여기서는 고효율 태양 전지 페 로브 스카이 트를 달성하기 위해 가의 양이온 첨가제의 혼입을 통해 용액 처리 CH 3 NH 3 PBI (3)의 특성을 조정하는 프로토콜을 제시한다.
여기서는 광, 엑시톤을 조정하기 위해, 전기적 특성 CH 3 NH 3 PBI 3 페 로브 스카이 트에 가의 양이온 첨가제의 혼입을 보여준다. 도핑 가능성의 Cu +, 나트륨 +, Ag로 포함 + 납 2+ 유사한 이온 반경과 일가 양이온 할라이드를 첨가하여 조사 하였다. 페르미 준위의 변화와 페 로브 스카이 트에서 낮은 에너지 장애와 함께 서브 밴드 갭 광 흡수의 현저한 감소는 달성했다. 벌크 정공 이동성 및 첨가제 계 페 로브 스카이 장치 내 반송 활성화 에너지의 상당한 감소 중요도 순서 향상을 도모 하였다. 이들 양이온의 존재 하에서 전술 한 개선 된 특성의 합류는 페 로브 스카이 트 (perovskite) 형 태양 전지의 광전 변환 파라미터 향상되었다. AgI를위한 개방 회로 전압의 70 MV의 증가와 2mA / cm 2 꼬마 도깨비NaI-과의 CuBr 기반 태양 전지에 대한 광전류 밀도 rovement는 자연 그대로의 장치와 비교하여 달성되었다. 우리의 작업은 CH 3 NH 3 PBI 3 페 로브 스카이 트 및 후속 장치의 광전자 품질을 더욱 향상을위한 길을 불법 체류자. 그것은 결정화 도펀트 불순물의 역할을 조사하기위한 새로운 수단을 하이라이트 및 페 로브 스카이 트 구조의 전자 결함 밀도를 제어한다.
현재 세계 에너지 요구량 (즉, 85 %)의 지배적 인 부분은 지구 온난화를 용이하고 환경에 악영향 하나를 갖는 석유, 석탄 및 천연 가스의 연소에 의해 제공되고있다. 따라서, 에너지 CO 2 -neutral 소스의 개발은 매우 중요 관심사이다. 태양 광 발전 (PV)는 이러한 요구를 충족시킬 수있는 이상적인 에너지 변환 공정이다. 그러나, 비용 및 효율 PV 기술의 광범위한 채택 주요 장애물로 개선되어야한다. 이러한 페 로브 스카이 트 태양 전지 (PSC)와 같은 새로운 재료에 기초 PV 기술 나타나는 낮은 비용 및 효율성의 조합이있다. 이것은, 실리콘계 대응 2, 3에 비해 저렴하고 용이 한 즉시 사용할뿐만 아니라 관통 빠르다 재료, 및 저 에너지 처리 경로의 이용을 통해 달성된다4. 22 % 이상 3.8 %의 전력 변환 효율 (PCE)에서 현저한 개선은 PV 아키텍처 5, 6, 7, 8에 처음 등장 보낸 하이브리드 유기 – 무기 리드 할라이드 페 로브 스카이 트에 대해보고되었다. 이러한 뛰어난 성능은 매우 날카로운 밴드 에지에 강한 광 흡수에서 유래, 매우 낮은 에너지 장애, 쉽게 큰 확산 길이를 갖는 자유 캐리어에 해리 약하게 결합 된 여기자, 하이브리드 유기 – 무기의 광자 재활용 기능 9, 10, 11, 12 리드 페 로브 스카이 할라이드. 이들 재료는 ABX (3)에 결정을 형성하는 유기 할라이드 및 금속 할라이드 염을 결정화하는 페 로브 스카이 트 가족에 분류 </sub> X는 음이온 인 구조, 및 B는 서로 다른 크기의 양이온은 (A가 B보다 크다 임)이다. 는 A 사이트에 대한보고 양이온은 methylammonium (MA), 포름 (FA), 세슘 (세슘)을 포함한다; 이들 양이온의 조합 (14), 최고의 성능 (13)을 도시한다. 또한, B 사이트에 2가 양이온의 주요 후보 주석으로 대체 될 수 리드이고; 밴드 갭이 성공적으로 붉은 이동 15 페 로브 스카이 트 혼합 납 – 주석에서 1,000 nm의 수 있습니다. 요오드 (I) 브로마이드와 (BR)의 혼합물을 주요 후보 (16), (17)로 도입 된 위치 마찬가지로 X 사이트 명은 광범위하게 연구되어왔다. 따라서, 화학적 조성을 변화시켜 페 로브 스카이 트 (perovskite)의 구조적, 형태 학적 및 광전자 속성을 조작하는 것이 매우 타당하다.
사실에도 불구하고 그 개선 로브 Šlline 품질 및 페 로브 스카이 트 필름의 거시적 균일 효율적인 장치 (18)를 달성하는 중요한 파라미터이고, 결정질 도메인, 원점 및 페 로브 스카이 트 흡수제 전자 결함의 역할을하고, 전하 수집 층의 역할을 할 때의 경계의 영향 페 로브 스카이 트 태양 전지의 손실 프로세스는 아직 잘 이해되지 않습니다. 페 로브 스카이 트 구조의 전자 결함의 특성에 관해서, 그것은 나 전도 및 가전 자 대역 상태의 연속체 내의 매우 가까운 상태에서 발생 등 I 또는 납 공극 같은 결함이 많은 것으로보고 된 태양 광 장치 (19)에 부정적인 전자 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 리드 양이온과 페 로브 스카이 트 평면 요오드 음이온 사이의 강력한 공유 결합 상호 작용은 본질적 결함의 존재의 원인 (예를 들면, 납 이량 체 및 삼량 체 I를 코디 언더)과 creat 수있는장치 (20)의 동작 중에 전하의 재결합 센터로서 작용 대역 에지 내의 전자 사이트.
여기서, 우리는 도핑 CH (3)의 영향을 조사 NH 3 + PBI 나, 구리 +, Ag로 + (PB) 2+ 이하 가의 금속 이온을 포함 가의 양이온 할라이드 3 페 로브 스카이 트. 따라서 우리는 페 로브 스카이 트 전구체 용액에 자신의 할라이드 기반 염 합리적인 금액 (예를 들어,의 NaI,의 CuBr, 및 CuI 및 AgI를)의 추가를 통해 이러한 양이온을 통합합니다. 결정은 가능성 내에서 이러한 양이온은 납 2+ 유사한 이온 반경, 그래서 치환 도핑있다. 우리는 이러한 양이온의 존재가 강하게 형태와 페 로브 스카이 트 층의 범위 모두에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 또한, 이들 양이온 (예, 나트륨 +와의 Ag +)의 존재는 X 선 광전자 분광법 (XPS), 및 significan 인증 한페 로브 스카이 트 (perovskite)의 페르미 준위의 변화는 t 켈빈 프로브 현미경 (KPFM)로 측정 하였다. 순차적으로 증착 된 페 로브 스카이 트 (perovskite)의 태양 전지에서 이러한 양이온을 도입함으로써, 우리는 (15.6 %, 14 %와 비교) PSC 광전지 효율의 향상을 달성했다. 따라서, 전하 수송을 최대화하고 최대 PV 성능을 달성하기 위해, 표면 트랩을 패시베이션하기 위해 태양 전지의 구조에 흡수체 층 (예를 들면, 페 로브 스카이 트 (perovskite))의 구조 및 광전 특성을 향상시키는 것이 매우 중요하다.
페 로브 스카이 중시 적 태양 전지의 일반적인 구조는 재료의 연속 스핀 코팅, 도전성 기판과 열적으로 증발 된 금속 콘택 (도 1) 사이였다 본 작업에 사용 하였다. 메조 포러스 이산화 티탄 층 표면 트랩 패시베이션하고, 전자 수송층 및 흡수체 (21, 22) 사이의 경계면을 개선하는 것으로보고되고는 TiCl4로 처리 하였다. 페 로브 스카이 트 층이 순차적으로 두 단계의 증착 기술을 이용하여 증착시켰다. 두 번째 단계에서 페 로브 스카이 트에 리드 할라이드의 전체 전환율은 높은 광 흡수층 (16), (17)를 달성하는 것이 필수적이며, 우리 가의 양이온 할라이드 첨가제 (예,의 NaI와의 CuBr)는 완전한 전환이 발생할 것으로 나타났다. 또, 메조 포러스 티타니아 피막의 전체 커버리지 w페 로브 스카이 트를 통해 i 번째 층, 정공 수송층 (예, 스피로 OMETAD)과 전자 수송층 (예를 들어, 메조 포러스 이산화 티탄) (23) 사이의 전위 재결합을 제거하는 것이 중요하다. 우리 가의 양이온 할라이드 (예, 및 CuI와 AgI를)를 추가하는 장치에 대한 더 높은 개방 전압을 리드 페 로브 스카이 트 캐핑 층의 표면 커버리지를 개선 할 수 있음을 도시.
우리의 방법의 주요 장점은 전하 밀도, 전하 수송층, 및 흡수체 층의 도전성을 향상시키기 CH 3 NH 3 PBI (3) 구조로 가의 양이온을 포함 도핑 공정이다. 앞 절에서 언급 한 바와 같이, 상기 도펀트는 크게 전자와 정공의 이동도를 모두 강화. 또한,뿐만 아니라 perovski의 에너지 장애의 전하 수송 활성화 에너지의 현저한 감소TE 막을 가의 양이온 도핑함으로써 달성되었다.
이 작품에서 우리는 태양 전지 구조 페 로브 스카이 트 중시 적에서 흡수 층으로 CH 3 NH 3 PBI (3)을 도핑하는 방법을 설명했다. 가의 양이온 할라이드 광기의 성능을 향상시키기 위해 조정 CH 3 NH 3 PBI 3 페 로브 스카이 트 막, 형태, 광학 및 전기적 특성을 사용 하였다. 따라서, 우리는 PBI 3 NH 3 CH 3 연속 두 단계 증착에 리드 소스에 납 2+ 유사한 이온 반경이 세 가지 가의 양이온 (즉, 나 +, 구리 +,와의 Ag +)를, 통합 . 그 결과, CH 3 NH 3 PBI (3)의 구조 및 광전 특성의 현저한 향상은 제작 한 태양 전지보다 PCE들에 이르는, 이들 첨가제의 존재 하에서 일어났다. 따라서, 우리의 작업 안녕상기 페 로브 스카이 트 박막의 전자 품질을 개선하기 위하여 페 로브 스카이 태양 전지 (예를 들면, 평면 구조)의 다른 구성에서 사용될 수있는 흡수체 층으로 CH 3 NH 3 PBI 3 도핑 손쉬운 방법 ghlights.
https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/260187 :이 논문을 기본 데이터로 사용할 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
박사 과정 장학금 M. 압디 – Jalebi 감사 나바 기술 제한. MI 다르와 M.Grätzel 과학 기술의 킹 압둘라지즈 시티 (KACST) 및 금융 지원을위한 스위스 국립 과학 재단 (National Science Foundation) (SNSF를) 감사합니다. 저자는 XPS 측정을 수행하기위한 분자 박사 피에르 Mettraux 및 하이브리드 재료 특성화 센터, EPFL에게 감사의 말씀을 전합니다. A.Sadhanala는 감사 인도 – 영국 APEX 프로젝트에서 재정 지원을 인정합니다. SP Senanayak는 뉴턴 원정대의 왕립 학회 런던을 인정합니다. RH 친구, M. 압디 – Jalebi, 그리고 A. Sadhanala는 EPSRC의 지원을 인정하고 싶습니다.
Fluorine doped Tin Oxide (FTO)-coated glass | Sigma-Aldrich | 735264-1EA | Resistivity≈13 Ω/sq |
Zinc powder | Sigma-Aldrich | 96454 | Molecular Weight 65.39 |
Hydrochloric acid | Sigma-Aldrich | 84415 | ≥37 wt. % |
Hellmanex detergent | Sigma-Aldrich | Z805939-1EA | pkg of 1 L |
Titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate) | Sigma-Aldrich | 325252 | 75 wt. % in isopropanol |
Titania Paste | DYESOL | MS002300 | 30 NR-D Transparent Titania Paste |
Lead (II) iodide | Sigma-Aldrich | 211168 | 99 wt. % |
N,N-Dimethylformamide | Sigma-Aldrich | 437573 | ACS reagent, ≥99.8% |
Methylammonium iodide | DYESOL | MS101000 | Powder |
SpiroMeOTAD | Sigma-Aldrich | 792071 | 99% (HPLC) |
Bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium salt | Sigma-Aldrich | 544094 | 99.95% trace metals basis |
4-tert-Butylpyridine | Sigma-Aldrich | 142379 | Purity: 96% |
Chlorobenzene | Sigma-Aldrich | 284513 | anhydrous, 99.8% |
2-Propanol (IPA) | Sigma-Aldrich | 278475 | anhydrous, 99.5% |
Ethanol | Sigma-Aldrich | 2860 | absolute alcohol, without additive, ≥99.8% |