Proceso de solución asistida por Vapor de baja presión para banda sintonizables hueco agujero de alfiler-libre Methylammonium plomo haluro perovskita películas

Carolin M. Sutter-Fella; Yanbo Li; Nicola Cefarin; Aya Buckley; Quynh Phuong Ngo; Ali Javey; Ian D. Sharp; Francesca M. Toma

doi:10.3791/55404

Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.

Artículo de método

Proceso de solución asistida por Vapor de baja presión para banda sintonizables hueco agujero de alfiler-libre Methylammonium plomo haluro perovskita películas

9.1K visualizaciones

⸱

DOI:

10.3791/55404

⸱

8 de septiembre de 2017

Carolin M. Sutter-Fella^*¹^,²^,³ , Yanbo Li^*¹^,⁴ , Nicola Cefarin¹^,⁵^,⁶ , Aya Buckley¹^,⁷ , Quynh Phuong Ngo⁸^,⁹ , Ali Javey²^,³ , Ian D. Sharp¹ , Francesca M. Toma¹

¹Joint Center for Artificial Photosynthesis, Chemical Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, ²Electrical Engineering and Computer Sciences, University of California, Berkeley, ³Materials Science Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, ⁴Institute of Fundamental and Frontier Sciences, University of Electronic Science and Technology of China, ⁵Department of Physics, Graduate School of Nanotechnology, University of Trieste, ⁶TASC Laboratory, IOM-CNR - Istituto Officina dei Materiali, ⁷Department of Chemistry, University of California, Berkeley, ⁸Materials Science and Engineering, University of California, Berkeley, ⁹Joint Center for Artificial Photosynthesis, Lawrence Berkeley National Laboratory

^* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

Aquí, presentamos un protocolo para la síntesis de CH₃NH₃I y precursores de Br CH₃NH₃y la posterior formación de agujero de alfiler-libre, continuadas CH₃NH₃PbI_{x 3}Br_x películas delgadas para el aplicación en células solares de alta eficiencia y otros dispositivos optoelectrónicos.

Resumen

Organo-plomo haluro perovskitas recientemente han atraído gran interés para posibles aplicaciones en energía solar fotovoltaica de película delgada y optoelectrónica. Adjunto, presentamos un protocolo para la fabricación de este material mediante el método de proceso (LP-VASP) de vapor de baja presión asistido por solución, que da ~ 19% eficiencia de conversión de energía en heterojunction planar perovskita de células solares. En primer lugar, se presenta la síntesis de yoduro methylammonium (CH₃NH₃I) y el bromuro de methylammonium (CH₃NH₃Br) de la metilamina y el correspondiente ácido halogenuros (HI o HBr). A continuación, se describe la fabricación del agujero de alfiler-libre, continuo methylammonium plomo haluro perovskita (CH₃NH₃PbX₃ con X = I, Br, Cl y su mezcla) películas con la LP-VASP. Este proceso se basa en dos pasos: i) spin-recubrimiento de una capa homogénea de precursor de haluro de plomo sobre un sustrato y ii) la conversión de esta capa CH₃NH₃PbI_{x 3}Br_x exponiendo el sustrato a los vapores de una mezcla de CH ₃ NH₃y CH₃NH₃Br a menor presión y 120 ° C. A través de la lenta difusión del vapor de halogenuros methylammonium en el precursor de haluro de plomo, logramos un crecimiento lento y controlado de una película continua, agujero de alfiler-libre de la perovskita. LP-VASP permite acceso sintético para el espacio de la composición de haluro completo en CH₃NH₃PbI_{x 3}Br_x con 0 ≤ x ≤ 3. Dependiendo de la composición de la fase de vapor, la energía de salto puede ajustarse entre 1,6 eV ≤ E_g≤ 2,3 eV. Además, al variar la composición del precursor del haluro y de la fase de vapor, también podemos obtener CH₃NH₃PbI_{3 x}Cl_x. Películas obtenidas de la VASP LP son reproducibles, puro según lo confirmado por mediciones de difracción de rayos x y mostrar photoluminescence alto producción de quántum de fase. El proceso no requiere el uso de una guantera.

Introducción

Híbrido orgánico-inorgánico plomo haluro perovskitas (CH₃NH₃PbX₃, X = I, Br, Cl) son una nueva clase de semiconductores que ha surgido rápidamente en los últimos años. Esta clase de material muestra características del semiconductor excelente, tales como alta absorción coeficiente¹tunable bandgap², portador de carga larga difusión longitud³, defecto alta tolerancia⁴y alta fotoluminiscencia producción de Quantum de⁵^,⁶. La combinación única de estas características hace conducir haluro....