本研究提供了一种沉积Sb的详细实验方法2S3 在介孔TiO₂上2 使用 SbCl 的层3硫脲配合物溶液在锑中的应用2S3-敏化太阳能电池。本文还确定了控制沉积过程的关键因素。
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本研究提供了一种沉积Sb的详细实验方法2S3 在介孔TiO₂上2 使用 SbCl 的层3硫脲配合物溶液在锑中的应用2S3-敏化太阳能电池。本文还确定了控制沉积过程的关键因素。
Sb2S3 因其独特的光学和电学特性,被认为是有潜力应用于下一代太阳能电池的新型光吸收材料之一。最近,我们通过采用一种简单的基于硫脲(TU)的络合溶液法制备了 Sb2S3 敏化太阳能电池,并实现了超过 > 6% 的高光电转换效率,展示了其作为下一代太阳能电池的应用前景。本文详细描述了在太阳能电池制备过程中,使用 SbCl3-TU 络合溶液将 Sb2S3 沉积在介孔 TiO2(mp-TiO2)层上的关键实验步骤。首先,通过将 SbCl3 和 TU 以不同的摩尔比(SbCl3:TU)溶解于 N,N-二甲基甲酰胺中,合成 SbCl3-TU 溶液。随后,将该溶液通过旋涂法沉积到预先制备的基底上,基底结构为 mp-TiO2/TiO2 阻挡层/F 掺杂 SnO2 玻璃。最后,为形成结晶态的 Sb2S3,将样品在充满 N2 的手套箱中于 300 °C 下进行退火处理。本文还讨论了实验参数对光伏器件性能的影响。
基于锑的硫族化合物(Sb-Chs),包括 Sb2S3、Sb2Se3、Sb2(S,Se)3 和 CuSbS2,被认为是可用于下一代太阳能电池的新兴材料1,2,3,4,5,6,7,8。然而,基于 Sb-Chs 光吸收材料的光伏器件尚未达到实现可行商业化的 10% 能量转换效率(PCE)。
为了克服这些局限性,已采用多种方法和技术,例如硫代乙酰胺诱导的表面处理1、室温沉积法4、原子层沉积技术2以及胶体量子点的应用6。在这些不同方法中,基于化学浴分解的溶液处理工艺表现出最高的性能1。然而,要实现最佳性能,需要对化学反应过程及后续处理进行精确控制1,3。
最近,我们开发了一种简单的溶液加工方法,用于制备高性能的Sb2S3敏化太阳能电池,该方法采用SbCl3-硫脲(TU)络合物溶液3。利用该方法,我们能够制备出Sb/S比例可控的高质量Sb2S3,并将其应用于太阳能电池,实现了6.4%的光电转换效率(PCE),性能相当。此外,由于Sb2S3通过单步沉积法制备,我们还有效缩短了加工时间。
在本研究中,我们描述了用于Sb的详细实验步骤2S3 沉积在由介孔TiO₂组成的基底上2 (mp-TiO2)/TiO2 阻挡层(TiO2-BL)/F掺杂SnO2 用于 Sb 制备的 (FTO) 玻璃2S3-敏化太阳能电池 通过 SbCl3-TU复合物溶液加工3此外,影响Sb基光伏器件性能的三个关键因素在制备过程中至关重要。2S3 已确定并讨论了沉积方法。该方法的理念可轻松应用于基于金属硫化物的其他敏化剂型太阳能电池。
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1. TiO2-BL 溶液的合成
2. 不同 SbCl3/TU 摩尔比的 SbCl3-TU 溶液的合成
注意:由于 SbCl3 对水分具有极高的敏感性,合成必须在手套箱中进行。
3. 由 mp-TiO2/TiO2-BL/FTO 玻璃组成的基底的制备
4. 在 mp-TiO2/TiO2-BL/FTO 玻璃基底上沉积 Sb2S3
5. Sb2S3敏化太阳能电池的制备
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图1展示了在mp-TiO2/TiO2-BL/FTO玻璃基底上沉积Sb2S3的实验流程示意图。图1d显示了通过本方法制备的典型产品的基本性质和结构示意图。主要的X射线衍射(XRD)图谱与辉锑矿Sb2S3结构1,3,4吻合良好,除基底相(标记为T和F)外,未观察到Sb2O3等杂质相。此外,如XRD图谱插图所示,在约730 nm处的吸收边与Sb2S3的带隙(Eg)(1.7 eV)一致1...
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TiO2-BL 广泛用作太阳能电池中的空穴阻挡层。如图2所示,器件性能随 TiO2-BL 厚度的不同而表现出显著差异。因此,应优化其厚度以获得最佳的整体器件性能,因为它作为关键的空穴阻挡层,可防止 FTO 与空穴传输材料之间的直接接触11。需要注意的是,最佳厚度会因 TiO2-BL 溶液种类、FTO 类型、制备方法、光吸收材料以及器件结构的不同而有所变化。除了 TiO2-BL 的厚度外,还应针对退火条件(包括温度和时间)进行优化,以控制 TiO2 的缺陷密度12。
在本方案所构建的装置中,mp-TiO2 由于以下两个原因,在实现高性能方面起着至关重要的作用。首先,具有 mp-TiO2 通常具有更高的 J干细胞 高于那些不含 mp-TiO 的值2<...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由大邱庆北科学技术院(DGIST)研究&D 计划,韩国科学技术信息通信部(资助编号:18-ET-01 和 18-01-HRSS-04)
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 乙醇,纯品,>99.5% | Sigma-Aldrich | 459836 | |
| 异丙醇钛(IV),97% | Aldrich | 205273 | |
| 硝酸,ACS级试剂,70% | Sigma-Aldrich | 438073 | |
| 三氯化锑(III) | Sigma-Aldrich | 311375 | |
| 硫脲 | Sigma-Aldrich | T7875 | |
| N,N-二甲基甲酰胺,无水,99.8% | Sigma-Aldrich | 227056 | |
| 含50 nm颗粒的二氧化钛浆料 | ShareChem | SC-HT040 | |
| 聚(3-己基噻吩) | 1-Material | PH0148 | |
| 氯苯 | Sigma-Aldrich | 284513 | |
| FTO/玻璃(8 欧姆/平方) | Pilkington | ||
| 旋涂仪 | DONG AH TRADE CORP | ACE-200 | |
| 加热板 | AS ONE Corporation | HHP-411 | |
| 手套箱 | KIYON | KK-021AS | |
| 紫外臭氧清洗机 | AHTECH LTS | AC-6 | |
| 炉子 | WiseTherm | FP-14 | |
| 紫外/可见吸收光谱仪 | PerkinElmer | Lambda 750 | |
| 带手套箱的多功能蒸发仪 | DAEDONG HIGH TECHNOLOGIES | DDHT-SDP007 |
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