أحادي التكافؤ الموجبة المنشطات من CH

الهدف العام من هذا الإجراء هو تحسين الخصائص الإلكترونية البصرية لبيروفسكايت هاليد الرصاص من خلال تطعيمه بكاتيونات أحادية التكافؤ لتصنيع خلايا شمسية بيروفسكايت عالية الكفاءة. إن دمج الكاتيونات أحادية التكافؤ في بيروفسكايت هاليد الرصاص يحسن بشكل كبير من جودة أشباه الموصلات وسلوك التأثير الضوئي لهذه المادة. كما أن إضافة كمية مدروسة من مواد التطعيم الكاتيونية أحادية التكافؤ منخفضة التكلفة إلى مواد البيروفسكايت يعزز حركية الشحنات ويقلل من الاضطراب الطاقي بمقدار رتبة عشرية واحدة.

لبدء مقارنة الركيزة، استخدم شريطًا لاصقًا أكريليكيًا شبه شفاف لتغطية 2/3 من الجانب الموصل لشريحة زجاجية مطلية بـ FTO. ثم قم بتغطية المناطق غير المغطاة بمسحوق الزنك. صب محلولاً من حمض الهيدروكلوريك بتركيز 2 molar في ماء مقطر فوق الشريحة لنقش الركيزة.

استخدم مسحة قطنية لمسح الرواسب من الأجزاء المكشوفة من الشريحة. اشطف ركيزة FTO المُنقوشة بالماء المقطر ثم أزل الشريط اللاصق. اغسل السطح المُنقوش بمحلول من مركز منظف سائل قلوي بنسبة 2% وزن/حجم وماء.

قم بمعالجة ركيزة FTO بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 دقائق في حمام من الأسيتون ثم في حمام من الإيزوبروبانول بالتتابع. عالج ركيزة FTO في منظف بلازما الأكسجين لمدة 15 دقيقة لإتمام عملية تنظيف الركيزة المحفورة. لترسيب طبقة أكسيد التيتانيوم المدمجة والمانعة بالكامل، ضع أولاً ركيزة FTO المحفورة والنظيفة على لوح تسخين عند 450 درجة مئوية.

قم بتغطية منطقة التلامس فوراً بشريحة زجاجية مقصوصة مسبقاً واترك الركيزة لتسخن حتى 450 درجة مئوية. اخلط 0.6 milliliters من TAA مع 7 milliliters من isopropanol. عندما تصل الركيزة إلى 450 درجة مئوية، ضع محلول TAA على الركيزة عن طريق التحلل الحراري بالرش باستخدام الهواء كغاز حامل.

اترك العينة عند درجة حرارة 450 °C لمدة 30 دقيقة. ثم اترك العينة لتبرد حتى تصل إلى درجة حرارة الغرفة. قم بإزالة الغطاء الزجاجي بمجرد أن تبرد الركيزة.

لترسيب طبقة نقل الإلكترونات، قم أولاً بتخفيف عجينة أكسيد التيتانيوم بتركيز 30 nanomolar باستخدام الإيثانول بنسبة وزنية تبلغ 2:7. قم بمعالجة المعلق بجهاز السونيكاتور لمدة 30 دقيقة. بعد ذلك، قم بطلاء العينة بالمعلق باستخدام الطلاء الدوراني لمدة 30 ثانية بسرعة 5,000 RPM وبمعدل تسارع يبلغ 2,000 RPM في الثانية.

يتم تلدين غشاء التيتانيوم عند 500 °C لمدة 30 دقيقة للحصول على غشاء من أكسيد التيتانيوم مسامي متوسط. ثم يُغمر العينة في محلول بتركيز 40 millimolar من كلوريد التيتانيوم والماء المقطر. تُعالج العينات عند 70 °C لمدة 20 دقيقة.

قم بتخميد العينة المعالجة بكلوريد التيتانيوم عند 450 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة أخرى. انقل العينة إلى صندوق قفازات مملوء بالنيتروجين مع رطوبة تقل عن 1%. في جو خامل منخفض الماء والأكسجين، أضف 1 milliliters من DMF إلى 553 milligrams من يوديد الرصاص. سخن الخليط إلى 80 درجة مئوية مع التحريك المستمر حتى يذوب يوديد الرصاص.

بعد ذلك، قم بتحضير محلول بتركيز 0.02 مولار من هاليد الكاتيون أحادي التكافؤ المختار في محلول يوديد الرصاص. ضع 80 µL من محلول هاليد الكاتيون أحادي التكافؤ في محلول يوديد الرصاص على الركيزة. قم بطلاء الركيزة بالتدوير لمدة 30 ثانية بسرعة 6,500 RPM وبمعدل تسارع قدره 4,000 RPM في الثانية.

قم بخبز الغشاء الرقيق الناتج عند 80 °C لمدة 30 دقيقة. بعد ذلك، أذب 40 mg من يوديد ميثيل الأمونيوم في 5 mL من الإيزوبروبانول. ضع الركيزة المطلية بيوديد الرصاص في جهاز الطلاء الدوراني وضع 120 µL من محلول MAI.

اترك المحلول على الركيزة لمدة 45 ثانية، ثم قم بطلاء الركيزة دورانيًا باستخدام MAI لمدة 20 ثانية بسرعة 4,000 RPM. قم بتلدين غشاء البيروفسكيت عند 100 °C لمدة 45 دقيقة. لترسيب طبقة النقل كاملة، أضف أولاً 1 milliliter من chlorobenzene إلى 72.3 milligrams من spiro-methoxyTAD.

رج الخليط حتى يصبح المحلول شفافاً. قم بتحضير محلول مخزون من 520 milligrams من lithium TFSI في 1 milliliter من acetonitrile. بعد ذلك، اخلط 17.5 microliters من محلول lithium TFSI في 28.8 microliters من 4-tert-butylpyridine مع محلول spiro-methoxyTAD.

قم بطلاء العينة باستخدام هذا الخليط بطريقة الطلاء الدوراني لمدة 30 ثانية وبسرعة 4,000 RPM مع معدل تسارع يبلغ 2,000 RPM في الثانية. غطِّ العينة بقناع نمطي للتلامسات العلوية للخلية الشمسية. قم بترسيب طبقة من الذهب بسمك 80 nanometer على العينة بمعدل 0.01 nanometers في الثانية لإنهاء تصنيع الخلية الشمسية.

تمت مقارنة الأغشية الرقيقة من البيروفسكيت النقي والقائم على الإضافات مع أغشية يوديد الرصاص المقابلة لها. وعند استخدام يوديد الصوديوم كإضافة، لوحظ وجود بلورات كبيرة من يوديد الرصاص على شكل تفرعات بواسطة FESEM، إلى جانب بلورات بيروفسكيت كبيرة وغير متماثلة. أما عند استخدام يوديد النحاس ويوديد الفضة كإضافات، فقد لوحظت طبقات بيروفسكيت موحدة وخالية من الثقوب الدقيقة.

أظهر حيود الأشعة السينية أن تطعيم الكاتيونات لم يكن له تأثير على البنية البلورية للبيروفسكايت. ولم يُلاحظ وجود أي قمة مقابلة ليوديد الرصاص غير المتحول عند استخدام يوديد الصوديوم أو بروميد النحاس كمادة مضافة. كما أظهر مجهر القوة لمسبار كلفن أن مستويات فيرمي للبيروفسكايت المطعّم قد انزاحت نحو نطاق التكافؤ.

أظهرت العينات المطعمة زيادة في الموصلية في الحركية الإلكترونية والحركية الكلية، ولا سيما في عينات يوديد الصوديوم وبروميد النحاس. كما لوحظت زيادات في تيار الدائرة القصيرة وفي عامل الملء. وقد عُزيت الزيادة الأكبر في تيار الدائرة القصيرة في الخلايا القائمة على بروميد النحاس ويوديد الصوديوم إلى التحويل الكامل ليوديد الرصاص وتحسن حركية الشحنة.

لوحظت تحسينات في جهد الدارة المفتوحة للخلايا الشمسية القائمة على يوديد النحاس ويوديد الفضة، ويرجع ذلك على الأرجح إلى أسطحها الموحدة الخالية من الثقوب الدقيقة. وكانت كفاءات تحويل الطاقة للخلايا الشمسية القائمة على يوديد الصوديوم، وبروميد النحاس، ويوديد النحاس أعلى بشكل ملحوظ من كفاءة خلية البيروفسكايت النقية. لقد استعرضنا طريقة تطعيم سهلة تتوافق مع المعالجة بالمحلول لبيروفسكايت هاليد رصاص ميثيل الأمونيوم كطبقة ممتصة في بنية خلية البيروفسكايت الشمسية الميزوسكوبية.

يمكن ضبط الخصائص الكهروبصرية والهيكلية لمواد بيروفسكيت هاليد الرصاص من خلال التحكم في كميات الشوائب من الكاتيونات أحادية التكافؤ، مما قد يؤدي إلى أداء كهروضوئي متفوق. وقد مهدت طريقتنا الطريق للباحثين في مجال الخلايا الكهروضوئية لاستكشاف هذه التقنية في تكوينات أخرى من خلايا البيروفسكيت الشمسية لتحسين الجودة الإلكترونية للأغشية الرقيقة من البيروفسكيت بشكل أكبر.