مقالة منهجية

العوامل التي تؤثر في أداء Sb2ق3الرئيسية-توعية الخلايا الشمسية خلال بينالي الشارقة2ق3 ترسب عبر SbCl3-ال معقدة الحل تجهيز

7.4K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/58062

⸱

يوليو 16, 2018

 ,  ,  , 
1Convergence Research Center for Solar Energy, Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), 2Perovtronics Research Center, School of Energy and Chemical Engineering, Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)

في هذه المقالة

ملخص

هذا العمل يوفر إجراءات تجريبية مفصلة لترسب Sb2ق3 على طبقة ميسوبوروس TiO2 استخدام سبكل3-ال حل معقد للتطبيقات في بينالي الشارقة2ق3-توعية الخلايا الشمسية. كما تحدد هذه المادة العوامل الأساسية الناظمة لعملية الترسيب.

الملخص

س2ق3 يعتبر واحداً من امتصاص الضوء الناشئة التي يمكن تطبيقها على الخلايا الشمسية الجيل القادم بسبب خصائصه الفريدة الضوئية والكهربائية. مؤخرا، أثبتنا إمكاناتها كالخلايا الشمسية الجيل القادم بتحقيق كفاءة الضوئية عالية > 6% في بينالي الشارقة2ق3-توعية الخلايا الشمسية باستخدام ال بسيطة (تو)-على أساس أسلوب الحلول المعقدة. هنا، نحن تصف الإجراءات التجريبية الرئيسية للترسب Sb2ق3 على طبقة (mp-TiO2) ميسوبوروس TiO2 استخدام حل معقدة-تو3SbCl في تصنيع الخلايا الشمسية. أولاً، يتم تصنيعه SbCl3-تو الحل بتذويب SbCl3 وتو في N، N-ديميثيلفورماميدي في نسب المولى مختلفة من سبكل3: TU. ثم تودع الحل على ركائز كإعداد مؤلفة من النائب TiO2/TiO2-حظر طبقة/ويخدر الزجاج2 سنو بطلاء تدور. أخيرا، تشكل بلورات Sb2ق3، تعتيق العينات في ن2-ملء صندوق قفازات عند 300 درجة مئوية. وتناقش أيضا آثار المعلمات التجريبية على أداء الأجهزة الكهربائية الضوئية.

المقدمة

تشالكوجينيديس على أساس الأنتيمون (Sb-Chs)، بما في ذلك Sb2ق3و Sb2سي3س2(S, Se)3كوسبس2، تعتبر المواد الناشئة التي يمكن أن تستخدم في الخلايا الشمسية الجيل القادم1 2، ،،من35،4،6،،من78. ومع ذلك، الأجهزة الضوئية استناداً إلى امتصاص الضوء Sb Chs لم يبلغوا بعد كفاءة تحويل الطاقة 10% (PCE) المطلوبة لإثبات مجدية تجارياً.

للتغلب على هذه القيود، الأساليب والتقنيات المختلفة قد طبقت، مثل معالجة سطحية التي يسببها ثيواسيتاميدي1ودرجة حرارة الغرفة ترسب أسلوب4، تقنية ترسيب طبقة ذرية2واستخدام دوت غروانيه الكم النقاط6. من بين هذه الأساليب المختلفة، عرضت الحل-تجهيز استناداً تحلل الكيميائي حمام أداء أعلى1. ومع ذلك، عنصر تحكم دقيق للتفاعل الكيميائي وبعد العلاج مطلوبة لتحقيق أداء أفضل1،3.

في الآونة الأخيرة، قمنا بتطوير حل-معالجة بسيطة للأداء العالي Sb2ق3-توعية الخلايا الشمسية باستخدام سبكل3-ال (تو) المعقدة الحل3. باستخدام هذا الأسلوب، كنا قادرين على اختﻻق نوعية Sb2ق3 مع نسبة Sb/S الخاضعة للرقابة، التي تم تطبيقها على خلية شمسية لتحقيق أداء جهاز قابلة لمقارنة من 6.4 في المائة PCE. كنا أيضا قادرة على تقليل وقت المعالجة فعالية منذ2ق س3 كانت مختلقة بترسب خطوة واحدة.

في هذا العمل، نحن تصف إجراءات تجريبية مفصلة ترسب3 2ق س على الركازة تتألف من ميسوبوروس TiO2 (mp-TiO2)/TiO2 حظر طبقة (TiO2-BL)/يخدر و سنو2 ( الزجاج إرهابية) لتلفيق Sb2ق3-توعية الخلايا الشمسية عن طريق SbCl3-تو المعقدة الحل-تجهيز3. وبالإضافة إلى ذلك، حددت ثلاثة من العوامل الرئيسية التي تؤثر في أداء الضوئية أثناء ترسب3 S2س. ب ومناقشتها. يمكن تطبيق مفهوم الأسلوب بسهولة للخلايا الشمسية محسس من نوع أخرى استناداً إلى معدنية [سولفيد].

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1-تجميع TiO2-BL الحل

  1. إعداد 2 قنينة شفافة بحجم 50 مل.
  2. إضافة 20 مل إيثانول إلى القنينة 1 (V1) وختم V1.
  3. نقل V1 ن2-ملء صندوق قفازات مع نظام التحكم في الرطوبة لمستوى ح س2< 1 جزء في المليون.
  4. إضافة مل 1.225 من التيتانيوم (IV) إيسوبروبوكسيدي (طيب) إلى V1 استخدام المحاقن مع عامل تصفية PVDF 0.45 ميكرومتر ولطف يقلب الخليط لمدة 30 دقيقة على الأقل.
    ملاحظة: يجب أن يكون تنفيذ هذه الخطوة في مربع القفاز (أو تحت ظروف الرطوبة المنخفضة جداً) منذ طيب حساس جداً للرطوبة. إذا لم يكن الحل طيب شفافة أو رواسب بيضاء ولوحظت داخل الحل، ينبغي عدم استخدامه، لأنه فعل غير مرغوب فيها قد حدث بالفعل داخل الحل.
  5. في الأخرى مستعدة القنينة (V2)، بإضافة 18 ميكروليتر HNO3 (70 في المائة) واستخدام ميكروبيبيتي ميكروليتر 138 ح2س إلى 20 مل إيثانول ولطف يقلب الخليط لمدة 30 دقيقة على الأقل.
    ملاحظة: تنفيذ هذه الخطوة يجب أن لا يكون في صندوق القفازات، لأنه يتم استخدام ح2س.
  6. مزج حلول 2 بصب V2 الحل إلى الحل V1 وآثاره لأكثر من 2 ح توليف شفافة 0.1 M TiO2-BL الحل.
    ملاحظة: يجب أن يكون الحل النهائي شفافة. إذا لم يكن الحل شفافة، ريسينثيسيزي حتى يتم الحصول على حل شفافة. مستعدة بنجاح TiO2-BL حلول مستقرة لعدة أيام في ظروف الرطوبة < 50%.

2-تجميع للحلول-تو3SbCl مع مختلف سبكل3/TU نسب المولى

ملاحظة: يجب إجراء التوليف في المربع القفازات بسبب حساسية SbCl3 إلى رطوبة عالية جداً.

  1. إعداد SbCl3 أسهم الحل [1 ملمول SbCl3 في 1 مل من N، N-dimethylformamide (DMF)] داخل صندوق القفازات. على سبيل المثال، أضف ز 6.486 SbCl3 إلى 30 مل DMF لحل مل 32.2 أسهم.
  2. إضافة كمية مناسبة من حل الأسهم إلى قنينة تحتوي على كمية معينة من تو توليف الحل-تو3SbCl مع نسبة المولى المطلوب سبكل3/TU. على سبيل المثال، افترض أن تحتوي كل قنينة 2 ز 0.1 تو، إضافة 0.9394 مل الحل الأسهم لقنينة واحدة ومل 0.5637 إلى أخرى، لتجميع الحلول مع نسب/TU3سبكل من 1/1.5 و 1/2، 5، على التوالي.

3-إعداد الركيزة يتألف من النائب TiO2/TiO2-BL/إرهابية الزجاج

  1. أغسل المغلفة بارهابية الزجاج (زجاج إرهابية) من 25 مم × 25 مم في حمام الموجات فوق الصوتية مع الأسيتون ل 10 دقيقة، تليها الإيثانول.
    ملاحظة: اختﻻق الأجهزة الضوئية، استخدام منقوشة قبل إرهابية الزجاج، وحفرت فيها السطح إرهابية 5-10 مم × 25 مم تماما.
  2. على الفور جاف الزجاج إرهابية التي تهب الهواء المضغوط على العينة.
  3. علاج الزجاج إرهابية مع الأشعة فوق البنفسجية/س3 النظيف لمدة 20 دقيقة.
  4. تدور الإيثانول معطف على زجاج إرهابية 5,000 لفة في الدقيقة 60 ثانية.
  5. فورا تدور معطف مرة أخرى مع استعداد TiO2-BL الحل تحت نفس الظروف في الخطوة 3.4.
  6. جاف الزجاج إرهابية لمدة 2 دقيقة بوضعه على لوحة الساخن مسخن على 200 درجة مئوية.
  7. كرر الخطوات من 3.5 و 3.6 للحصول على المطلوب TiO2-BL سمك.
  8. إيداع الطبقة2 mp-TiO TiO2-BL/إرهابية الزجاج باستخدام أسلوب طباعة الشاشة مع TiO2 لصق (TiO2 جزيئات 50 نانومتر) وقناع بوليستر.
  9. يصلب النائب TiO2/TiO2-BL/إرهابية الزجاج عند 500 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.
  10. تراجع ركائز الملدن في محلول مائي شفاف 40 مم تيكل4 بعد التبريد بها إلى درجة حرارة الغرفة.
    ملاحظة: يجب أن يكون 40 مم من حل4 تيكل شفافة. إذا هي تراجعت ركائز في الحل4 تيكل قبل أنها يتم تبريد، ويمكن كسر بسهولة بسبب اختلاف كبير في درجة الحرارة بين الركيزة والحل.
  11. نقل ركائز لفرن عند 60 درجة مئوية وتخزينها ح 1.
  12. شطف ركائز عدة مرات بالماء الدافئ وتجفيفها على الفور عن طريق الجو بلووينجكومبريسيد عليها.
    ملاحظة: لمنع أي تكسير ركائز، استخدم ماء دافئ (حوالي 60 درجة مئوية) عند الشطف.
  13. يصلب ركائز مرة أخرى عند 500 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة.

4-الترسيب Sb2S3 في الركيزة للنائب TiO2/TiO2-BL/إرهابية الزجاج

  1. علاج ركائز مع الأشعة فوق البنفسجية/س3 النظيف لمدة 20 دقيقة لتنظيف السطح، ونقلها إلى صندوق قفازات.
  2. تدور معطف مذيب DMF على ركائز في 3000 دورة في الدقيقة ل 60 ثانية قبل تدور طلاء لهم مع الحل-تو3سبكل.
  3. الحرارة ركائز المغلفة لمدة 5 دقائق عن طريق وضعها على لوحة الساخن عند 150 درجة مئوية تحلل حراري جزئي وتشكيل المرحلة غير متبلور.
  4. وضع العينات على صفيحة ساخنة مسخن على 300 درجة مئوية لمدة 10 دقائق لتشكيل المرحلة البلورية.
  5. بعد تبريد العينات في درجة حرارة الغرفة، بإزالتها من مربع القفازات.

5-تصنيع Sb2ق3-توعية الخلايا الشمسية

  1. إضافة 15 ملغ poly(3-hexylthiophene) (P3HT) إلى 1 مل من كلور البنزين ويقلب بلطف حتى يتم الحصول على حل واضح محمر.
  2. تدور معطف كلور البنزين على2ق س3-أودعت الركيزة في 3000 دورة في الدقيقة 60 ثانية.
  3. فورا تدور معطف مرة أخرى مع الحل P3HT المعدة تحت نفس الظروف المستخدمة في الخطوة 5، 2.
  4. نقل العينات إلى فراغ غرفة من المبخر.
  5. إيداع 100 نانومتر الذهب بنسبة 1.0/s.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

ويبين الشكل 1 تمثيل تخطيطي من الإجراءات التجريبية لترسب3 2ق س على الركازة النائب TiO2/TiO2-BL/إرهابية الزجاج. ويبين الشكل 1 د الخصائص الأساسية ومخطط لمنتج نموذجي ملفقة بالطريقة المبينة في هذا التقرير. النمط الرئيسي حيود الأشعة السينية (XRD) يتطابق مع ستيبنيتي2Sb S هيكل3 1،،من34<...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

TiO2-BL يتم على نطاق واسع يستخدم كطبقة تسد فجوة في الخلايا الشمسية. كما هو مبين في الشكل 2، لوحظ فارق كبير في أداء الجهاز تبعاً لسمك TiO2-BL. ولذلك، ينبغي أن يكون الأمثل سمك للحصول على أفضل أداء الجهاز عموما، نظراً لأنها خطيرة بمثابة طبقة تسد فجوة لمنع أي اتصال مباشر بين إرهابية وثقب نقل المواد11. تجدر الإشارة إلى أن سمك الأمثل يختلف اعتماداً على TiO2-BL حل الأنواع، إرهابية أنواع والأسلوب، وامتصاص الضوء، وأبنية الجهاز. بالإضافة إلى TiO...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

شكر وتقدير

هذا العمل كان يدعمها دايجو جيونجبوك معهد العلوم والتكنولوجيا (دجيست) R & D برامج وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات، جمهورية كوريا (منح رقم 18-ET-01 و 18-01-هرس-04).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
الكحول الإيثيلي ، نقي ، >99.5٪سيجما ألدريتش459836
التيتانيوم (IV) إيزوبروكسيد 97٪ألدريتش205273
حمض النيتيك ، كاشف ACS ، 70٪سيجما ألدريتش438073
كلوريد الأنتيمون (III)سيجما ألدريتش311375
ثيورياسيجما ألدريتشT7875
N ، N-Dimethylformamide ، لامائي ، 99.8٪معجون Sigma-Aldrich227056
TiO2 مع جزيئات 50 نانومترShareChemSC-HT040
بولي (3-هيكسيل ثيوفين)1-مادةPH0148
كلوروبنزينسيجما-ألدريتش284513
FTO / زجاج (8 أومو / متر مربع)Pilkington
Spin coaterDONG AH TRADE CORPACE-200
لوحة ساخنةAS ONE CorporationHHP-411
صندوق القفازاتKIYONKK-021AS
منظف الأوزون بالأشعة فوق البنفسجيةAHTECH LTSAC-6
فرنWiseThermFP-14
الأشعة فوق البنفسجية / المرئيات التحليل الطيفي لامتصاصPerkinElmerLambda 750
مبخر متعدد الوظائف مع صندوق القفازاتDAEDONG HIGH TECHNOLOGIESDDHT-SDP007

المراجع

  1. 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).
  2. Kim, D. -H., et al. Highly reproducible planar Sb2S3-sensitized solar cells based on atomic layer deposition. Nanoscale. 6 (23), 14549-14554 (2014).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Jeon, N. J., et al. Solvent engineering for high-performance inorganic-organic hybrid perovskite solar cells. Nature Materials. 13 (9), 897-903 (2014).
  16. 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).
  17. 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).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

SbCl3 TU TiO2 N2 FTO

مقالات ذات صلة