Viktiga faktorer som påverkar prestanda för Sb2S3-sensibiliserade solceller under en Sb2S3 nedfall via SbCl3-tiourea komplex lösning-bearbetning
Summary
Detta arbete innehåller detaljerade experimentella anvisningar för nedfall av Sb2S3 på ett mesoporous TiO2 lager med SbCl3-tiourea komplex lösning för applikationer i Sb2S3-sensibiliserade solceller. Denna artikel bestämmer också viktiga faktorer som styr processen nedfall.
Abstract
SB2S3 är ansedd som en av de framväxande ljus absorbenter som kan tillämpas på nästa generations solceller på grund av dess unika optiska och elektriska egenskaper. Nyligen har vi visat sin potential som nästa generations solceller genom att uppnå en hög solceller effektivitet > 6% i Sb2S3-sensibiliserade solceller använder en enkel tiourea (TU)-baserat komplex lösning metod. Här beskriver vi de viktigaste experimentella rutiner för nedfall av Sb2S3 på ett mesoporous TiO2 (mp-TiO2) lager med en komplex lösning för SbCl3– TU i tillverkning av solceller. Först, SbCl3– TU lösningen syntetiseras av upplösning SbCl3 och TU i N, N– dimetylformamid på olika molar förhållandet mellan SbCl3: TU. Sedan lösningen sätts på som förberedda substrat bestående av mp-TiO2/TiO2-blockering lager/F-dopade SnO2 glas av spin beläggning. Slutligen, för att bilda kristallina Sb2S3, proverna är glödgas i en N2-fylld handskfacket på 300 ° C. Effekterna av de experimentella parametrarna på solceller enhetens prestanda diskuteras också.
Introduction
Antimon-baserade chalcogenides (Sb-Chs), inklusive Sb2S3, Sb2Se3, Sb2(S, Se)3och CuSbS2, anses vara nya material som kan användas i nästa generations solceller1 ,2,3,4,5,6,7,8. Solceller-enheter baserade på Sb-Chs ljus absorbenter har dock ännu inte nått 10% effekt verkningsgraden (PCE) skyldig att Visa genomförbart kommersialisering.
För att övervinna dessa begränsningar, har olika metoder och tekniker använts, såsom en thioacetamide-inducerad ytbehandling1, en rumstemperatur nedfall metod4, ett atomlager nedfall teknik2och användningen av colloid dot quantum dots6. Bland dessa olika metoder uppvisade lösning-behandlingen utifrån en kemisk bad nedbrytning den högsta prestanda1. Dock krävs en exakt kontroll av den kemiska reaktionen och efter behandling för att uppnå bästa prestanda1,3.
Nyligen har vi utvecklat en enkel lösning-bearbetning för högpresterande Sb2S3-sensibiliserade solceller med SbCl3-tiourea (TU) komplex lösning3. Med den här metoden, vi kunde att fabricera en kvalitet Sb2S3 med en kontrollerad Sb/S-förhållandet, som tillämpades på en solcell att uppnå en jämförbar enhetsprestanda av 6,4% PCE. Vi lyckades också effektivt minska handläggningstiden eftersom Sb2S3 var tillverkade av ett enda steg nedfall.
I detta arbete, beskriver vi detaljerade experimentella förfarandet för en Sb2S3 nedfall på substratet bestående av mesoporous TiO2 (mp-TiO2) / TiO2 blockering lager (TiO2– BL) / F-dopade SnO2 ( FTO) glas för tillverkning av Sb2S3-sensibiliserade solceller via SbCl3– TU komplex lösning-bearbetning3. Dessutom var tre viktiga faktorer som påverkar solceller prestanda under en Sb2S3 nedfall identifieras och diskuteras. Begreppet metoden kan enkelt tillämpas på andra sensitizer-typ solceller baserat på belägger med metall sulfider.
Protocol
Representative Results
Discussion
TiO2– BL är allmänt används som ett hål-blockerande lager i solceller. Som visas i figur 2, observerades en stor skillnad i enhetens prestanda beroende på TiO2– BL tjocklek. Dess tjocklek bör därför optimeras för att erhålla bästa övergripande enhetens prestanda, eftersom den kritiskt fungerar som ett hål-blockerande skikt för att förhindra någon direktkontakt mellan FTO och hål-transportera material11. Det bör noteras att den o…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av den Daegu Gyeongbuk Institutet för vetenskap och teknik (DGIST) R & D program av ministeriet för vetenskap och IKT, Sydkorea (bidrag nr 18-ET-01 och 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).
