Belangrijke factoren die de prestaties van Sb2S3-gesensibiliseerde zonnecellen tijdens een Sb2S3 afzetting via SbCl3-thioureum complexe oplossing-verwerking
Summary
Dit werk bevat een gedetailleerde experimentele procedure voor de afzetting van Sb2S3 op een mesoporous TiO2 laag met behulp van een SbCl3-thioureum complexe oplossing voor toepassingen in Sb2S3-gesensibiliseerde zonnecellen. Dit artikel bepaalt ook sleutelfactoren bestuur van de depositie-proces.
Abstract
SB2S3 wordt beschouwd als een van de opkomende licht absorptieflessen die kunnen worden toegepast op de volgende-generatie zonnecellen wegens zijn unieke optische en elektrische eigenschappen. Onlangs, wij zijn potentieel als volgende-generatie zonnecellen aangetoond door het bereiken van een hoog fotovoltaïsche rendement > 6% in Sb2S3-gesensibiliseerde zonnecellen met behulp van een eenvoudige thioureum (TU)-op basis van complexe oplossing methode. Hier beschrijven we de belangrijkste experimentele procedures voor de afzetting van Sb2S3 op een mesoporous TiO2 (mp-TiO2) laag met behulp van een complexe oplossing voor SbCl3– TU in de fabricage van zonnecellen. Ten eerste, de SbCl3– TU oplossing is gesynthetiseerd door ontbinding SbCl3 en TU in N, N– dimethylformamide op verschillende molaire ratio’s voor SbCl3: TU. Vervolgens de oplossing wordt gestort op als voorbereide ondergronden bestaande uit mp-TiO2/TiO2-laag/F-doped SnO2 glas worden geblokkeerd door spin coating. Ten slotte vormen kristallijne Sb2S3, de monsters worden gegloeid in een N-2-gevuld handschoenenkastje bij 300 ° C. De gevolgen van de experimentele parameters voor de fotovoltaïsche Apparaatprestaties worden ook besproken.
Introduction
Antimoon gebaseerde chalcogenides (Sb-Chs), met inbegrip van Sb2S3, Sb2Se3, Sb2(S, Se)3en CuSbS2, worden beschouwd als opkomende materialen die kunnen worden gebruikt in volgende generatie zonnecellen1 ,2,3,4,5,6,7,8. Fotovoltaïsche apparaten op basis van Sb-Chs licht absorberende hebben de 10% energie conversie efficiency (PCE) vereist om aan te tonen van haalbaar commercialisering echter nog niet bereikt.
Deze beperkingen wilt opheffen, zijn diverse methoden en technieken toegepast, zoals een thioacetamide-geïnduceerde oppervlaktebehandeling1, een kamertemperatuur afzetting methode4, een atomische laag depositie techniek2en het gebruik van colloïdale dot quantum dots6. Tussen deze verschillende methoden tentoongesteld de oplossing-verwerking op basis van een chemische Bad decompositie de hoogste prestaties1. Een nauwkeurige controle van de chemische reactie en de nabehandeling zijn echter vereist om de beste prestaties1,3.
Onlangs, ontwikkelden we een eenvoudige oplossing-verwerking voor hoogwaardige Sb2S3-gesensibiliseerde zonnecellen met behulp van een SbCl3-thioureum (TU) complexe oplossing3. Met behulp van deze methode, konden we een kwaliteit Sb2S3 met een gecontroleerde Sb/S-ratio, die is toegepast op een zonnecel te verwezenlijken van een vergelijkbare Apparaatprestaties van 6,4% fabriceren PCE. We konden ook effectief de verwerkingstijd te verkorten aangezien de Sb2S3 werd vervaardigd door een-voor-stapmodus afzetting.
In dit werk, beschrijven we de gedetailleerde experimentele procedure voor een Sb2S3 afzetting op de drager vervagen, bestaande uit mesoporous TiO2 (mp-TiO2) / TiO2 blokkeren laag (TiO2– BL) / F-doped SnO2 () FTT) glas voor de fabrikatie van Sb2S3-gesensibiliseerde zonnecellen via SbCl3– TU complexe oplossing-verwerking3. Bovendien waren de drie belangrijke factoren die de fotovoltaïsche prestaties in de loop van een Sb2S3 afzetting geïdentificeerd en besproken. Het concept van de methode kan gemakkelijk worden toegepast op andere sensibiliserende-type zonnecellen gebaseerd op metalen sulfiden.
Protocol
Representative Results
Discussion
TiO2– BL wordt op grote schaal gebruikt als een gat-blokkerende laag in zonne-cellen. Zoals blijkt uit Figuur 2, werd een groot verschil in de Apparaatprestaties afhankelijk van de dikte van TiO2– BL waargenomen. Daarom moet de dikte worden geoptimaliseerd om te verkrijgen van de beste algehele Apparaatprestaties, omdat het kritisch als een laag van gat-blokkeren fungeert om te voorkomen dat ieder rechtstreeks contact tussen FTO en gat-vervoer materialen<sup class="xref…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund door de Daegu Gyeongbuk Instituut voor wetenschap en technologie (DGIST) R & D-programma’s van het ministerie van wetenschap en ICT, Republiek Korea (subsidies nr. 18-ET-01 en 18-01-HRSS-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 |
Referências
- 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).
