्ययन किया कैसे तैयारी विधि के साथ ही educts methylammonium आयोडाइड और सीसा (द्वितीय) आयोडाइड प्रभाव गुण तरह का मिश्रण अनुपात फिल्म निर्माण, क्रिस्टल संरचना, राज्यों के घनत्व, ऊर्जा का स्तर, और अंततः सौर सेल प्रदर्शन।
पतली फिल्म फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकी उनके कम सामग्री की खपत और लचीला substrates पर प्रयोज्यता के कारण आवेदन सेल सौर के अनुसंधान के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण ध्यान आकर्षित किया है। सबसे विशेष रूप से, जैविक / अकार्बनिक halide perovskite सामग्री सेल उपकरणों सौर में व्यवहार्य सक्रिय परतों, उच्च क्षमता के लिए अग्रणी साबित किया है। Perovskites इस तरह के उच्च अवशोषण गुणांक 1, उच्च आरोप वाहक गतिशीलता 2, और कम exciton बंधन ऊर्जा 3 के रूप में लाभप्रद गुण शामिल हैं। Perovskite परतों विभिन्न समाधान या भाप चरण आधारित निर्माण विधियों की बढ़त (द्वितीय) आयोडाइड (PBI 2) और methylammonium आयोडाइड (एमएआई) की तरह कम लागत अग्रदूत सामग्री का उपयोग करके उत्पादन किया जा सकता है। इस तरह से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सिलिकॉन सौर कोशिकाओं की तुलना में कम तापमान निर्माण का उपयोग कर उच्च crystallinity फिल्मों का एक आसान तैयार करने के लिए अनुमति देता है।
यह थानेदार किया गया हैWN कि कई मापदंडों यह exciton प्रसार लंबाई और आरोप वाहक गतिशीलता को प्रभावित करती है, के रूप में perovskite सौर कोशिकाओं, सबसे उल्लेखनीय फिल्म आकृति विज्ञान के प्रदर्शन पर एक मजबूत प्रभाव है। एनआईई एट अल। पता चला है कि कवरेज और औसत क्रिस्टल आकार, सौर सेल प्रदर्शन बढ़ जाती है 4, 5 के बारे में, perovskite फिल्मों की आकृति विज्ञान में सुधार के द्वारा। आकृति विज्ञान (जैसे नेतृत्व एसीटेट 6 का उपयोग), (ii) आणविक additives 7, (iii) विलायक के चुनाव, (एनएच 4 सीएल तरह) (iv) थर्मल द्वारा (i) अग्रदूत सामग्री का चुनाव प्रभावित हो दिखाया गया है विलायक माहौल है, और विशेष रूप से (v) तैयारी विधि 9 की पसंद (टोल्यूनि या chlorobenzene 8 की तरह) के तहत annealing। समाधान आधारित 17% 4 से अधिक क्षमता के साथ सौर कोशिकाओं में एक या दो कदम-कदम स्पिन कोटिंग परिणाम की तरह प्रक्रियाओं </ sup>, 10, 11, 12, whilst वैक्यूम जमा perovskite सौर कोशिकाओं 15.4% 13 की क्षमता निकलेगा।
यह दिखाया गया है कि अतिरिक्त PBI 2 perovskite परतों में अनाज की सीमाओं पर 14 perovskite फिल्म के passivation द्वारा एक बेहतर संतुलन वाहक PBI 2 से होने के कारण सौर सेल प्रदर्शन के लिए फायदेमंद है। हालांकि, छोटे से काम perovskite फिल्म सामग्री पर stoichiometry के प्रभाव की भूमिका को समझने के लिए किया गया है।
इस पत्र में हम अलग ढंग से तैयार perovskite फिल्मों की एक विस्तृत श्रृंखला पर एक व्यापक अध्ययन के वर्तमान और दिखाने के लिए कैसे तैयारी के तरीकों और अग्रदूत stoichiometry प्रभाव आकृति विज्ञान, crystallinity, राज्यों के घनत्व, फिल्म संरचना, और सौर सेल प्रदर्शन। एक समग्र अवलोकन characteri फिल्म के लिए प्रस्तुत किया जाता है, निर्माण से लेकरzation सभी डिवाइस प्रदर्शन करने के लिए तरीका है।
हम पता चला प्रसंस्करण की स्थिति फिल्म आकृति विज्ञान और फिल्म कवरेज पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। यही कारण है कि अनुसंधान समूहों की एक बहुत ही perovskite सामग्री के लिए सौर सेल प्रदर्शन और आयनीकरण क्षमता के बारे में अलग-अलग परिणाम प्रकाशित है।
आदेश reproducibility सुनिश्चित करने के लिए, यह महत्वपूर्ण है सभी प्रसंस्करण कदम और लक्षण तरीकों के लिए माहौल निष्क्रिय (या वैक्यूम) के तहत किया जा करने के लिए नमी से गिरावट से बचने के लिए। इसके अलावा पवित्रता और educts के विक्रेता से एक महत्वपूर्ण भूमिका (यहाँ नहीं जांच) खेलते हैं। यह स्पष्ट है कि वैक्यूम जमा perovskite परतों अत्यधिक क्रिस्टलीय फिल्मों की सुविधा; हालांकि, इसकी तुलना में, समाधान संसाधित फिल्मों के लिए एक उच्च throughput के साथ गढ़े जा सकता है।
हमारे अध्ययन, एनएच 4 सीएल अग्रदूत समाधान में एक additive और स्पिन coater कटोरी में एक टोल्यूनि वातावरण के रूप में प्रयोग में सबसे प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य है और चिकनी perovskit प्रदान कीई फिल्मों। दूसरी ओर, डुबकी और ड्रॉप कोटिंग प्रक्रियाओं बल्कि किसी न किसी सतहों के लिए नेतृत्व, और आगे डिवाइस आवेदन के लिए विचार नहीं किया गया। अन्त में, वैक्यूम संसाधित परतों समग्र छोटे क्रिस्टल आकार (~ 100 एनएम), लेकिन पूरी फिल्म और चिकनी सतहों के माध्यम से कवरेज की एक उच्च डिग्री के साथ शामिल है। अग्रदूत अनुपात के साथ अलग नमूना श्रृंखला से हमने सीखा रचना फिल्म निर्माण पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव के रूप में अच्छी तरह से किया है। हालांकि, जब XRD के साथ इन परतों (चित्रा 2) की जांच कर सभी फिल्मों, स्फटिकता के एक उच्च डिग्री है और एक समान चौकोर क्रिस्टल संरचना प्रतिबिंब ने संकेत 14.11 डिग्री और 28.14 डिग्री पर (110) और (220) विमानों का प्रतिनिधित्व शो के कुछ है, जबकि परतों से थोड़ा अधिक अव्यवस्थित लग रहा था, कमजोर (002) की उपस्थिति और (004) प्रतिबिंब द्वारा देखा जा सकता है। हालांकि, XRD विवर्तन चोटी का कोई महत्वपूर्ण विस्तार मनाया जाता है। दिलचस्प, 12.63 डिग्री पर PBI 2 के अलग-अलग चरणों के कोई संकेत नहीं हैं पाया भी शामिल PBI 2 के बड़े अतिरिक्त मात्रा के लिए। यह इंगित करता है कि PBI 2 एक अलग चरण या nanocrystalline द्वीपों लेकिन जैसा पतला समाने है, जो यह XRD द्वारा undetectable बनाता है के रूप में नहीं शामिल किया है। इस प्रकार, XRD का उपयोग सीमित है।
दूसरी ओर, एक्सपीएस पुष्टि की है कि PBI 2 या माई (निर्माण विधि के आधार पर) की अतिरिक्त मात्रा में नाइट्रोजन अनुपात करने के लिए नेतृत्व में बदलाव से स्पष्ट रूप में फिल्म में मौजूद हैं। बदले में ये समाने फिल्म के इलेक्ट्रॉनिक संरचना पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव के रूप में पहले उल्लेख किया है। अब, यूपीएस द्वारा पता चला आयनीकरण ऊर्जा में मतभेद के अवलोकन के साथ एक्सपीएस से निष्कर्ष के संयोजन इन दो संबंध घटनाओं के लिए हमें सक्षम बनाता है। चित्रा 6 संयुक्त साजिश जहां मापा IE मूल्य इसी फिल्म के फिल्म रचना (नाइट्रोजन अनुपात करने के लिए सीसा) के एक समारोह के रूप में साजिश रची है दिखाता है।
चित्रा 6 "src =" / files / ftp_upload / 55084 / 55084fig6.jpg "/>
चित्रा 6: निकाले पूरा डेटा 40 perovskite फाई एलएमएस के सेट के लिए माप अंक। नाइट्रोजन सामग्री (के रूप में एक्सपीएस द्वारा निर्धारित) के लिए नेतृत्व की मौलिक अनुपात आर EXP पर आयनीकरण ऊर्जा की निर्भरता; ठोस लाइन डेटा के लिए एक रेखीय फाई टी है और धराशायी लाइनों ± 0.12 eV के मानक विचलन के निशान। तल में, फाई टी के बच दिखाए जाते हैं। संदर्भ 16 से अनुमति के साथ पुनर्प्रकाशित। कॉपीराइट 2015 विले-VCH। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
हम इन दो मूल्यों के बीच एक स्पष्ट रैखिक संबंध हैं। हमारे परिणाम है, इसलिए, संकेत मिलता है कि अधिक में माई के साथ एक perovskite फिल्म दर्शाती एक कम आईई, जबकि एक PBI 2 अमीर परत को बढ़ाता है आईई। हम 6.05 ± 0.10 eV की एक IE खोजनाआर ऍक्स्प = 1, जो 5.4 eV की अक्सर प्रकाशित IE की तुलना में काफी बड़ा है का इष्टतम दाढ़ अनुपात के लिए। इस विसंगति के रूप में हम अलग ढंग से तैयार perovskite फिल्मों की एक किस्म के लिए इस मूल्य मिल जाए, प्रसंस्करण की स्थिति के कारण होने की संभावना नहीं है। बल्कि यह डेटा मूल्यांकन जहां यहां इस्तेमाल राज्यों ढलान के रैखिक घनत्व अधिक पढ़ा गया मूल्यों में यह परिणाम में मतभेद के कारण है। इस मुद्दे का एक व्यापक चर्चा संदर्भ 17 में पाया जा सकता है। ऐसा नहीं है कि हम इन फिल्मों के ऑप्टिकल bandgap में कोई परिवर्तन नहीं (ई जी = 1.60 ± 0.02 eV, डेटा नहीं दिखाया गया है) मिल जाए, जिसका मतलब है कि यह अलग-अलग अनुपात के साथ IE के लिए न केवल एक बदलाव है, लेकिन सक्रियण ऊर्जा है नोट करना महत्वपूर्ण है (ईए) एक साथ पाली।
अधिकतम सौर सेल दक्षता एक दाढ़ अनुपात 1.02 से (PBI 2 माई) 9.6% की सत्ता परिवर्तन दक्षता के साथ जो साहित्य 14 कि थोड़ा से निष्कर्ष की पुष्टि R के लिए मिला थाPBI 2 अमीर फिल्मों अनाज की सीमाओं पर perovskite फिल्म के passivation द्वारा एक बेहतर वाहक व्यवहार PBI 2 से शामिल है। बढ़ती PBI 2 सामग्री के साथ 200 एमईवी द्वारा खुले सर्किट वोल्टेज में कमी पाई जा सकती है। चूंकि perovskite सामग्री के bandgap में कोई परिवर्तन नहीं होता, वी आयोजन समिति की कमी फोटोवोल्टिक अंतराल के एक समवर्ती कमी से बल्कि अपर्याप्त छेद अवरुद्ध करके perovskite और PCBM के इंटरफेस में नहीं समझाया जा सकता है (यानी PCBM = 6.2 eV) की वजह से perovskite IE में वृद्धि हुई है। इसके साथ ही 0.8 से 0.7 के लिए आर> 1.05 घटने के लिए एफएफ इन निष्कर्षों जो समर्थन करता है।
अंत में, हम perovskite तैयारी के तरीकों की एक किस्म के द्वारा बनाई गई फिल्मों की एक व्यापक अध्ययन प्रस्तुत किया है और पाया है कि मजबूत रूपों फिल्म निर्माण, इलेक्ट्रॉनिक संरचना और डिवाइस के प्रदर्शन में होते हैं। विशेष रूप से ब्याज की माई ओ की जानबूझकर समावेश से perovskite आईई को समायोजित करने की संभावना हैआर PBI 2 समाने जो उपन्यास डिवाइस आर्किटेक्चर में इंटरफ़ेस अनुकूलन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। भविष्य के अध्ययन के लिए और अधिक उन्नत तैयार करने की तकनीक है कि बड़ा डिवाइस क्षेत्रों की ओर उद्देश्य पर दिखेगा। ये डॉक्टर blading, स्प्रे तकनीक, और बड़े पैमाने पर मुद्रण है कि वर्तमान में COPT.centre (कॉप्ट = जैविक उत्पादन प्रौद्योगिकियों के लिए केंद्र) पर हमारे सुविधा में स्थापित कर रहे हैं जैसे तरीके शामिल हैं।
The authors have nothing to disclose.
लेखकों परियोजना पेरो को बढ़ावा देने के (EFRE, परियोजना कोड NW-1-1-040a) के माध्यम से नॉर्थ राइन वेस्टफेलिया के राज्य द्वारा वित्तीय सहायता को स्वीकार करना होगा। धन्यवाद निर्माण और 2-कदम समाधान के लक्षण वर्णन के साथ सहायता के लिए अजार Jahanbakhsh और इनेस श्मिट (कोलोन के दोनों विश्वविद्यालय) के लिए जाना संसाधित perovskite परतों, डॉ जुरगेन Schelter एमएआई सामग्री के संश्लेषण के लिए (कोलोन विश्वविद्यालय) के साथ ही प्रोफेसर डा। Riedl और Neda Pourdavoud (वुपर्टल दोनों विश्वविद्यालय) XRD मापन के लिए।
ITO | Rose | < 15 Ω/sq | |
PEDOT:PSS | Heraeus Clevios | P VP .Al 4083 | |
MAI | Synthesized as found in literature | ||
PbI2 | Alfa Aesar | 44314 | 99.999% trace metals basis , -10 mesh beads |
NH4Cl | Suprapure | 101143 | 99995% |
PCBM | Nano C | 99.9% | |
Chlorobenzene | Sigma Aldrich | 270644 | Chromasolv for HPLC (99.9%) |
N,N-Dimethylformamide | Acros Chemicals | 348430010 | Extra dry, stored over molecular sieves (99.8%) |
Toluene | Sigma Aldrich | 244511 | anhydrous |