מפתח גורמים המשפיעים על הביצועים של Sb2S3-רגיש תאים סולריים במהלך Sb2S3 התצהיר ויה SbCl3-עיבוד פתרון מורכב thiourea
Summary
עבודה זו מספק הליך ניסיוני מפורט עם העדות של Sb2S3 בשכבה mesoporous TiO2 באמצעות SbCl3-פתרונות מורכבים thiourea עבור יישומים Sb2S3-רגיש תאים סולריים. מאמר זה קובע גם גורמים מרכזיים המסדירים את התהליך התצהיר.
Abstract
Sb2S3 נחשבת לאחד בולמי אור המתעוררים שניתן להחיל על תאים סולאריים מהדור הבא בשל תכונותיו אופטי וחשמליים ייחודי. לאחרונה, להדגים את הפוטנציאל כמו תאים סולאריים מהדור הבא על ידי שאיפה להשגת יעילות פוטו גבוהה של > 6% Sb2S3-רגיש תאים סולריים באמצעות thiourea פשוטה (טו)-המבוסס על שיטת פתרון מורכב. כאן, אנו מתארים את ההליכים ניסיוני מפתח לתצהיר של Sb2S3 בשכבה (mp-טיו2) mesoporous TiO2 באמצעות SbCl3– טו מורכבות פתרון בייצור של תאים סולריים. ראשית, הפתרון – טו SbCl3הוא מסונתז על ידי המסת SbCl3 וטו ב- N, N– dimethylformamide-יחסים טוחנת שונים של SbCl3: אקדוחן אז הפתרון הוא שהופקדו על איך מכינים סובסטרטים המורכב mp-טיו-2-/TiO-2-חסימת שכבה/F-מסטול זכוכית2 כדורי שלג על ידי ציפוי ספין. לבסוף, כדי ליצור Sb גבישי2S3, הדגימות הם annealed N2-מלא הכפפות ב 300 º C. ההשפעות של הפרמטרים ניסיוני על ביצועי המכשיר פוטו נדונות גם.
Introduction
אנטימון מבוסס chalcogenides (Sb-Chs), כולל2S Sb3, Sb2Se3, Sb2(S, Se)3ו- CuSbS2, נחשבים חומרים המתעוררים ניתן להשתמש בתאים סולאריים מהדור הבא1 ,2,3,4,5,6,7,8. עם זאת, פוטו מכשירים המבוססים על בולמי אור Sb-Chs שטרם הגעת את יעילות ההמרה 10% כוח (PCE) נדרש להפגין מסחור ריאלי.
כדי להתגבר על מגבלות אלה, שיטות וטכניקות שונות הוחלו, כגון thioacetamide-induced טיפול פני שטח1, בטמפרטורת החדר התצהיר שיטה4, טכניקה של התצהיר שכבות אטומיות בודדות2השימוש קולואיד נקודה קוונטית נקודות6. בין השיטות השונות, הפתרון-עיבוד המבוסס על פירוק כימי אמבט הציג את הביצועים הגבוהה ביותר1. עם זאת, שליטה מדויקת של התגובה הכימית והטיפול שלאחר נדרשים על מנת להשיג את1,הטוב ביותר ביצועים3.
לאחרונה פיתחנו הפתרון-עיבוד פשוטה עבור ביצועים גבוהים-Sb-2S-3-רגיש תאים סולריים באמצעות SbCl3-פתרונות מורכבים thiourea (טו)3. באמצעות שיטה זו, הצלחנו ליצור איכות Sb2S3 עם יחס Sb/S מבוקרת, אשר הונחה על תא סולארי כדי להשיג הופעה התקן דומה של 6.4% PCE. גם הצלחנו להפחית ביעילות את זמן העיבוד מאז2S3 של Sb היה מפוברק מאת תצהיר צעד אחר צעד.
בעבודה זו, אנו מתארים הליך ניסיוני מפורט Sb2S3 התצהיר על המצע המורכב mesoporous TiO2 (mp-טיו2) / TiO2 חסימת שכבה (TiO2– BL) / מסטול-F (2 כדורי שלג זכוכית FTO) הזיוף של Sb2S3-רגיש תאים סולריים באמצעות SbCl3– טו מורכבות פתרון עיבוד3. בנוסף, שלושה גורמים מרכזיים להשפיע על ביצועי פוטו במהלך התצהיר3 S2Sb היה מזוהה ודן. הרעיון של השיטה ניתן להחיל בקלות לתאים סולאריים אחרים מסוג sensitizer מבוסס על מתכת סולפידים.
Protocol
Representative Results
Discussion
TiO2– BL הוא נרחב המשמש כשכבה חסימת חור בתאים סולאריים. כפי שמוצג באיור2, הבדל גדול נצפתה ב ביצועי המכשיר תלוי בעובי – BL2TiO. לכן, ועוביו צריך להיות מותאם כדי להשיג את הביצועים הטובים ביותר של המכשיר הכולל, כי היא פועלת באופן ביקורתי כשכבה חסימת חור כדי למנוע מגע ישיר ב?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מכון טגו Gyeongbuk למדע, טכנולוגיה (DGIST) R & D תוכניות של משרד המדע, תקשוב, הרפובליקה של קוריאה (מענקים מס 18-ET-01 ו- 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 |
References
- 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).
