Ключевые факторы, влияющие на производительность Sb2S3-сенсибилизированных солнечных батарей во время Sb2S3 осаждения через SbCl3-тиокарбамид сложные решения обработка
Summary
Эта работа представляет подробный экспериментальной процедуры для осаждения Sb2S3 мезопористых TiO2 слоя с помощью SbCl3-тиокарбамид комплексное решение для приложений в Sb2S3-сенсибилизированных солнечных батарей. Эта статья также определяет ключевые факторы, регулирующие процесс осаждения.
Abstract
SB2S3 рассматривается как один из новых света амортизаторы, которые могут быть применены для следующего поколения солнечных элементов из-за его уникальной оптических и электрических свойств. Недавно мы продемонстрировали свой потенциал как нового поколения солнечных элементов, достижение высокой эффективности фотоэлектрических > 6% в Sb2S3-сенсибилизированных солнечных батарей, с помощью простой тиомочевины (ту)-на основе метода комплексное решение. Здесь мы описываем основные экспериментальные процедуры для осаждения Sb2S3 на слое (mp-TiO2) мезопористых TiO2 , используя комплексное решение – ту3SbCl в изготовление солнечных батарей. Во-первых, решение – ту3SbCl синтезируется растворения SbCl3 и ту в N, N– диметилформамид в различных соотношениях Молярная SbCl3: TU. Затем, решение откладывается на как подготовленные субстратов, состоящий из mp-TiO2/TiO2-блокировка слоя/F-легированных СНО2 стекла спин покрытием. Наконец, для формирования кристаллических Sb2S3, образцы отжигом в N2-заполнены перчаточного ящика при 300 ° C. Также обсуждаются последствия экспериментальной параметров на фотоэлектрических устройств производительность.
Introduction
Халькогениды на основе сурьмы (Sb-Chs), включая Sb2S3, Sb2Se3, Sb2(S, Se)3и2CuSbS, считаются новых материалов, которые могут быть использованы в следующего поколения солнечных батарей1 ,2,3,4,5,6,,78. Однако фотоэлектрических устройств, основанный на Sb-Chs света амортизаторы еще не достигли 10% энергетической эффективности преобразования (PCE), обязаны продемонстрировать возможности коммерциализации.
Чтобы преодолеть эти ограничения, различные методы и методы были применены, например thioacetamide индуцированной обработка поверхности1, комнатной температуры осаждения метод4, атомно-слоевого осаждения техники2и использование Коллоидная точка квантовой точки6. Среди этих различных методов решения обработку на основе разложения химического Ванна выставлены высокой производительности1. Однако точный контроль химической реакции и после лечения требуются для достижения лучших производительности1,3.
Недавно, мы разработали простые решения обработки для высокопроизводительных Sb2S3-сенсибилизированных солнечных элементов с помощью SbCl3-тиомочевины (ту) комплексное решение3. С помощью этого метода, мы были в состоянии изготовить качества Sb2S3 с коэффициентом контролируемых Sb/S, который был применен к солнечной ячейки для достижения сопоставимых устройства производительности 6.4% PCE. Также мы смогли эффективно уменьшить время обработки, поскольку Sb2S3 было сфабриковано одноступенчатых осаждения.
В этой работе, мы описывают подробные экспериментальные процедуры для Sb2S3 осаждения на субстрат, состоящий из мезопористых TiO2 (mp-TiO2) / TiO2 блокирование слоя (TiO2– BL) / F-легированные (СНО)2 FTO) стекла для изготовления Sb2S3-сенсибилизированных солнечных батарей через SbCl3– ту сложные решения обработки3. Кроме того три ключевые факторы, влияющие на фотоэлектрических производительность в процессе осаждения Sb по23 S были выявлены и обсуждены. Концепция метода легко может применяться к другим сенсибилизатор типа солнечные батареи, основанные на металлические сульфиды.
Protocol
Representative Results
Discussion
TiO2– BL, широко используется в качестве слоя дыра блокирует в солнечных элементов. Как показано на рисунке 2, большая разница наблюдалась в производительности устройства в зависимости от толщины – BL TiO2. Таким образом его толщина должна быть оптимизирована для п?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Дэгу Gyeongbuk институт науки и технологии (DGIST) R & D программы министерства науки и ИКТ, Республика Корея (гранты № 18-ET-01 и 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).
