Adjunto, presentamos protocolos detallados para procesado en solución yodo-bismuto-plata (Ag-Bi-I) ternario semiconductor películas delgadas fabricadas en TiO2-recubrimiento de electrodos transparentes y su aplicación potencial como aire-estable y libre de plomo dispositivos optoelectrónicos.
Perovskitas híbrido basado en el bismuto son considerados como prometedores semiconductores foto-activo para aplicaciones de medio ambiente y aire-estable de células solares. Sin embargo, pobre morfología superficial y energías de banda prohibida relativamente altos han limitado su potencial. Plata-bismuto-yodo (Ag-Bi-I) es un prometedor semiconductores para dispositivos optoelectrónicos. Por lo tanto, se demuestra la fabricación de Ag-Bi-I ternario de películas delgadas mediante procesamiento de solución material. Las películas finas resultantes exhiben morfologías superficiales controlados y bandgaps ópticas según su térmico temperaturas de recocido. Además, se ha divulgado que Ag-Bi-I sistemas ternarios cristalizan a AgBi2I7, Ag2BiI5, etc. según la relación de los precursores químicos. La solución procesada AgBi2I7 películas delgadas exhiben una estructura cristal cúbico fase, densos, agujero de alfiler-libre morfologías superficiales con granos que van de 200 a 800 nm y un bandgap indirecto de 1,87 eV. La resultante AgBi2I7 películas delgadas mostrar buena estabilidad y energía diagramas de banda del aire, así como la superficie morfologías y bandgaps óptico adecuado para plomo y aire-estable single-junction solar células. Muy recientemente, una célula solar con 4,3% eficiencia de conversión de energía se obtuvo mediante la optimización de las composiciones de cristal Ag-Bi-I y célula solar dispositivo arquitecturas.
Solución procesada inorgánicos las células solares de película fina han sido ampliamente estudiadas por muchos investigadores tratando de convertir la luz solar directamente en electricidad1,2,3,4,5. Con el desarrollo de la arquitectura material de síntesis y dispositivo, perovskitas de haluro-base de plomo se han divulgado para ser los mejores amortiguadores de célula solar con una eficiencia de conversión de energía (PCE) superior a 22%5. Sin embargo, son más preocupaciones sobre el uso de plomo tóxico, así como problemas de estabilidad del haluro de plomo perovskita sí mismo.
Recientemente se ha divulgado que perovskitas híbrido basado en el bismuto pueden ser formado mediante la incorporación de cationes monovalentes en una unidad compleja de yoduro de bismuto y que éstos se pueden utilizar como absorbedores fotovoltaicas en mesoscópica célula solar arquitecturas6, 7,8. El plomo en las perovskitas puede reemplazarse con bismuto, que tiene el 6s2 par solitario externo; sin embargo, metodologías de haluro de plomo convencionales hasta ahora solamente se han utilizado para perovskitas híbrido basado en el bismuto con las estructuras cristalinas complejas, a pesar de que tienen Estados de oxidación diferentes y propiedades químicas9. Además, estas perovskitas pobre morfología superficial y producen películas relativamente gruesas en el contexto de aplicaciones para dispositivos de película delgada; por lo tanto, tienen un bajo rendimiento fotovoltaico con boquete de la venda alta energía (> 2 eV)6,7,8. Así, intentamos encontrar un nuevo método para producir semiconductores de película delgada basadas en bismuto, que son medio ambiente, aire, y tienen energía del boquete de la venda baja (< 2 eV), teniendo en cuenta el diseño de materiales y la metodología.
Presentamos solución procesada Ag-Bi-I ternarios láminas delgadas, que pueden ser cristalizado a AgBi27 y Ag2BiI5, plomo y aire-estable semiconductores10,11. En este estudio para el AgBi2I7 composición, n-butilamina es utilizado como un solvente para simultáneamente disolver el yoduro de plata (AgI) y bismuto yoduro (BiI3) precursores. La mezcla es spin-cast y recocido a 150 ° C por 30 min en un N2-lleno de guantera; Posteriormente, las películas se apagó a temperatura ambiente. Las películas delgadas resultantes son marrón oscuro en color. Además, la morfología superficial y la composición de cristal de los sistemas ternarios de la Ag-Bi-I son controlados por la temperatura de recocido y relación precursor de AgI/BiI3. La resultante AgBi2I7 películas delgadas presentan una estructura cristalina cúbico fase, morfologías superficie densas y lisas con granos grandes de 200-800 nm de tamaño y una separación de la banda óptica de 1,87 eV empezando a absorber la luz de una longitud de onda de 740 nm . Se ha divulgado recientemente que mediante la optimización de las composiciones de cristal y la arquitectura de dispositivo, Ag-Bi-I ternarias película delgada células solares puede alcanzar un PCE del 4,3%.
Hemos proporcionado un protocolo detallado para la fabricación de la solución de Ag-Bi-I semiconductores ternarios, que deben ser explotados como amortiguadores de plomo fotovoltaicos en las células solares de película delgada con arquitecturas de dispositivo mesoscópica. c-TiO2 capas se formaron en los substratos de la FTO para evitar la fuga de electrones que fluye en los electrodos FTO. TiO m2 capas secuencialmente se formaron en c-TiO2-recubrimiento de sustratos FTO para mejorar …
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue apoyado por el Daegu Gyeongbuk Instituto de ciencia y tecnología (DGIST) investigación y programas de desarrollo (i+d) del Ministerio de ciencia, TIC y planeamiento futuro de Corea (18-ET-01). Este trabajo fue apoyado también por el Instituto de Corea de energía tecnología evaluación y Planning(KETEP) y el Ministerio de comercio, industria y Energy(MOTIE) de la República de Corea (Nº 20173010013200).
Bismuth(III) iodide, Puratronic, 99.999% (metals basis) | Afa Aesar | 7787-64-6 | stored in N2-filled condition |
Silver iodide, Premion, 99.999% (metals basis) | Afa Aesar | 7783-96-2 | stored in N2-filled condition |
Butylamine 99.5% | Sigma-Aldrich | 109-73-9 | |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | 9002-93-1 | |
Isopropyl alcohol (IPA) | Duksan | 67-63-0 | Electric High Purity GRADE |
Titanium(IV) isopropoxide | Sigma-Aldrich | 546-68-9 | ≥97.0% |
Ethyl alcohol | Sigma-Aldrich | 64-17-5 | 200 proof, ACS reagent, ≥99.5% |
Hydrochloric acid | SAMCHUN | 7647-01-0 | Extra pure |
Titanium tetrachloride (TiCl4) | sharechem | ||
50nm-sized TiO2 nanoparticle paste | sharechem | ||
2-propanol | Sigma-Aldrich | 67-63-0 | anhydrous, 99.5% |
Terpineol | Merck | 8000-41-7 | |
Heating oven | WiseTherm | ||
Oxygen (O2) plasma | AHTECH | ||
X-ray diffraction (XRD) | Rigaku | Rigaku Miniflex 600 diffractometer with a NaI scintillation counter and using monochromatized Cu-Kα radiation (1.5406 Å wavelength). |
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Fourier transform infrared (FTIR) | Bruker | Bruker Tensor 27 | |
field-emission scanning electron microscope (FE-SEM) | Hitachi | Hitachi SU8230 | |
UV-Vis spectra | PerkinElmer | PerkinElmer LAMBDA 950 Spectrophotometer |
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Ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) | RBD Instruments | PHI5500 Multi-Technique system |