Summary
Her presenterer vi detaljerte protokoller for løsning-bearbeidet sølv-Vismut-jod (Ag-Bi-I) trefoldig semiconductor tynne filmer laget på TiO2-belagt gjennomsiktig elektroder og potensiell program som luft-stabilt og blyfri Optoelektronisk enheter.
Abstract
Vismut-baserte hybrid perovskites regnes som lovende Foto-aktiv halvledere for miljøvennlig og luft-stabil solcelle formål. Men har dårlig overflate morphologies og relativt høy bandgap energi begrenset sitt potensial. Sølv-Vismut-jod (Ag-Bi-I) er en lovende halvleder for Optoelektronisk enheter. Derfor viser vi fabrikasjon av Ag-Bi-jeg trefoldig tynne filmer bruke materialet løsning behandling. De resulterende tynne filmene utstilling kontrollert overflate morphologies og optisk bandgaps ifølge deres termisk annealing temperaturer. Dessuten, det har blitt rapportert at Ag-Bi-jeg trefoldig systemer utkrystallisere AgBi2jeg7, Ag2BiI5, etc. ifølge forholdet mellom prekursorer. Løsning-bearbeidet AgBi2jeg7 tynne filmer viser en kubikk-fase krystallstruktur, tett, pinhole-fri overflate morphologies med korn varierer i størrelse fra 200 til 800 nm og en indirekte bandgap av 1.87 eV. Den resulterende AgBi2jeg7 tynne filmer Vis god luft stabilitet og energi bandet diagrammer, likeledes idet overflaten morphologies og optisk bandgaps egnet for blyfri bensin og luft-stabil single-kryss solceller. Nylig, en solcelle med 4,3% konvertering strømeffektivitet ble oppnådd ved å optimalisere Ag-Bi-I crystal komposisjoner og solcellen enheten arkitekturer.
Introduction
Løsning-bearbeidet uorganiske tynn-film solenergi celler har blitt mye studert av mange forskere søker å konvertere sollys direkte til elektrisitet,1,,2,,3,,4,,5. Med utviklingen av materielle syntese og enheten arkitektur, er bly metallhalid-baserte perovskites rapportert å være de beste solcelle dempere med makt konvertering effektivitet (PCE) større enn 22%5. Men er det økende bekymring om bruken av giftige bly, samt stabilitetsproblemer av bly-metallhalid perovskite selv.
Det har nylig blitt rapportert at Vismut-baserte hybrid perovskites kan dannes ved å inkludere monovalent kasjoner en Vismut iodide kompleks enhet og at disse kan brukes som photovoltaic opptatt i Mesoskopisk solcelle arkitekturer6, 7,8. Ledelsen i perovskites kan erstattes med Vismut, som har 6s2 ytre enslig par; men har så langt bare tradisjonell bly metallhalid metoder blitt brukt for Vismut-baserte hybrid perovskites med komplekse krystall strukturer, til tross for at de har forskjellige oksidasjon stater og kjemiske egenskaper9. Dessuten, disse perovskites har dårlig overflate morphologies og produsere relativt tykk filmer i forbindelse med tynn-film enheten programmer. Derfor har de en dårlig photovoltaic ytelse med høy band-gap energi (> 2 eV)6,7,8. Dermed forsøkte vi å finne en ny metode for å produsere Vismut-baserte tynn-film halvledere, som er miljøvennlige, air-stallen, og har lav bandet-gap energi (< 2 eV), vurderer materielt design og metodikk.
Vi presenterer løsning-bearbeidet Ag-Bi-jeg trefoldig tynne filmer, som kan være krystallisert AgBi2jeg7 og Ag2BiI5, for blyfri bensin og luft-stabil halvledere10,11. I denne studien for AgBi2jeg7 komposisjon, n-butylamine brukes som et løsemiddel for å oppløse samtidig sølv iodide (AgI) og Vismut iodide (BiI3) prekursorer. Blandingen er spin-cast og glødet på 150 ° C i 30 minutter i en N2-fylt hanskerommet; deretter er filmene slukket til romtemperatur. De resulterende tynne filmene er brun-svart farge. I tillegg er overflate morfologi og krystall sammensetningen av Ag-Bi-jeg trefoldig systemene kontrollert av annealing temperaturer og forløper forholdet AgI/BiI3. Den resulterende AgBi2jeg7 tynne filmer utstillingen kubikk fase Krystalinsk struktur, kompakt og glatt overflate morphologies med store korn av 200-800 nm i størrelse, og en optisk band gap av 1.87 eV begynner å absorbere lys fra en bølgelengde på 740 nm . Det har nylig blitt rapportert at ved å optimalisere krystall komposisjoner og enheten arkitektur, Ag-Bi-jeg trefoldig tynn-film solenergi celler kan oppnå en PCE 4,3%.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. forberedelse av nakne-glass, fluor-dopet tinn oksid (SnO2: F) underlag
- For å rengjøre den nakne glass, fluor-dopet tinn oksid (FTO) underlag, sonicate dem sekvensielt i en vannløsning inneholdende 2% Triton deionisert (DI) vann, aceton og isopropylalkohol (IPA), hver i 15 min.
- Sette renset substrater i varme ovnen ved 70 ° C i 1 time å fjerne gjenværende IPA.
2. utarbeidelse av kompakt TiO2 lag (c-TiO2) blokkere elektronene
- For utarbeidelse av en c-TiO2 forløper løsning, slippe 0.74 mL Titan isopropoxide (TTIP) sakte i 8 mL av vannfri etanol (EtOH) mens stirring kraft, og deretter raskt injisere 0,06 mL saltsyre (HCl) i løsningen. Rør den resulterende løsningen over natten i romtemperatur.
Merk: Bruk en 20 mL hetteglass, en 35-37% konsentrasjon av HCl og en magnetisk rørestang. - Filtrere forberedt c-TiO2 forløper løsningen med en sprøyte og et 0,2 µm-pore-størrelse filter, slipp den på renset FTO underlaget, og deretter spin-cast underlaget 3000 RPM for 30 s.
- Termisk-anneal substrater ved å varme dem i en ovn ved 500 ° C i 1 time og deretter la dem avkjøles til romtemperatur.
- Nyt substrater i en 0,12 M Titan tetrachloride (TiCl4) vandig løsning på 70 ° C i 30 minutter, og deretter vaske dem grundig med DI vann for å fjerne eventuelle gjenværende TiCl4.
- Termisk-anneal substrater ved 500 ° C i 1 time og deretter la dem avkjøles til romtemperatur for en interfacial forbedring av c-TiO2 laget. Lagre den resulterende c-TiO2-belagt underlag i N2-fylt betingelser før bruk.
3. forberedelse av Mesoporous TiO2 lag (m-TiO2) forbedre Electron utvinning
- For utarbeidelse av en m-TiO2 forløper løsning, legge 1 g av 50 nm-størrelse TiO2 hydrogenion lim (SC-HT040) til en 10 mL hetteglass med 3.5 g 2-propanol og 1 g terpineol og rør alt til lim har helt oppløst.
Merk: 50 nm-størrelse TiO2 hydrogenion lim er svært tyktflytende og må håndteres forsiktig ved hjelp av en slikkepott. - Spin-cast 200 µL av 50 nm-størrelse TiO2 hydrogenion lim løsningen på 5000 rpm for 30 s på c-TiO2-belagt FTO underlag.
- Termisk-anneal de resulterende underlag i en ovn ved 500 ° C i 1 time og deretter la dem avkjøles til romtemperatur.
- Nyt substrater i 0,12 M TiCl4 vandig løsningen på 70 ° C i 30 minutter, og deretter vaske dem helt bruke DI vann for å fjerne eventuelle gjenværende TiCl4.
- Termisk-anneal substrater ved 500 ° C i 1 time og deretter la dem avkjøles til romtemperatur for en interfacial forbedring av m-TiO2 laget. Lagre den resulterende c-TiO2- og m-TiO2-belagt underlag i N2-fylt forhold til brukes.
4. fabrikasjon av AgBi2jeg7 tynne filmer
- Behandle nakne glass substrater under en ultrafiolett (UV)-lampe med en intensitet av 45 mA/cm2 med en UV-ozon renere for 10 min å sikre at substrater er rent og hydrofile. Behandler ikke den c - og m-TiO2-belagt FTO underlag med UV-ozon renere.
Merk: X-ray Diffraksjon (XRD) og absorbansen Fourier-transform infrarød (FT-IR) spectra ble undersøkt med Ag-Bi-I tynne filmer laget på nakne glass underlag. C - og m-TiO2-belagt FTO underlag ble brukt for solcelle enheter. - Kraftig vortex 0,3 g BiI3 (0.5087 mmol), 0,06 g AgI (0.2544 mmol), og 3 mL n-butylamine inntil alt er fullstendig oppløst og deretter sprøyte-filter blandingen med en 0,2 µm-pore-størrelse polytetrafluoroethylene (PTFE) filtrere.
- Slippe 200 µL av forløperen løsningen på substrater og deretter spin-cast dem på 6000 rpm for 30 s med en kontrollert fuktighet under 20%. Øyeblikkelig overføre resulterende gulaktig-rød filmen til en N2-fylt hanskerommet klar for termisk avspenning.
- Starte termisk annealing av resulterende filmen i romtemperatur, så varme filmen til 150 ° C, og opprettholde en temperatur på 150 ° C for 30 min. raskt slukke glødet filmen til romtemperatur. Den endelige filmen vil ha en skinnende og brun-svart farge. For å raskt slukke glødet underlaget, fjerne den fra kokeplate var innstilt på 150 ° C.
- Hvis Ag-Bi-jeg trefoldig tynne filmer av en annen sammensetning, for eksempel Ag2BiI5, endre forløper molar forholdet mellom AgI BiI3 fra 1:2 til 2:1 og bruke samme volum n-butylamine løsemiddel. Anneal resulterende filmen med metoden beskrevet ovenfor.
- Undersøke temperaturen-avhengige Ag-Bi-jeg dannelse med XRD mønstre FT-IR spectra, overflate morphologies og absorbansen spectra, bruke termisk annealing temperaturer på 90 og 110 150 ° C for Ag-Bi-jeg trefoldig tynne filmer.
5. fabrikasjon av solcelle Devises bruker AgBi2jeg7 tynne filmer
- Bruk poly(3-hexylthiophene) (P3HT) som transport av hull materiale i AgBi2jeg7 tynn-film solenergi celler. Legge til 10 mg av P3HT i 1 mL av chlorobenzene og rør blandingen ved 50 ° C i 30 min før P3HT er helt oppløst. Filtrere ved hjelp av et 0,2 µm-pore-størrelse PTFE filter. Forberede og lagre P3HT i en N2-fylt hanskerommet.
- Slipp 100 µL av P3HT oppløst i chlorobenzene på AgBi2jeg7 tynne filmer laget på c - og m-TiO2-belagt FTO underlag, og deretter spin-cast substrater ved 4000 rpm for 30 s i en N2-fylt hanskerommet. Termisk-anneal P3HT filmen på 130 ° C i 10 min strukturelle orientering P3HT.
- Bruke en termisk fordamperen med en avsetning rate på 0,5 Å / s og en bar mønster skygge maske innskudd 100 nm tykt gull (Au) elektroder som en topp metall kontakt i AgBi2jeg7 tynn-film solenergi celler.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Det har blitt rapportert at Ag-Bi-jeg trefoldig systemer som regnes som lovende halvledere, er krystallisert i ulike komposisjoner, for eksempel AgBi2jeg7, AgBiI4og Ag2BiI510, ifølge molar forholdet mellom AgI BiI3. Tidligere studier har vist at bulk krystall skjemaer med ulike komposisjoner av Ag-Bi-jeg trefoldig systemer kan syntetiseres eksperimentelt ved å endre molar forholdet mellom AgI og BiI3 og at hver sammensetning har en annen XRD mønster10.
I motsetning til bulk krystaller forsøkte vi å utvikle løsning-bearbeidet Ag-Bi-jeg trefoldig tynne filmer, som kan brukes direkte som en aktive laget i Optoelektronisk enheter. I denne studien, ble n-butylamine brukt som et løsemiddel for å oppløse samtidig AgI og BiI3 og så forberedt hver Ag-Bi-I tynnfilm med forskjellige molar forholdet mellom AgI BiI3 (1:2, 1:1 og 2:1). Først gjennomført vi XRD målene på hver film (figur 1). XRD mønstre for Ag-Bi-I tynn film med molar forholdet 1:2 (AgI:BiI3) viste en enkelt topp på 2θ ~ 42 °; Dette indikerer at AgBi2jeg7 har et krystallinsk komposisjon med en kubisk struktur (plassen gruppen Fd3m, en = b = c = 12.223 Å). Men toppen deling var tydelig i regionen 2θ ~ 42 grader ved AgI:BiI3 molar forholdet overskredet 1:1, og filmen med molar forholdet 2:1 viste at Ag2BiI5 har en Sekskantet struktur (plassen gruppen R3m, en = b = 4.350 Å c = 20.820 Å)10,12.
Vi også målt UV-Vis absorpsjon av AgBi2jeg7 og Ag2BiI5 tynne filmer som ble utarbeidet på glass substrater (figur 2a). Når absorpsjon spectra var normalisert, AgBi2jeg7 tynnfilm absorbert lengre bølgelengde, ~ 740 nm, enn den Ag2BiI5 tynn film. Figur 2 viser oversiden skanning elektronmikroskop (SEM) bilder av hver film. Overflaten morfologi av AgBi2jeg7 tynnfilm kan sees tydelig, med store korn og en mørk brun farge (figur 2b). Men viser den Ag2BiI5 tynnfilm lys partikler på korn, som følge av de overskytende AgI13,14,15,16, og en lys brun farge ( Figur 2 c). Vi valgte derfor å bruke AgBi2jeg7 komposisjon for videre studier, som det er mer egnet for tynne film-basert optoelectronics lys absorpsjon og overflate morphologies enn Ag2BiI5 sammensetning .
Figur 3a viser at eksperimentelle XRD mønsteret av løsning-bearbeidet AgBi2jeg7 tynnfilm er forenlig med det rapporterte og beregnede XRD mønstre av AgBi2jeg7 krystaller uten dannelse av sekundær faser. Som nevnt tidligere, vi bekreftet at den AgBi2jeg7 tynnfilm har en kubisk struktur (plassen gruppen Fd3m, en = b = c = 12.223 Å). I tillegg AgBi2jeg7 filmen er svært luftfuktighet - og air-stabil uten strukturelle endringer lagret i luften for 10 d; Dette er forståelig siden AgI er svært stabile i en vandig medium (figur 3b)13,14,15,16.
Figur 4a viser en rekke XRD mønstre for Ag-Bi-I tynne filmer som en funksjon av annealing temperaturen i N2-fylt forhold. Vi bekreftet at Ag-Bi-jeg begynner å utkrystallisere over 90 ° C i form av kubikk fasen, som vist av (111), (400), og (440) topper på 13° 29° og 42°, henholdsvis (dvs.som svarer til stjernene inne figur 4a). De XRD toppene i liten vinkel regioner (2θ < 10°) signifikant redusert som temperaturen økt, og til slutt forsvant på 150 ° C med gradvis økning av kubikk fase diffractions; Dette indikerer at AgBi2jeg7 filmen var fullt krystallisert i kubikk fase17. Til FTIR spectra ble målt for å undersøke dannelsen av Ag-Bi-I systemene i detalj (figur 4b). Som forberedt og ikke-herdet filmen viste FTIR signaler for N-H strekker (3200-3600 cm-1), C-H strekker (2850-2980 cm-1) og N-H bøying (1450-1650 cm-1) som resulterte fra n-butylamine18. Selv om filmen som forberedt var herdet ved 90 ° C, over kokepunktet for n-butylamine (77-79 ° C), til FTIR spectra fortsatt viste de tilknyttede toppene, selv om de var betydelig redusert. Dette betyr at de resterende n-butylamine var svakt bundet til BiI3 og AgI i form av et metall metallhalid-Amin kompleks, undertrykke dannelsen av Ag-Bi-jeg byggesteinene kant-, toppunkt-eller ansikt-deling19. Disse FTIR signalene forsvant som temperaturen ytterligere; Dette er forklart av fjerning av n-butylamine som var bundet til BiI3 og AgI komplekser og som er nært knyttet til krystallisering av AgBi2jeg7. Vi har også undersøkt i overflaten morphologies Ag-Bi-I filmene herdet hver temperatur som vist i Figur 4 c. Ettersom temperaturen øker over 110 ° C, begynner Ag-Bi-I filmene gradvis å utkrystallisere i kubikk fase med små korn og fullt crystallize med tett og jevn overflate morphologies inkludert store korn med størrelsen på 200-800 nm (dvs. krystallisering per enhet var 4.08 x 108 #/cm2) på 150 ° C.
Vi målt optisk absorpsjon av Ag-Bi-I tynne filmer med UV-Vis spektroskopi for å undersøke endringer i den optiske egenskapene som en funksjon av annealing temperaturen. Figur 5a viser en betydelig forskjell i absorpsjonen før og etter termisk annealing av filmen. Som forberedt filmen viste en gulaktig farge og utstilt en absorpsjon spektrum med en klar og skarp exciton peak på 474 nm20. Absorpsjon spektra av filmene var dramatisk rød-skiftet annealing temperaturen økt og, til slutt, vi fikk en absorpsjon spektrum tilstrekkelig absorberende i området av synlig lys (350-740 nm). Optisk band gap (Eg) av AgBi2jeg7 tynnfilm herdet på 150 ° C ble Hentet fra Tauc handlingen bruke formelen αhv ~ (hv-Eg)1/2, der α er den absorpsjon koeffisient og hv er Foton energi. Her var Eg beregnet til 1.87 eV (figur 5b). Vi brukte også UV photoelectron spektroskopi (UPS) med han jeg (21.22 eV) Foton linjer fra en utslipp lampe å undersøke Fermi energi (Ef) og valence band energi (Ev) nivået av resulterende AgBi2jeg 7 film (figur 5 c). For denne UPS måling, var filmen forberedt på en gull substrat. Ef ble bestemt ved hjelp cutoff energi (Ecutoff) som vist i figur 5 c og beregnet til 5.05 eV ved hjelp av formelen: Ef = 21.22 eV (han jeg)-Ecutoff . Lineær ekstrapolering i regionen for lav binding-energi gir Ev−Ef , og derfor Ev ble identifisert som 6.2 eV. Ledningsforstyrrelser bandet energi (Ec) ble evaluert med optisk bandet gapet fått fra Tauc plottet, som gjorde det mulig å trekke et skjematisk energinivået diagram av AgBi2jeg7 filmen, som vist i figur 5 d .
Figur 1: forskjellige krystallinsk komposisjoner av løsning-bearbeidet Ag-Bi-jeg trefoldig tynne filmer. Dette panelet viser XRD mønstre av Ag-Bi-I tynne filmer fremstille bruker forskjellige molar forhold mellom AgI BiI3 etter termisk annealing på 150 ° C: (1) 1:2, (2) 1:1, og (3) 2:1. Referanse XRD mønstre av AgBi2jeg7 og Ag2BiI5 var oppnådd fra PDF kort nr. 00-034-1372 og PDF kort nr. 00-035-1025, henholdsvis. Stiplede boksen angir viktigste XRD mønsteret som brukes til å identifisere de forskjellige crystallizations Ag-Bi-jeg trefoldig tynne filmer. Dette tallet er endret fra arbeidet av Kim et al. 1. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: Sammenligning av løsning-bearbeidet AgBi2jeg7 og Ag2BiI5 tynne filmer. (en) dette panelet viser normalisert UV-Vis absorpsjon spektra av AgBi2jeg7 og Ag2BiI5 tynne filmer. De andre to panelene er oversiden SEM bilder av (b) AgBi2jeg7 og (c) Ag2BiI5 tynne filmer, forberedt på glass underlag med ulike molar forhold av prekursorer AgI BiI3. Senkninger i paneler b og c viser bildet bilder av hver tynnfilm. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: Crystal struktur og luft stabilitet løsning-bearbeidet AgBi2jeg7 tynne filmer. (en) dette panelet viser eksperimentelle XRD peak data av en AgBi2jeg7 tynnfilm. Referansen og beregnede XRD dataene for AgBi2jeg7 hentes fra PDF nr. 00-034-1372 og dataprogram VESTA, henholdsvis. (b) dette panelet viser resultatene av en undersøkelse av luft stabiliteten av AgBi2jeg7 tynne filmer ved hjelp av XRD måling. XRD av AgBi2jeg7 ble målt før og etter prøven ble lagret i luften for 10 d. Dette tallet er endret fra arbeidet av Kim et al. 1. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: strukturelle endringen av Ag-Bi-jeg trefoldig tynne filmer med en annen termisk annealing temperatur. Disse skjermbildene viser (en) XRD spectra, (b) FTIR spectra og (c) oversiden SEM bilder av løsning-bearbeidet Ag-Bi-I tynne filmer som en funksjon av termisk annealing temperaturen. Stjernene i panelet en angir den viktigste krystallisert XRD topper AgBi2jeg7. Dette tallet er endret fra arbeidet av Kim et al. 1. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5: Optisk bandgap og energi band diagrammer for AgBi2jeg7 tynne filmer. Den øvre to panelene viser (en) UV-Vis spectra og (b) Tauc tomter Ag-Bi-jeg trefoldig tynne filmer med en annen annealing temperatur. (c) dette panelet viser UPS data i en høy binding-energi-regionen i en AgBi2jeg7 tynnfilm herdet på 150 ° C. (d) Dette er en representasjon av en energi bandet diagram av en AgBi2jeg7 tynnfilm beregnet ved hjelp av Tauc plot og UPS. Dette tallet er endret fra arbeidet av Kim et al. 1. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi har gitt en detaljert protokoll for løsning fabrikasjon av Ag-Bi-jeg trefoldig halvledere, som skal hentes som blyfri photovoltaic dempere i tynn-film solenergi celler med Mesoskopisk enheten arkitekturer. c-TiO2 lag ble dannet på FTO underlag for å unngå elektron strømmer inn FTO elektrodene. m-TiO2 lag ble sekvensielt dannet på c-TiO2-belagt FTO underlag å forbedre elektron utdrag fra de fotovoltaiske dempere (dvs., Ag-Bi-I tynne filmer). Både c-TiO2 og m-TiO2 ble behandlet med TiCl4 vandige løsninger for å passivate TiO2 overflaten feller. Dette fører til interfacial forbedring av hvert TiO2 lag. Ag-Bi-I forløperen løsningen ble spin-belagt med fuktighet holdt under 20%. Dette var fordi butylamine har et lavt kokepunkt og er svært reaktivt med fuktighet i luften, som kan sterkt påvirke overflaten morfologi. De resulterende gulaktig-rød tynne filmene var termisk herdet i en N2-fylt hanskerommet for å få de resulterende sort-brun og skinnende tynne filmene av AgBi2jeg7. Når herdet i forholdene, Ag-Bi-I tynne filmer viste rødaktig farger og disig morphologies, skyldes oksidasjon av Vismut iodide. For å fullføre apparat fabrikasjon, P3HT var spin-cast på AgBi2jeg7 tynne filmer, etterfulgt av en gull (Au) deponering, å fungere som et hull-transport lag og topp elektrode, henholdsvis.
Som vist i figur 1 og figur 2, Ag-Bi-jeg trefoldig systemer var krystallisert i ulike komposisjoner, for eksempel AgBi2jeg7 og Ag2BiI5, ifølge ulike forløper prosenter av AgI og BiI3. De annealing varmeforhold påvirker tiltrekningsenergier, korningsstørrelser, og overflaten morfologi som forberedt Ag-Bi-I tynne filmer. Tidligere studier på Ag-Bi-jeg trefoldig systemer fokusert på syntese og analyse av bulk krystaller; men vi har rapportert for første gang at AgBi2jeg7 tynne filmer kan være forberedt bruker en spin-belegg-basert løsning og deretter brukt med hell som en blyfri solcelle absorber11. Nylig, har mange forskere fulgt dette arbeidet for å videreutvikle materiale kvaliteten selv, samt solcelle ytelse21,22.
Det er fortsatt rom for videre utvikling av løsning-bearbeidet Ag-Bi-jeg trefoldig tynn-film solenergi celler materialkvalitet og enheten arkitektur engineering. Mange artikler knyttet til Ag-Bi-jeg trefoldig materialer har nylig blitt publisert i fagfellevurderte tidsskrifter og, derfor, tror vi at videre forskning på Ag-Bi-jeg trefoldig systemer vil gjøre store fremskritt innen løsning-bearbeidet og miljøvennlig tynn-film solenergi celler.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne ikke avsløre.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av Daegu Gyeongbuk Institutt for vitenskap og teknologi (DGIST) forskning og utvikling (R & D) programmer av departementet for vitenskap, IKT og fremtid planlegger Korea (18-ET-01). Dette arbeidet ble også støttet av Korea Institute for Energy Technology evalueringen og Planning(KETEP) og handelsdepartementet, industri & Energy(MOTIE) av Republikken Korea (nr. 20173010013200).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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). |
|
| 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 |
|
| Ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) | RBD Instruments | PHI5500 Multi-Technique system |
References
- Grätzel, M. The Light and Shade of Perovskite Solar Cells. Nature Materials. 13, 838-842 (2014).
- Green, M. A., Ho-Baillie, A., Snaith, H. J. The emergence of perovskite solar cells. Nature Photonics. 8, 506-514 (2014).
- Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells. Journal of American Chemical Society. 131 (17), 6050-6051 (2009).
- Burschka, J., et al. Sequential Deposition as a Route to High-Performance Perovskite-Sensitized Solar Cells. Nature. 499, 316-319 (2013).
- Yang, W. S., et al. Iodide Management in Formamidinium-Lead-Halide-Based Perovskite Layers for Efficient Solar Cells. Science. 356 (6345), 1376-1379 (2017).
- Park, B. -W., et al. Bismuth Based Hybrid Perovskites A3Bi2I9 (A: Methylammonium or Cesium) for Solar Cell Application. Advanced Materials. 27 (43), 6806 (2015).
- Hoye, R. L. Z., et al. Methylammonium Bismuth Iodide as a Lead-Free, Stable Hybrid Organic-Inorganic Solar Absorber. Chemistry−European Journal. 22 (8), 2605-2610 (2016).
- Lyu, M., et al. Organic-Inorganic Bismuth (III)-Based Material: A Lead-Free, Air-Stable and Solution-Processable Light-Absorber beyond Organolead Perovskites. Nano Research. 9 (3), 692-702 (2016).
- Mitzi, D. B. Organic-Inorganic Perovskites Containing Trivalent Metal Halide Layers: The Templating Influence of the Organic Cation Layer. Inorganic Chemistry. 39 (26), 6107-6113 (2000).
- Mashadieva, L. F., Aliev, Z. S., Shevelkov, A. V., Babanly, M. B. Experimental Investigation of the Ag-Bi-I Ternary System and Thermodynamic Properties of the Ternary Phases. Journal of Alloys and Compounds. 551, 512-520 (2013).
- Kim, Y., et al. Pure Cubic-Phase Hybrid Iodobismuthates AgBi2I7 for Thin-Film Photovoltaics. Angewandte Chemie International Edition. 55 (33), 9586-9590 (2016).
- Fourcroy, P. H., Palazzi, M., Rivet, J., Flahaut, J., Céolin, R. Etude du Systeme AgIBiI3. Materials Research Bulletin. 14 (3), 325-328 (1979).
- Kondo, S., Itoh, T., Saito, T. Strongly Enhanced Optical Absorption in Quench-Deposited Amorphous AgI Films. Physical Review B. 57 (20), 13235-13240 (1998).
- Kumar, P. S., Dayal, P. B., Sunandana, C. S. On the Formation Mechanism of γ-AgI Thin Films. Thin Solid Films. 357 (2), 111-118 (1999).
- Validźić, I. L., Jokanpvić, V., Uskoković, D. P., Nedeljković, J. M. Influence of Solvent on the Structural and Morphological Properties of AgI Particles Prepared Using Ultrasonic Spray Pyrolysis. Materials Chemistry and Physics. 107 (1), 28-32 (2008).
- Tezel, F. M., Kariper, İA. Effect of pH on Optic and Structural Characterization of Chemical Deposited AgI Thin Films. Materials Research Ibero-American Journal of Materials. 20 (6), 1563-1570 (2017).
- Chai, W. -X., Wu, L. -M., Li, J. -Q., Chen, L. A Series of New Copper Iodobismuthates: Structural Relationships, Optical Band Gaps Affected by Dimensionality, and Distinct Thermal Stabilities. Inorganic Chemistry. 46 (21), 8698-8704 (2007).
- Konstantatos, G., et al. Ultrasensitive Solution-Cast Quantum Dot Photodetectors. Nature. 442, 180-183 (2006).
- Mercier, N., Louvaina, N., Bi, W. Structural Diversity and Retro-Crystal Engineering Analysis of Iodometalate Hybrids. CrystEngComm. 11 (5), 720-734 (2009).
- Zhu, X. H., et al. Effect of Mono- versus Di-ammonium Cation of 2,2'-Bithiophene Derivatives on the Structure of Organic-Inorganic Hybrid Materials Based on Iodo Metallates. Inorganic Chemistry. 42 (17), 5330-5339 (2003).
- Zhu, H., Pan, M., Johansson, M. B., Johansson, E. M. J. High Photon-to-Current Conversion in Solar Cells Based on Light-Absorbing Silver Bismuth Iodide. ChemSusChem. 10 (12), 2592-2596 (2017).
- Turkevych, I., et al. Photovoltaic Rudorffites: Lead-Free Silver Bismuth Halides Alternative to Hybrid Lead Halide Perovskites. ChemSusChem. 10 (19), 3754-3759 (2017).
