Solution-traité « Silver-Bismuth-iode » ternaire minces pour absorbeurs photovoltaïques sans plomb

Cette méthode peut vous aider à répondre à des questions clés sur la façon de rendre les semi-conducteursternaires argent-bismuth-iode processables pour les cellules solaires à couches minces respectueuses de l’environnement et d’adopter des applications. Le principal avantage de cette technique est la fabrication de solution d’argent-bismuth-iode qui est ensuite utilisé comme absorbeur photovoltaïque sans plomb dans les cellules solaires à couches minces avec une architecture microscopique dispositif. Cette technique a des applications potentielles dans la production de cellules solaires à couches minces respectueuses de l’environnement parce que les semi-conducteursternaires argent-bismuth-iode sont exempts de plomb, absorbeurs photovoltaïques stables à l’air.

Pour commencer à préparer la solution précurseur pour les couches compactes de dioxyde de titane, placez 8 millilitres d’éthanol anhydre dans un flacon de verre de 20 millilitres et commencez à l’agiter vigoureusement. Ajouter 0,74 millilitres d’isopropoxyde de titane à l’éthanol en remuant dans le sens de la goutte. Et puis ajouter rapidement 0,06 millilitres d’acide chlorhydrique concentré.

Remuer le mélange entre 12 et 24 heures à température ambiante pour former la solution précurseur. Ensuite, soniquez un substrat FTO nu d’un pouce par un pouce pendant 15 minutes chacun dans 2% d’octoxynol-9 aqueux, d’acétone et d’alcool isopropyle. Séchez le substrat propre dans un four à 70 degrés Celsius pendant une heure et laissez-le refroidir à température ambiante dans l’air.

Ensuite, fixez le substrat sur un mandrin de revêtement de spin. Remplissez une seringue de 1 millilitre ou de 3 millilitres avec une solution compacte de précurseur de couche de dioxyde de titane et fixez un filtre à seringues de 0,2 nanomètre. Filtrer la solution dans un petit flacon.

Appliquez 200 microlitres de la solution précurseur filtrée sur le substrat pour le couvrir entièrement. Faire tourner le substrat à 3000 RPM pendant 30 secondes. Anneal le film dans un four à 500 degrés Celsius pendant une heure.

Ensuite, éteignez le feu et laissez refroidir le substrat dans l’air à température ambiante, ce qui prend habituellement environ six heures. Ensuite, immerger le substrat enduit dans une solution molaire aqueuse de 0,12 de tétrachlorure de titane. Faire tremper le substrat dans un four à 70 degrés Celsius pendant 30 minutes.

Rincer soigneusement le substrat à l’eau déionisée par la suite pour enlever le tétrachlorure résiduel de titane. Anneal le film à 500 degrés Celsius pendant une heure, puis lui permettre de refroidir à température ambiante dans l’air. Une fois refroidi, conserver le substrat compact recouvert de dioxyde de titane sous le gaz azoté pour une utilisation ultérieure.

Pour commencer à préparer la solution précurseur d’une couche mésoporeuse de nanoparticules de dioxyde de titane dans un flacon de verre de 5 millilitres, combinez 0,5 grammes de pâte nanoparticule de dioxyde de titane de 50 nanomètres avec 1,75 grammes d’alcool d’isopropyle et 0,5 gramme de terpinérol. Ajouter une barre de remue-remuer sur le flacon et remuer jusqu’à ce que la pâte soit complètement dissoute. Cela prend habituellement environ une heure.

Ensuite, fixez un substrat FTO compact recouvert de dioxyde de titane sur un revêtement spin et appliquez 200 microlitres de la solution nanoparticule à la surface du substrat. Faire tourner le substrat à 5000 RPM pendant 30 secondes. Anneal le substrat enduit dans un four à 500 degrés Celsius pendant une heure et lui permettre de refroidir à température ambiante.

Puis tremper le substrat dans une solution molaire aqueuse de 0,12 de tétrachlorure de titane à 70 degrés Celsius pendant 30 minutes. Rincer soigneusement le substrat à l’eau déionisée. Anneal il à 500 degrés Celsius pendant une heure et laisser refroidir à température ambiante dans l’air.

Conserver le substrat recouvert de couches compactes et mésoporeuses de dioxyde de titane sous gaz d’azote pour une utilisation ultérieure. Pour commencer à préparer des couches minces de l’iodobismuthate d’argent, dibismuth heptaiodide argenté, dans une boîte à gants remplie d’azote à faible humidité combiner 0,3 grammes de bismuth-trois iodure, 0,06 grammes d’iodure d’argent, et 3 millilitres de n-butylamine. Vortex vigoureusement le mélange jusqu’à ce que les solides ont la plupart du temps dissous, puis la seringue filtrer la solution précurseur à travers un filtre en polytétrafluoroéthylène de 0,2 micromètre.

Ensuite, fixez le substrat désiré sur un revêtement spin et appliquez 200 microlitres de la solution précurseur filtrée. Faire tourner le substrat à 6000 RPM pendant 30 secondes. Placez le substrat sur une plaque chaude et chauffez-le à 150 degrés Celsius.

Anneal le film à cette température pendant 30 minutes, puis rapidement l’enlever de la plaque chaude pour l’étancher. Dans une boîte à gants remplie d’azote, mélanger 10 milligrammes de P3HT et 1 millilitre de chlorobenzène. Remuer le mélange à 50 degrés Celsius pendant 30 minutes pour dissoudre complètement le P3HT, puis filtrer le mélange à l’aide d’un filtre à seringue PTFE de 0,2 micromètre.

Ensuite, fixez un substrat FTO recouvert d’hépatiodide dibismuth argentée sur du dioxyde de titane compact et mésoporeux sur un revêtement spin. Appliquer 100 microlitres de la solution P3HT sur le substrat et faire tourner le substrat à 4000 RPM ou 30 secondes. Anneal le film P3HT sur une plaque chaude préchauffé à 130 degrés Celsius pendant 10 minutes.

Laisser refroidir le substrat à température ambiante dans la boîte à gants. Enfin, utilisez un évaporateur thermique pour déposer 100 nanomètres d’or à 0,5 angstroms par seconde sur le substrat pour former les principaux contacts en or de la cellule solaire. les couches minces ternaires argent-bismuth-iode, 1:2, 1:1, et 2:1 rapports molaires d’iodure d’argent à l’iodure de bismuth-3 ont été fabriqués avec cette méthode.

Le film 1:2 a montré un seul pic à environ 42 degrés, indiciating une structure cubique. Le fractionnement de pointe a été observé pour les films 1:1 et 2:1, indiquant une structure hexagonale. Le film 1:2 a absorbé de plus longues longueurs d’onde que le film 2:1.

En outre, le film 1:2 avait une surface lisse avec de gros grains tandis que des particules d’iodure d’argent excédentaire ont été observées sur le film 2:1. Le film 1:2 a donc été choisi pour une étude plus approfondie. La diffraction des rayons X a indiqué qu’une température d’annealage de 150 degrés Celsius était nécessaire pour que le film de 1:2 se cristallise entièrement dans la phase cubique.

Le film a été stable dans les airs pendant au moins 10 jours. Les spectroscopies FTIR ont suggéré que la n-butylamine résiduelle restait faiblement complexée à l’iodure de bismuth-3 et à l’iodure d’argent à des températures annealing inférieures, supprimant la formation des blocs de construction argent-bismuth-iode. Les grains sont devenus plus gros et plus densément emballés à mesure que la température d’annealing augmentait.

Les films annelés à 150 degrés Celsius avaient également les propriétés d’absorption les plus appropriées pour une utilisation dans les cellules solaires. Dans l’ensemble, le film dibismuth heptaiodide argenté annealed à 150 degrés Celsius a montré des propriétés énergétiques appropriées pour l’utilisation des cellules solaires. Cette technique ouvre la voie aux chercheurs des cellules solaires à couches minces processusables par solution afin de développer davantage de méthodologies pour les semi-conducteurs ternaires argent-bismuth-iode dans des applications telles que les cellules solaires à couches minces sans plomb et stables à l’air.

Tout en essayant cette procédure, vous pouvez utiliser l’humidité contrôlée de moins de 20% pour spin revêtement du substrat avec la solution précurseur argent-bismuth-iode. Si vous faites tourner la solution précurseur à ou au-dessus de 30% d’humidité, vous verrez jaunâtre en raison de la très réactive et photo Si vous ne pouvez pas contrôler l’humidité dans le revêtement spin, vous pouvez faire tourner la solution précurseur dans une boîte à gants remplie de N. Cependant, s’il vous plaît garder à l’esprit que vous devez purger complètement la boîte à gants après qu’il est fait.