Name: חד ערכי חילוף קטיונים סימום של CH 3 NH 3 PBI 3 עבור תאים סולריים יעילים perovskite (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-19T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 30 s
Description: למדו שיטת סימון חד ערכי חילוף קטיונים בפרובסקיט להלידי עופרת לשיפור תאים סולריים. השיטה מגבירה ניידות מטען ומפחיתה אי סדר אנרגטי, מה שמוביל ליעילות המרת כוח גבוהה יותר.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מ עאבדי-זאלאביה תודה נאוה טכנולוגיה בע&quot;מ למלגה PhD. דר M.Grätzel MI להודות עיר נמל תעופה ג&#39;דה למדע וטכנולוגיה (KACST) ואת השוויצרי הקרן הלאומית למדע (SNSF) עבור תמיכה כספית. המחברים מבקשים להודות לד&quot;ר פיר Mettraux במרכז אפיון המולקולרי היברידי חומרים, EPFL לביצוע מדידות XPS. A.Sadhanala מודה תמיכה כספית בתודה מפרויקט APEX Indo-UK. SP Senanayak מכיר בלונדון האגודה המלכותית אחוות ניוטון. RH לחבר, מ &#39;עבדי-זאלאביה, וא Sadhanala רוצים להכיר את התמיכה מן EPSRC.

סינתזת 1. ההפקדה של CH הזך האפס מבוסס 3 NH 3 PBI 3 הערה: כל הפתרונים הוכנו בתוך תא הכפפות ארגון בתנאים לחים ו שבשליטת חמצן (H 2 O רמה: &lt;1 ppm ו- O 2 רמה: &lt;10 עמודים לדקה). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממיסים 553 מ&quot;ג (1.2 M) של PBI 2 ב 1 מ&quot;ל של N, -dimethylformamide N (DMF) תחת בחישה מתמדת על 80 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 0.02 M של הלידים קטיון חד ערכי לפתרון 2 PBI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין-מעיל הפתרון שקוף צהוב וכתוצאה מכך על גבי המצע (למשל, mesoporous-Tio 2) למשך 30 שניות ב -6,500 סל&quot;ד עם רמפה של 4,000 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופים את הסרטים על פלטה חמה על 80 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממיסים 40 מ&quot;ג של יודיד methylammonium (MAI) ב 5 מ&quot;ל של isopropanol. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין-מעיל כמות מספקת של הפתרון MAI על סרטים יודיד להוביל וכתוצאה מכך באמצעות protoc שני שלביםol הכוללת 45 שניות של זמן טעינה ואחריו 20 שניות של מסתובב ב -4,000 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשל סרטי perovskite מצופה הספין על פלטה חמה ב 100 מעלות צלזיוס למשך 45 דקות. </li></ol> 2. ייצור תאים סולריים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת תשתית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תבנית מסוממת פלואור תחמוצת בדיל (FTO) זכוכית מצופית. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכסה את האזור הפעיל של זכוכית FTO עם סרט דביק שקוף למחצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים את אבקת אבץ (Zn) על האזורים הלא מכוסה של מצעים FTO. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן 2 M של חומצה הידרוכלורית (HCl) במים מזוקקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים את הפתרון HCl על החלק של הזכוכית FTO כי הוא מכוסה באבקת Zn. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שטפו את FTO במים והסר את הסרט. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניקוי המצעים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשטוף את הכוס FTO באמצעות 2% (w / v) חומר ניקוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Sonicate מצעים FTO ונחקק אצטון isopropanol (IPA) במשך 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פנק את מצעי FTO עם ultraviolet / O 3 נקי במשך 15 דקות. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתצהיר של שכבת חסימת חור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 0.6 מ&quot;ל של bis טיטניום diisopropoxide (acetylacetonate) (TAA) ב 7 מ&quot;ל של IPA. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימו מצעי FTO ניקו בדוגמת על פלטה חמה ב 450 ° C ו לכסות את שטח המגע לפני החימום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ריסוס פירוליזה פתרון TAA על האזור המכוסה באמצעות O 2 כגז המוביל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השאר את הדגימות ב 450 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתצהיר של שכבת העברת אלקטרונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדלל את הדבק המסחרי Tio 2 (30 ננומטר גודל חלקיקים) עם אתנול (2: 7, יחס משקל). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Homogenize דילול 2 Tio ידי sonicating במשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין מעייל דילול טיטניה על הדגימות המוכנות עם שכבות קומפקטיות Tio 2 למשך 30 שניות ב 5000 סל&quot;ד עם רמפה של 2,000 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשל סרטי טיטניה ב 500 מעלות צלזיוס למשך 30דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פנקו את הסרטים mesoporous Tio 2 וכתוצאה מכך פתרון 40 מ&quot;מ של TiCl 4 במים מזוקקים על 70 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשל הסרטים -treated 4 TiCl ב -450 ° C למשך 30 דקות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתצהיר של שכבת perovskite הערה: מצעים FTO עם שכבות טיטניה הועברו תיבת אוויר יבש עם לחות של &lt;1% למשך שארית של תהליך הייצור. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין-מעיל הפתרונות יודיד מוכן עופרת (עם ובלי dopants) על טיו mesoporous 2 למשך 30 שניות ב -6,500 סל&quot;ד עם רמפה של 4,000 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופים את הסרטים על פלטה חמה על 80 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין-מעיל כמות מספקת של הפתרון MAI לתוך הסרטים יודיד להוביל וכתוצאה מכך באמצעות פרוטוקול שני שלבים הכוללת 45 שניות של זמן הטעינה ואחריו ספינינג עבור 20 שניות ב 4000 סל&quot;ד עם רמפה של 2,000 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשל הסרטים perovskite מצופה ספין על hotplaטה ב 100 מעלות צלזיוס למשך 45 דקות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתצהיר של שכבת התעבורה החור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 72.3 מ&quot;ג של ספירו-OMeTAD ל 1 מ&quot;ל של chlorobenzene ולנער עד הפתרון הופך שקוף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן פתרון מניות של bis (trifluoromethylsulphonyl) imide (LiTFSI) על ידי הוספת 520 מ&quot;ג של LiTFSI ב אצטוניטריל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 17.5 μL של פתרון המניות LiTFSI 28.8 μL של 4- טרט -butylpyridine (TBP) לפתרון ספירו-OMeTAD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין-מעיל הפתרון הנ&quot;ל למשך 30 שניות ב 4000 סל&quot;ד עם רמפה של 2,000 סל&quot;ד. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אידוי תרמי של קשר העליון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסכת דגימות ולשים אותם בתא ואקום של המאייד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתאדות 80 ננומטר של זהב בשיעור של 0.01 ננומטר / s. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Polman, A., Knight, M., Garnett, E. C., Ehrler, B., Sinke, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photovoltaic+materials+-+present+efficiencies+and+future+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Photovoltaic materials - present efficiencies and future challenges.</a> Science. 352, 307(2016).</li>
<li>Green, M. A., Ho-Baillie, A., Snaith, H. J. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n7/full/nphoton.2014.134.html">The emergence of perovskite solar cells.</a> Nat. Photonics. 8 (7), 506-514 (2014).</li>
<li>Stranks, S. D., Snaith, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-halide+perovskites+for+photovoltaic+and+light-emitting+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Metal-halide perovskites for photovoltaic and light-emitting devices.</a> Nat. Nanotechnol. 10 (5), 391-402 (2015).</li>
<li>Snaith, H. H. J. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jz4020162">Perovskites: The Emergence of a New Era for Low-Cost, High-Efficiency Solar Cells.</a> The J. Phys. Chem. Lett. 4 (21), 3623-3630 (2013).</li>
<li>Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organometal+halide+perovskites+as+visible-light+sensitizers+for+photovoltaic+cells%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells.</a> J. Am. Chem. Soc. 131 (17), 6050-6051 (2009).</li>
<li>Kim, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lead+iodide+perovskite+sensitized+all-solid-state+submicron+thin+film+mesoscopic+solar+cell+with+efficiency+exceeding+9%25%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+rep%22%5BJournal%5D)">Lead iodide perovskite sensitized all-solid-state submicron thin film mesoscopic solar cell with efficiency exceeding 9%.</a> Sci. rep. 2, 591(2012).</li>
<li>Jeon, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compositional+engineering+of+perovskite+materials+for+high-performance+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Compositional engineering of perovskite materials for high-performance solar cells.</a> Nature. 517 (7535), 476-480 (2014).</li>
<li>Li, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+vacuum+flash-assisted+solution+process+for+high-efficiency+large-area+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">A vacuum flash-assisted solution process for high-efficiency large-area perovskite solar cells.</a> Science. 353 (6294), 58-62 (2016).</li>
<li>Manser, J. S., Kamat, P. V. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n9/full/nphoton.2014.171.html">Band filling with free charge carriers in organometal halide perovskites.</a> Nat. Photonics. 8 (9), 737-743 (2014).</li>
<li>Xing, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-Range+Balanced+Electron-+and+Hole-Transport+Lengths+in+Organic-Inorganic+CH3NH3PbI3%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Long-Range Balanced Electron- and Hole-Transport Lengths in Organic-Inorganic CH3NH3PbI3.</a> Science. 342 (6156), 344-347 (2013).</li>
<li>Stranks, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron-Hole+Diffusion+Lengths+Exceeding+1+Micrometer+in+an+Organometal+Trihalide+Perovskite+Absorber%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Electron-Hole Diffusion Lengths Exceeding 1 Micrometer in an Organometal Trihalide Perovskite Absorber.</a> Science. 342 (6156), 341-344 (2013).</li>
<li>Pazos-Outon, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photon+recycling+in+lead+iodide+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Photon recycling in lead iodide perovskite solar cells.</a> Science. 351 (6280), 1430-1433 (2016).</li>
<li>Saliba, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cesium-containing+Triple+Cation+Perovskite+Solar+Cells%3A+Improved+Stability%2C+Reproducibility+and+High+Efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ.+Sci%22%5BJournal%5D)">Cesium-containing Triple Cation Perovskite Solar Cells: Improved Stability, Reproducibility and High Efficiency.</a> Energy Environ. Sci. 9 (6), (2016).</li>
<li>Pellet, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mixed-organic-cation+perovskite+photovoltaics+for+enhanced+solar-light+harvesting%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chemie+-+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Mixed-organic-cation perovskite photovoltaics for enhanced solar-light harvesting.</a> Angew. Chemie - Int. Ed. 53 (12), 3151-3157 (2014).</li>
<li>Hao, F., Stoumpos, C. C., Chang, R. P. H., Kanatzidis, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anomalous+band+gap+behavior+in+mixed+Sn+and+Pb+perovskites+enables+broadening+of+absorption+spectrum+in+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Anomalous band gap behavior in mixed Sn and Pb perovskites enables broadening of absorption spectrum in solar cells.</a> J. Am. Chem. Soc. 136 (22), 8094-8099 (2014).</li>
<li>Dar, M. I., Abdi-Jalebi, M., Arora, N., Grätzel, M., Nazeeruddin, M. K. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201501358/abstract">Growth Engineering of CH 3 NH 3 PbI 3 Structures for High-Efficiency Solar Cells.</a> Adv. Energy Mater. 6 (2), 1501358(2016).</li>
<li>Ibrahim Dar, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+the+Impact+of+Bromide+on+the+Photovoltaic+Performance+of+CH3+NH3+PbI3+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Understanding the Impact of Bromide on the Photovoltaic Performance of CH3 NH3 PbI3 Solar Cells.</a> Adv. Mater. 27 (44), 7221-7228 (2015).</li>
<li>Abdi-Jalebi, M., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201502472/full">Impact of Monovalent Cation Halide Additives on the Structural and Optoelectronic Properties of CH 3 NH 3 PbI 3 Perovskite.</a> Adv. Energy Mater. 6 (10), 1502472(2016).</li>
<li>Yin, W. J., Shi, T., Yan, Y. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4864778">Unusual defect physics in CH3NH3PbI3 perovskite solar cell absorber.</a> Appl. Phys. Lett. 104 (6), 063903/1-063903/4 (2014).</li>
<li>Agiorgousis, M. L., Sun, Y. Y., Zeng, H., Zhang, S. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja5079305">Strong Covalency-Induced Recombination Centers in Perovskite Solar Cell Material CH 3 NH 3 PbI 3.</a> J. Am. Chem. Soc. 136 (41), 14570-14575 (2014).</li>
<li>Andaji Garmaroudi, Z., Abdi-Jalebi, M., Mohammadi, M. R. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/RA/C6RA13273A">A facile low temperature route to deposit TiO2 scattering layer for efficient dye-sensitized solar cells.</a> RSC Adv. 6 (75), (2016).</li>
<li>Abdi-Jalebi, M., Mohammadi, M. R., Fray, D. J. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s10876-014-0687-3">Double-Layer TiO2 Electrodes with Controlled Phase Composition and Morphology for Efficient Light Management in Dye-Sensitized Solar Cells.</a> J. of Clust. Sci. 25 (4), 1029-1045 (2014).</li>
<li>Abdi-Jalebi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+a+Mesoporous+Titania-Perovskite+Interface+on+the+Performance+of+Hybrid+Organic-Inorganic+Perovskite+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22The+J.+Phys.+Chem.+Lett%22%5BJournal%5D)">Impact of a Mesoporous Titania-Perovskite Interface on the Performance of Hybrid Organic-Inorganic Perovskite Solar Cells.</a> The J. Phys. Chem. Lett. 7 (16), 3264-3269 (2016).</li>
</ol>

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

ארכיטקטורה טיפוסית של תאים סולריים perovskite mesoscopic שמשה בעבודה זו, שבו שורה של חומרים היו מצופי ספין בין מצע מוליך איש קשר מתכת תרמית-התאדה (איור 1). שכבות mesoporous 2 Tio טופלו TiCl 4, אשר דווח passivate מלכודות המשטח כדי לשפר את הממשק בין שכבת התעבורה האלקטרון לבין חומר בולם 21, 22. שכבת perovskite הופקדה בטכניקה בתצהיר שני שלבים רציפה. ההמרה מלאה הליד עופרת לתוך perovskite בשלב השני הכרחית על מנת להשיג את קליטת האור הגבוהה ביותר 16, 17, והראינו כי התוספים הליד קטיון חד הערכי (למשל, ניי וכלי CuBr) לגרום המרה מלאה. יתר על כן, כיסוי מלא של שכבת טיטניה mesoporous wה- i perovskite מעל השכבה חיונית לחסל רקומבינציה פוטנציאל בין שכבת תעבורת חור (למשל, ספירו OMETAD) ואת שכבת הובלת אלקטרונים (למשל, mesoporous 2 Tio) 23. הדגמנו כי הוספת הלידים קטיון חד ערכי (למשל, קואי ואגי) יכול לשפר את כיסוי השטח של שכבת מכסת perovskite, מה שמוביל מתח המעגל הפתוח גבוה עבור ההתקן. היתרון העיקרי של השיטה שלנו הוא צעד הסימום, שבו שילבנו קטיונים חד ערכיים לתוך מבנה CH 3 NH 3 PBI 3 כדי לשפר את הצפיפות של חיובים, להובלת המטען, ואת המוליכות של שכבת הבולם. כאמור בסעיף הקודם, dopants הנ&quot;ל משופר באופן משמעותי הוא את האלקטרון לבין mobilities החור. בנוסף, בישראל פוחת בצורה משמעותית את אנרגית שפעול תחבורת תשלום, כמו גם ההפרעה האנרגטית של perovskiסרט te, הושג על ידי סימום קטיון חד ערכי. בעבודה זו, יש לנו הפגינו שיטה לסמים CH 3 NH 3 PBI 3 כנדבך בולם את mesoscopic perovskite מבנה תאים סולריים. הלידים קטיון חד ערכי שימשו לכוון את המאפיינים המורפולוגיים, אופטי, וחשמליים של CH 3 NH 3 PBI 3 הסרט perovskite כדי לשפר את הביצועים פוטו. לכן, אנו משולבים שלושה קטיונים חד ערכיים שונים (כלומר, Na +, Cu +, ו Ag +), אשר יש רדיוס יוני דומה Pb 2+, במקור ההובלה בתצהיר שני שלבים הרציף של CH 3 NH 3 PBI 3 . כתוצאה מכך, שיפור מרשים התכונות המבניות אופטו של CH 3 NH 3 PBI 3 התרחש בנוכחות תוספים אלה, מה שמוביל PCEs הגבוה עבור התאים הסולריים המפוברקים. לכן, היי עבודתנוghlights דרך קלילה של סימום ה- CH 3 NH 3 PBI 3 כנדבך בולם, אשר ניתן להשתמש בם בכל התצורות האחרות של תאים סולריים perovskite (למשל, אדריכלות מישוריים) על מנת לשפר את האיכות האלקטרונית נוסף של שכבות דקות perovskite. הנתונים שבבסיס מאמר זה זמינים בכתובת: https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/260187.

נכון לעכשיו, את החלק הדומיננטי של דרישת האנרגיה של העולם (כלומר, 85%) הוא להיות מסופק על ידי הבעירה של נפט, פחם, גז טבעי, אשר הופכת לפשוט התחממות הגלובלית ויש לו השפעות מזיקות על הסביבה שלנו 1. לכן, פיתוח של CO 2 מקורות -neutral האנרגיה הוא עניין בעל חשיבות עליונה. Photovoltaics (PV) הוא תהליך המרת אנרגיה אידיאלי שיכול לענות על דרישה זו. עם זאת, עלות ויעילות, כמו המכשולים העיקריים לאימוץ נרחב בטכנולוגיית PV, חייב להשתפר. מתעוררים טכנולוגיות PV מבוסס על חומרים חדשים, כגון תאים סולריים perovskite (PSC), יש את השילוב של עלויות נמוכות ולהתייעלות. זו מושגת באמצעות הניצול של חומרים זולים כי הם זמינים, כמו גם דרך מהירה, קלילים, ומסלולי עיבוד אנרגיה נמוכה לעומת עמיתיהם מבוססי סיליקון 2, 3,4. שיפור מרשימה היעילה המרת הכח (PCE), מ -3.8% ליותר מ -22%, דווח על perovskite ההיברידית אורגנית-אורגנית להוביל הליד מאז ההופעה הראשונה שלה באדריכלות PV 5, 6, 7, 8. כזה ביצועים מעולים מקורו אור הקליטה החזקה עם להקה-קצה חד מאוד, ההפרעה האנרגטית הנמוכה מאוד, אקסיטונים-הקשורים בחולשה שהתפרקו בקלות לתוך ספקים חינם עם אורכי דיפוזיה גדולים, ואת יכולת מחזור הפוטון של היברידי אורגנית-אורגני הליד להוביל perovskite 9, 10, 11, 12. חומרים אלה מסווגים במשפחה perovskite, אשר מתגבשים מלחי הליד הליד ומתכת אורגני ליצירת גבישים של ABX 3 </sub&gt; מבנה, כאשר X הוא אניון ו- A ו- B הם קטיונים בגדלים שונים (יצור גדול יותר B). קטיונים מדווחים עבור אתר לכלול methylammonium (MA), formamidinium (FA), ו צסיום (Cs); שילוב של קטיונים אלו מציג את 13 הביצועים הגבוהים ביותר, 14. יתר על כן, המועמד הראשי עבור קטיון divalent באתר B הוא להוביל, אשר יכול להיות מוחלף על ידי פח; bandgap יכול להיות אדום העביר בהצלחה ליותר מ 1,000 ננומטר א-פח להוביל מעורבב perovskite 15. בדומה לכך, דיירי X-האתר נחקרו רבות, שם תערובת של יודיד (אני) ו ברומיד (Br) הוכנסו המועמדים העיקריים 16, 17. לכן, זה מאוד לא סביר כדי לתפעל את מבניים, מורפולוגיים, ו אופטו המאפיינים של perovskites ידי שינוי ההרכב הכימי שלהם. למרות העובדה כי crysta משופרתאיכות lline והאחידות מקרוסקופית של סרט perovskite הן פרמטרים מרכזיים להשיג מכשירים יעילים 18, את ההשפעה של הגבולות בין תחומי polycrystalline, את המקור ואת התפקיד של פגמים אלקטרוניים בולמי perovskite, ואת תפקידיו של שכבות אוסף תשלום על תהליכי אובדן של תאים סולאריים perovskite עדיין אינם מובנים היטב. באשר לאופייה של פגמים אלקטרוניים במבנה perovskite, זה כבר דווח כי חלק ניכר מן הליקויים, כגון I או משרות Pb, לגרום למדינות שהן מאוד קרובים או בתוך הרצף של מדינות להקות ההולכה ערכיות, אשר עשוי להיות השלכה אלקטרונית שלילית על ההתקנים פוטו 19. בנוסף, אינטראקציה מליטה קוולנטיים חזקה בין קטיונים עופרת אניונים יודיד במישור perovskite עלולה להוביל קיומם של פגמים מהותיים (למשל, תחת מתואמת Pb הדימרים ואני trimers), אשר יכול creatאתרי e בתוך קצה הלהקה אשר פועל מרכזי רקומבינציה תשלום במהלך המבצע של המכשיר 20. כאן, אנו לחקור את ההשפעה של CH סימום 3 NH 3 PBI 3 perovskite עם הלידים קטיון חד ערכיים, כולל Na +, Cu +, ו Ag +, יונים של מתכות נמוכות-ערכיות מ Pb 2+. לפיכך, אנו משלבים קטיונים אלה באמצעות התוספת של כמות רציונלים של המלחים הליד המבוססת שלהם (למשל, נאה, CuBr, קואי, ואגי) לתוך תמיסת perovskite המבשרת. יש קטיונים אלו רדיוס יוני דומה Pb 2+, כך סימום תמורתי בתוך הגביש צפוי. הראינו כי נוכחות של קטיונים אלה בתוקף משפיע הן על המורפולוגיה הכיסוי של שכבת perovskite. בנוסף, הנוכחות של קטיונים אלה (למשל, Na + ו Ag +) אושרה על ידי ספקטרוסקופיה photoelectron רנטגן (XPS), וכן משמעותישינוי לא ברמת perovskite פרמי נמדד על ידי מיקרוסקופ כוח בדיקת קלווין (KPFM). על ידי שילוב קטיונים אלה לתוך תאים סולריים perovskite שהופקדו ברצף, השגנו שיפור היעיל פוטו של PSC (15.6% להשוות ל -14%). לכן, זה מאוד חיוני כדי לשפר את התכונות המבניות אופטו של שכבת הבולם (למשל, perovskite) באדריכלות תאים סולרית על מנת למקסם את תחבורת התשלום כדי passivate מלכודות השטח כדי להגיע לביצועי PV הגבוהים ביותר.

<table><tbody><tr><td>זכוכית מצופה תחמוצת פח (FTO) מסוממת פלואור</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>735264-1EA</td><td>התנגדות ואסימיפ; 13 &Omega;/sq</td></tr><tr><td>אבקת אבץ</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>96454</td><td>משקל מולקולרי 65.39&nbsp;</td></tr><tr><td>חומצה הידרוכלורית&nbsp;</td><td>סיגמא-אולדריץ'&nbsp;</td><td>84415</td><td>&ge; 37 משקל %</td></tr><tr><td>חומר ניקוי Hellmanex&nbsp;</td><td>סיגמא-אולדריץ'&nbsp;</td><td>Z805939-1EA</td><td>חבילה של 1 ליטר&nbsp;</td></tr><tr><td>טיטניום דיאיזופרופוקסיד ביס(אצטילצטונט)&nbsp;</td><td>סיגמא-אולדריץ'&nbsp;</td><td>325252</td><td>75&nbsp;wt. % באיזופרופנול</td></tr><tr><td>משחת טיטניה</td><td>DYESOL</td><td>MS002300</td><td>30 NR-D יודיד משחת טיטניה שקופה</td></tr><tr><td>(II)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>211168</td><td>99 wt. %</td></tr><tr><td>N,N-Dimethylformamide&nbsp;</td><td>סיגמא-אולדריץ'&nbsp;</td><td>437573</td><td>מגיב ACS, &ge; 99.8%</td></tr> <tr><td>אבקת MS101000 מתילאמוניום יודיד</td><td>DYESOL</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>SpiroMeOTAD</td><td>סיגמא-אולדריץ'&nbsp;</td><td>792071</td><td>99% (HPLC)</td></tr><tr><td>ביס(טריפלואורומתאן)סולפונימיד מלח ליתיום</td><td>סיגמא-אולדריץ'&nbsp;</td><td>544094</td><td>99.95% בסיס מתכות קורט&nbsp;</td></tr><tr><td>4-tert-Butylpyridine</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td></td><td>טוהר 142379: 96%</td></tr> <tr><td>כלורבנזן</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>284513</td><td>נטול מים, 99.8%</td></tr><tr><td>2-פרופנול (IPA)</td><td>סיגמא-אולדריץ'&nbsp;</td><td>278475</td><td>נטול מים, 99.5%&nbsp;</td></tr><tr><td>אתנול</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>2860</td><td>אלכוהול מוחלט, ללא תוסף, &ge; 99.8%</td></tr></tbody></table>

חד ערכי חילוף קטיונים סימום של ch<sub&gt; 3</sub&gt; nh<sub&gt; 3</sub&gt; pbi<sub&gt; 3</sub&gt; עבור תאים סולריים יעילים perovskite

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

הנה, אנחנו מדגימים שילוב של תוספי קטיון חד ערכיים לתוך CH 3 NH 3 PBI 3 perovskite כדי להתאים את האופטי, excitonic, מאפיינים חשמליים. האפשרות של סימום נחקרה על ידי הוספת הלידים קטיון חד ערכיים עם רדיוס יוני דומה Pb 2+, כולל Cu +, Na +, ו Ag +. משמרת ברמה פרום ירידה מרשימה של קליטה אופטית-bandgap משנה, יחד עם הפרעה אנרגטית נמוך יותר perovskite, הושגה. תנופה כדי-של-הגודל של ניידות חור בתפזורת הפחתה משמעותית של אנרגית שפעול והובל בתוך מכשיר perovskite מבוסס כתוסף הושגה. המפגש של תכונות משופרות הנ&quot;ל בנוכחות קטיונים אלה הביא שיפור בפרמטרים פוטו של התאים הסולריים perovskite. גידול של 70 mV מתח המעגל הפתוח עבור AGI ו 2 mA / 2 ס&quot;מ שדrovement בצפיפות פוטונים עבור NaI- ותאים סולריים מבוססים CuBr הושג לעומת המכשיר והטהור. עבודתנו סוללת את הדרך עבור שיפורים נוספים באיכות אופטו של CH 3 NH 3 PBI 3 perovskite והתקנים הבאים. זה מדגיש דרך חדשה חקירות על עצם את התפקיד של זיהומי dopant התגבשות ושולט צפיפות הפגם האלקטרונית במבני perovskite.

במיקרוסקופ אלקטרוני סורק פליטת שדה (FESEM) שמש כדי להקליט את שני תמונות החתך של התאים הסולריים perovskite המפוברק (איור 1) ולהציג תמונות גבי סרטי 3 PBI 3 PBI 2 ו- CH 3 שהופקדו NH (איור 2). רנטגן עקיפה (XRD) וספקטרוסקופיה photoelectron רנטגן (XPS) הועסקו לאפיין את תכונות מבניות של סרטים perovskite (איורים 3 ו -4). ספקטרוסקופיה סטיה photothermal (PDS) ו מיקרוסקופ כוח קלווין בדיקה (KPFM) שימשו כדי לחקור את תכונות אופטיות וחשמליות של הסרטים perovskite, בהתאמה (איורים 5, 6). יתר על כן, מדידות הובלה בצובר תלוית טמפרטורה מבוססת על הנוכחי מוגבל שטח תשלום (SCLC) בוצעו על מכשירי perovskite (האיור 7). לבסוף, photovolta תקןic מדידה של המכשירים המפוברקים בוצעה (איור 8 ולוח 1). בהתבסס על תמונות SEM-מבט מלמעלה של PBI 2 ו- CH 3 NH 3 PBI 3 שהופקדו על השכבה Tio 2 mesoporous (MP-Tio 2) שמוצג באיור 2, השפעת התוספים על המורפולוגיה של perovskite הומחשה שם גבישים גדולים בצורת ענף של PBI 2 הושגו במדגם המבוסס הנאה. זה הוביל להיווצרות גבישים אסימטרי גדולים של perovskite. יתר על כן, השגנו שכבת מכסת perovskite אחידה חריר חינם במשך CuI- ודוגמאות אגי מבוססות (איור 2 ג ו 2e). כדי לחקור את ההשפעה של תוספי הליד קטיון חד ערכי על המבנה הגבישי של CH 3 NH 3 PBI 3 ועל המרה של PBI 2 לתוך CH 3 NH 3 PBI3, קרני ה- X עקיפה בוצע (איור 3). למרות המבנה הגבישי של perovskite הסופי נשאר זהה עבור כל הדגימות, ברור כי השיא דיפרקציה ב 2θ = 12.6, אשר תואמת את unconverted PBI 2, חוסל בנוכחות תוספים ניי וכלי CuBr. על מנת לאשר את קיומו של קטיונים חד ערכי אלה בתוך CH 3 NH 3 PBI 3 סרטים perovskite, ביצענו ניתוח XPS, כפי שמוצג באיור 4. על בסיס הנתונים XPS, הפגנו נוכחות של יונים Na ו Ag בתוך הסרטים perovskite, ואילו ריכוז של Cu לא יכול להיות מוערך, כנראה בשל קרבתו של יודיד (אני 3p1 / 2) ונחושת (Cu 2p1 / 2) פסגות. השפעת תוספי קטיון חד ערכי על ספקטרום הספיגה של perovskite מוצג ציור 5a, אשר נמדדה על ידי PDS.ברור כי CH מבוסס-כתוסף 3 NH 3 PBI 3 היה ספיגת תת-bandgap נמוך לעומת המדגם וטהור. יתר על כן, זנב קליטה נצפה עבור דגימות מבוססות Cu, שמקורו מן הקליטה הפנימית של הליד נחושת (איור 5 ב). למרות זנב הקליטה מאשר את נוכחותו של קטיונים Cu בסרטי perovskite הסופיים, ברור, בהתבסס על ההשוואה בין PDS של קואי מבוסס PBI 2 ו- CH 3 NH 3 PBI 3, כי ההתאגדות שלהם אינה שלמה. בנוסף, אנרגית אורבך (EU), המהווה מדד של מידת ההפרעה האנרגטית של חומר, נאמדה וטהור, NaI-, CuBr-, CuI-, ו perovskite מבוסס אגי, ואת הערכים הם 15.6, 11.8, 12.8, 13.5, ו -15.2 MeV, בהתאמה (הבלעה של איור 5 א). כדי לחקור את ההשפעה של התוספים הנ&quot;ל על אלקטרונמבנה onic של CH 3 NH 3 PBI 3, בצענו KPFM, והפרש פוטנציאל המגע (CPD) של פרופילי הקו נמדד. זו תואמת את פונקצית משטח העבודה (Φ) של perovskite שמוצג באיור 6. שינוי ברור של CPD (כלומר, 0.1 V) של תוסף מבוסס perovskite לעומת אחד והטהור מראה כי רמת פרמי perovskite מוסטת לכיוון הלהקה הערכי. שינוי זה ברמת perovskite פרמי ניתן לייחס גם ל- p-סימום תמורתי (למשל, החלפת Pb 2+ עם קטיונים חד ערכיים X +) או פסיבציה שטח על משטחי הגבישים של perovskite. כדי לחקור את ההשפעה של סימום על הצפיפות של חיובים על תחבורת המאפיינים שלהם CH 3 NH 3 PBI 3, בצענו מדידות הובלה בצובר תלוית טמפרטורה (איור 7 א </strאונג&gt;). לאחר מכן, אנו הערכנו את ספק הניידות בתפזורת (μ SCL) מבוססים על תשלום החלל הנוכחי המוגבל (SCLC) של אלקטרון המלא חור בלבד וטהור והתקני perovskite מבוססים כתוסף. עלייה מרשימה מוליכות הן mobilities אלקטרון וחור הושגו, במיוחד עבור דגימות ניי וכלי CuBr לעומת perovskite וטהור (טבלה 1). ראוי לציין כי השיפור ניידות תשלום המוליכות עולים בקנה אחד עם השיפור בזרם לקצר (SC J) ולמלא גורם (FF) של התאים הסולריים המפוברקים שמוצגים 7b איור. יתר על כן, אמדנו את אנרגית השפעול לתחבורת תשלום (E A) הוא האלקטרון והחור באמצעות מדידות הובלה בצובר תלוית טמפרטורה, שם ירידה ברורה הושגה עבור perovskite מבוסס כתוסף. שיפור זה מיוחס הצפיפות הגבוהה יותר של ספקים בגלל סימום ה המילוידואר מלכודות תחבורה, שתוצאתה ירידה משמעותית מכשול התחבורה. אנחנו מפוברקים תאים סולריים perovskite מבוסס על הלידים קטיון חד ערכים הנ&quot;ל, עקומות JV המקבילות, ואת הפרמטרים פוטו כי מסוכמי 8a איור ולוח 1. שיפור משמעותי מתח מעגל פתוח הושג הוא CuI- (0.99 V) AgI- (1.02 V) מבוסס תאים סולריים בגלל כיסוי שטח האידיאלי (איור 2 ג ו 2e). יתר על כן, עלייה מרשימה ומזרם קצר (-2 ס&quot;מ ≈2 mA) עבור CuBr- ותאים סולריים מבוססי Nai הושג, אשר ניתן לייחס את ההמרה מלא PBI 2 לתוך CH 3 NH 3 PBI 3. שיפור זה אושר על ידי יעילות המרת אירוע פוטון אל שוטפים (IPCE) הספקטרום המוצג איור 8b. לבסוף, hיעילות ההמרה igher כוח (PCE) רמות של 15.2%, 15.6%, ו -15.3% הושגו עבור NaI-, CuBr-, והתקנים מבוססי קואי, בהתאמה, להשוות לערך 14.0% עבור תאים סולריים perovskite וטהור. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig1.jpg" /> איור 1: ארכיטקטורת תא Mesoscopic perovskite שמש. SEM חתך מיקרוסקופ של מכשיר שלם עם המבנה הבא: FTO / קומפקטית-Tio 2 / mesoporous-Tio 2 / CH 3 NH 3 PBI 3 / ספירו-OMeTAD / Au. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig2.jpg" /> איור 2: ניתוח מורפולוגי של יודיד להוביל ומבנים perovskite. תמונות SEM Top-לאור PBI 2 (צד שמאל) ו- CH 3 NH 3 PBI 3 (צד ימין) מבנים: (א) וטהור, ( <st<html> רונג&gt; b) CuBr-, (ג) CuI-, (ד) NaI-, ו- (ה) דגימות perovskite מבוססי אגי שהופקד על mesoporous Tio 2 מצופה FTO. נתון זה שוחזר בהפניה 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig3.jpg" /> איור 3: השפעת תוספי הליד קטיון חד ערכי על crystallinity perovskite. ספקטרום קרני ה- X עקיפה של CH וטהור כתוסף מבוססי 3 NH 3 PBI 3 perovskite כי הוא גדל על הסרט mesoporous Tio 2, אשר מופקד על זכוכית מצופה FTO. נתון זה שוחזר בהפניה 18.t = &quot;_ blank&quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig4.jpg" /> איור 4: עקבות של קטיונים חד ערכי של CH 3 NH 3 מבנה perovskite PBI 3. ניתוח XPS של וטהור, CuBr-, CuI-, NaI-, וסרטים perovskite מבוססי אגי. נתון זה שוחזר בהפניה 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig5.jpg" /> איור 5: תכונות אופטיות של שכבות perovskite. (א) ספקטרום הקליטה של סרטי perovskite נגזרים מקורות מובילים וטהורים מבוסס כתוסף נמדד באמצעות טכניקת PDS. ההבלעה מציגה את אנרגיות אורבך המתאימות עבור כל הדגימות. בר השגיאה מוגדר על ידי SD לשבץ את זנב האורב. (ב) השוואה בין ספקטרום קליטת PDS של סרטים וטהורים CuBr להוביל מבוסס יודיד ו perovskite, כמו גם CuBr שהופקדה על MS-Tio 2 ו CuBr בלבד סרטים. נתון זה שוחזר בהפניה 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig6.jpg" /> איור 6: השפעת תוספי קטיון חד ערכי על פוטנציאל השטח של סרטים perovskite. פרופילי קו CPD רשמו מסרטי perovskite וטהורים מבוסס כתוסף באמצעות KPFM. תמונת טופוגרפית AFM מוצגת בחלק העליון. נתון זה שוחזר בהפניה 18<html> . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig7.jpg" /> איור 7: מאפייני התחבורה הממונה על סרטים perovskite. (א) מאפייני JV של מכשירים בלבד חור (איטו / PEDOT: PSS / perovskite / Au), מנוצלים על מנת לאמוד את ניידות חור SCLC. ראוי לציין, כי צפיפות הזרם (J) תשתנה עם עובי שכבות perovskite. ה (ב) מגמות sc J, מיקרון h, ודואר μ עבור perovskite וטהור כתוסף מבוסס. נתון זה שוחזר בהפניה 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> t &quot;FO: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="הספרה 8" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig8.jpg" /> איור 8: מאפייני הביצועים פוטו. (א) מאפיינים נוכחי מתח של מכשירים תחת תאורה של 100 mW / 2 ס&quot;מ, שהושגו באמצעות סוגים שונים של הלידים קטיון חד ערכי להוסיף את הפתרון מקור להוביל. (ב) תקרית פוטון אל הנוכחי יעילות (IPCE) ספקטרה כפונקציה של אורך הגל של אור מונוכרומטי עבור וטהור, CuBr-, CuI-, NaI-, ותאים סולריים perovskite מבוססי אגי. נתון זה שוחזר בהפניה 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> סוג המדגם </td><td>J SC </td><td> V OC </td><td> FF </td><td> PCE </td><td> דואר μ </td><td> μ h </td><td> E A E </td><td> E ע&quot;ה </td></tr><tr><td></td><td> (mA -2 ס&quot;מ) </td><td> (V) </td><td></td><td> (%) </td><td> (2 ס&quot;מ / Vs) </td><td> (2 ס&quot;מ / Vs) </td><td> (MeV) </td><td> (MeV) </td></tr><tr><td> וטהור </td><td> 21.03 </td><td> 0.95 </td><td> 0.70 </td><td> 14.01 </td><td> 0.02 </td><td> 0.008 </td><td> 135 </td><td> 198 </td></tr><tr><td> CuBr </td><td> 22.92 </td><td> 0.95 </td><td> 0.72 </td><td> 15.61 </td><td> 0.05 </td><tד&gt; 0.04 </td><td> 88 </td><td> 132 </td></tr><tr><td> קואי </td><td> 21.81 </td><td> 0.99 </td><td> 0.71 </td><td> 15.25 </td><td> 0.02 </td><td> .036 </td><td> 94 </td><td> 157 </td></tr><tr><td> נאה </td><td> 22.97 </td><td> 0.9 </td><td> 0.73 </td><td> 15.14 </td><td> 0.04 </td><td> 0.07 </td><td> 77 </td><td> 137 </td></tr><tr><td> אגי </td><td> 19.24 </td><td> 1.02 </td><td> 0.72 </td><td> 14.18 </td><td> 0.005 </td><td> 0.006 </td><td> 105 </td><td> 177 </td></tr></tbody></table> טבלה 1: פוטו ותחבורה תשלום פרמטרים של PSC. סיכום של פרמטרי פוטו הנגזר ממדידות JV ו mobilities תשלום, יחד עם הפעלת האנרגיה עבור התאים הסולריים perovskite והטהורים מבוסס כתוסף המציגים את הביצועים הטובים ביותר והיה fabricated בשיטה בתצהיר בן שני שלבים. ראוי לציין כי לפי הנתונים של פרמטרים פוטו ללכת באותה מגמה כמו מכשירים בעלות הביצועים הטובים ביותר. טבלה זו שוחזרה בהפניה 18.

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי להתאים את המאפיינים של CH פתרון מעובד 3 NH 3 PBI 3, באמצעות שילוב של תוספים קטיון חד ערכי על מנת להשיג תאים סולריים יעילים perovskite מאוד.

חד ערכי חילוף קטיונים סימום של CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; עבור תאים סולריים יעילים perovskite

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

המטרה הכללית של הליך זה היא לשפר את התכונות האופטואלקטרוניות של פרובסקיט הלוגניד של עופרת באמצעות לקיטוב (doping) של קטיונים חד-ערכיים, במטרה לייצר תאי שמש פרובסקיט בעלי יעילות גבוהה. שילוב של קטיונים חד-ערכיים בפרובסקיט הלוגניד של עופרת משפר באופן משמעותי את איכות המוליך למחצה ואת התנהגות האפקט הפוטואלקטרי של חומר זה. הוספה של כמות רציונלית של חומרי לקיטוב קטיוניים חד-ערכיים בעלות נמוכה לחומרי פרובסקיט משפרת את ניידות המטען ומפחיתה את האי-סדר האנרגטי בסדר גודל אחד.כדי להתחיל בהשוואת התשתית, השתמשו בסרט דביק אקרילי חצי שקוף כדי לכסות 2/3 מהצד המוליך של שקופית זכוכית מצופה FTO. לאחר מכן, כסו את האזורים שאינם מכוסים באבקת אבץ. שפכו תמיסה של חומצה כלורית 2 molar במים מזוקקים על השקופית כדי לתשב את התשתית.השתמשו במקלון צמר גפן כדי לנקות את השאריות מהחלקים החשופים של השקופית. שטפו את תשת ה-FTO שנצרה במים מזוקקים ולאחר מכן הסירו את הסרט הדביק. שטפו את הפני השטח שנצרה בתמיסה של 2% משקל לנפח של תרכיז דטרגנט נוזלי בסיסי ומים.בצע סוניקציה למצע ה-FTO במשך 10 דקות בכל אחד מאמבטי אצטון ואיזופרופנול, לפי הסדר. טפל במצע ה-FTO במנקה פלזמה של חמצן למשך 15 דקות כדי להשלים את ניקוי המצע שנחרט. כדי להשקיע את שכבת חסם דחוסה של טיטניום אוקסיד, הנח תחילה את מצע ה-FTO שנחרט ונקה על לוח חימום בטמפרטורה של 450 °C.כסו מיד את אזור המגע באמצעות זכוכית מכסה חתוכה מראש, והמתינו עד שהמצע יתחמם ל-450 degrees Celsius. ערבבו 0.6 milliliters של TAA עם 7 milliliters של isopropanol. כאשר המצע נמצא בטמפרטורה של 450 degrees Celsius, גרמו לפתרון ה-TAA על המצע באמצעות פירוליזה בהתזה (spray pyrolysis), כאשר האוויר משמש כגז נשאי.השאירו את הדגימה בטמפרטורה של 450 °C למשך 30 דקות. לאחר מכן, אפשרו לדגימה להצטנן לטמפרטורת החדר. הסירו את כיסוי הזכוכית לאחר שהמצע התקרר.להשקיע את שכבת ההובלה האלקטרונית, ראשית דללו משחה של טיטניום תחמוצה בריכוז 30 nanomolar עם אתנול ביחס משקלי של 2:7. בצעו סוניקציה לתמיה למשך 30 דקות. לאחר מכן, בצעו ציפוי בסביבון (spin coat) של הדגימה עם התמיה למשך 30 שניות במהירות של 5,000 RPM ובקצב האצה של 2,000 RPM לשנייה.בצעו התמססות (annealing) לשכבת הטיטניום בטמפרטורה של 500 °C למשך 30 דקות כדי לקבל שכבת טיטניום תחמוצת מזופורית. לאחר מכן, טבלו את הדגימה בתמיסה של 40 millimolar של טיטניום כלוריד ומים מזוקקים. טפלו בדגימות בטמפרטורה של 70 °C למשך 20 דקות.בצע חישול לדגימה שטופלה בכלוריד טיטניום בטמפרטורה של 450 °C למשך 30 דקות נוספות. העבר את הדגימה לתא כפפות מלא בחנקן עם לחות של פחות מ-1%. באטמוספירה אינרטית עם רמות נמוכות של מים וחמצן, הוסף 1 mL של DMF ל-553 mg של יודיד עופרת. חמם את התערובת ל-80 °C תוך כדי ערבוב רציף עד להמסה מלאה של יודיד העופרת.לאחר מכן, הכין תמיסה 0.02 מולרית של ההליד של הקטיון החד-ערכי הנבחר בתמיסת יוד פלואוריד. מרח 80 µL של תמיסת ההליד של הקטיון החד-ערכי ביוד פלואוריד על התשתית. בצע ציפוי סבב (Spin coat) לתשתית למשך 30 שניות במהירות של 6,500 RPM עם קצב האצה של 4,000 RPM לשנייה.השקו את השכבה הדקה שהתקבלה בטמפרטורה של 80 °C למשך 30 דקות. לאחר מכן, המיסו 40 mg של methylammonium iodide ב-5 mL של isopropanol. הניחו את המצע המצופה ב-lead iodide במכשיר spin coater וטפטפו 120 µL של תמיסת ה-MAI.השאירו את התמיסה על התשת עבור 45 שניות, ולאחר מכן בצעו ציפוי ספין (spin coat) למצע עם MAI למשך 20 שניות במהירות של 4,000 RPM. חממו את שכבת הפרובסקיט בטמפרטורה של 100 degrees Celsius למשך 45 דקות. להשכבת שכבת ההובלה המלאה, הוסיפו תחילה 1 milliliter של chlorobenzene ל-72.3 milligrams של spiro-methoxyTAD.נער את התערובת עד שהתמיס נראה שקוף. הכן תמיסת מלאי של 520 milligrams של lithium TFSI ב-1 milliliter של acetonitrile. לאחר מכן, ערבב 17.5 µL של תמיסת ה-lithium TFSI ב-28.8 µL של 4-tert-butylpyridine עם תמיסת ה-spiro-methoxyTAD.בצעו ציפוי ספין (spin coating) לדגימה עם תערובת זו למשך 30 שניות במהירות של 4,000 RPM ובקצב האצה של 2,000 RPM לשנייה. כסו את הדגימה בתבנית מסכה עבור המגעים העליונים של התא הסולארי. השקיעו שכבת זהב בעובי של 80 ננומטר על הדגימה בקצב של 0.01 ננומטר לשנייה כדי להשלים את ייצור התא הסולארי.שכבות דקות של פרובסקיטים טהורים ובססס-תוספים הושוו לשכבות יודיד עופרת תואמות. כאשר נעשה שימוש ביודיד נתרן כתוסף, נצפו ב-FESEM גבישי יודיד עופרת גדולים בעלי מבנה ענפי, לצד גבישי פרובסקיט גדולים ואסימטריים. כאשר נעשה שימוש ביודיד נחושת וביודיד כסף כתוספים, נצפו שכבות פרובסקיט אחידות ללא חורי סיכה (pinholes).עקיפת קרני X הראתה כי לסימום הקטיוני לא הייתה השפעה על מבנה הגביש של הפרובסקיט. לא נצפה אף שיא המתאים לעופרת יודית שלא הומרה כאשר נעשה שימוש בנתרן יודיד או נחושת ברומיד כתוסף. מיקרוסקופיית כוח של גשש קלווין הראתה כי רמות פרמי של הפרובסקיט המסומן an shifted לכיוון פס הערכיות.הדגימות המסוממות הראו מוליכות מוגברת בניידות האלקטרונים ובניידות הכללית, במיוחד עבור דגימות יודיד הנתרן וברומיד הנחושת. נצפו עליות גם בזרם קצר המעגל ובגורם המילוי. העלייה הגדולה יותר בזרם קצר המעגל בתאים המבוססים על ברומיד נחושת ויודיד נתרן יוחסה להמרה מלאה של יודיד העופרת ולניידות מטען משופרת.נצפו שיפורים במתח המעגל הפתוח בתאי סולאריים המבוססים על נחושת יודית וכסף יודי, ככל הנראה בשל פני השטח האחידים והנטולי חורי סיכה (pinholes) שלהם. נצprofitLossיות המרת האנרגיה של תאי סולאריים המבוססים על נתרן יודי, נחושת ברומית ונחושת יודית הייתה גבוהה באופן ניכר מזו של תא פרובסקיט טהור. הדגמנו שיטת סימום פשוטה התואמת לעיבוד בתמיסה של פרובסקיט מתילאמון פלוריד הלוגני כשכבת בולעת במבנה של תא סולארי פרובסקיט מזוסקופי.ניתן לכוונן את התכונות האופטואלקטרוניות והמבניות של חומרי פרובסקיט מסוג הלייד של עופרת באמצעות בקרת כמויות של דופנטים של קטיונים חד-ערכיים, דבר שיכול להוביל לביצועים פוטו-וולטאיים מעולים. השיטה שלנו סללה את הדרך עבור חוקרים בתחום הפוטו-וולטאיקה לבחון טכניקה זו בתצורות אחרות של תאי שמש מפרובסקיט כדי לשפר עוד יותר את האיכות האלקטרונית של שכבות דקות של פרובסקיט.

monovalent-cation-doping-ch3nh3pbi3-for-efficient-perovskite-solar

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

אסטרטגיה כללית לפיתוח של הפרדת תשלום מרוכבים מוליכים למחצה ננו פריסה לייצור אנרגיה סולארית מוצגת. אנו מראים כי הרכבה של תחומי התורם acceptor ננו בגיאומטרית nanoparticle אחת מעורר פונקצית הפוטו, בעוד בתפזורת-heterojunctions של-acceptor תורם ננו סרטים יכול לשמש להמרת אנרגית פוטו.

קצירת אנרגיה סולארית באמצעות תשלום פרדת Nanocrystals והמוצק שלהם

אנו מציגים מחקר מקיף על ההשפעות של שיטות ייצור שונות עבור שכבות דקות perovskite אורגניות / אורגניות על ידי השוואת מבנים גבישיים, צפיפות מצבים, רמות אנרגיה, ובסופו של דבר ביצוע תאים סולאריים.

השפעת שיטות ייצור perovskite היברידיות על יצירת סרט, מבנה אלקטרוני, ואת ביצוע תאים סולאריים

טכניקת מוליכות מיקרוגל שנפתרה בזמן לחקירת דינמיקת רקומבינציה ישירה ומתווכת מלכודת וקביעת ניידות נשא של מוליכים-למחצה של סרט דק מוצגת כאן.

Dynamics רקומבינציה ב חומרים פוטו סרט דק באמצעות מוליכות מיקרוגל זמן נפתרה

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לסינתזה של CH3NH3אני ו- CH3NH3Br מבשרי ואת היווצרות נטולת חריר, רציף CH3NH3מפ ל3-xBrx דק סרטים עבור הבאים יישום של תאים סולריים יעילות גבוהה והתקנים אחרים מעגל.

תהליך הפתרון בסיוע אדי לחץ נמוך הלהקה Tunable הפער חריר נטול עופרת Methylammonium הליד פרוביסקיט הסרטים

עבודה זו מספק הליך ניסיוני מפורט עם העדות של Sb2S3 בשכבה mesoporous TiO2 באמצעות SbCl3-פתרונות מורכבים thiourea עבור יישומים Sb2S3-רגיש תאים סולריים. מאמר זה קובע גם גורמים מרכזיים המסדירים את התהליך התצהיר.

מפתח גורמים המשפיעים על הביצועים של Sb2S3-רגיש תאים סולריים במהלך Sb2S3 התצהיר ויה SbCl3-עיבוד פתרון מורכב thiourea

במסמך זה, אנו מציגים נתונים היסטוריים פרוטוקולים עבור פתרון-מעובד כסף-ביסמוט-יוד (Ag-Bi-I) ternary מוליכים למחצה סרטים רזה מפוברק TiO2-מצופה אלקטרודות שקופות, שלהם פוטנציאל יישום אוויר-יציב, נטול עופרת מעגל התקנים.

הפתרון-מעובד "סילבר-ביסמוט-יוד" Ternary סרטים רזה עבור בולמי נטול עופרת פוטו

פרוטוקול עבור סינתזה לא אורגנית-עופרת-הליד היברידית פרוביסקיט קוונטית נקודה דיו עבור מדפסת הזרקת דיו והפרוטוקול להכנה של הדפסה הדיו נקודה קוונטית במדפסת הזרקת דיו עם טכניקות אפיון פוסט מוצגים.

הדפסת צבעי הדיו פרוביסקיט הליד אורגניים ליישומים פוטו הזרקת דיו

העבודה הזאת ממחישה את הטמפרטורה בטמפרטורת החדר של הקוונטים הקוונטית-מוגבלת מוביל הלידי פרוביסקיט nanoplatelets ידי ליגו-בסיוע שיטת משקעים מחדש. Nanoplatelets מסונתז להראות התכונות האופטיות הצר של הספקטרום ואת היכולת הספקטראלית רציפה לאורך טווח גלוי על ידי שינוי הקומפוזיציה ועוביים.

הNanoplatelets באמצעות משקעים בסיוע לבני הליד לפני השטח

נייר זה הוא הדגמה והנחיה לבצע ולנתח בתוך הבית (עם מכשיר רנטגן מעבדה) בניסויים GISAXS situ של ייבוש דיו על רול לגלגול חריץ למות מצופה, לא פולרן אורגני פוטו וולטאי.

באתרו שכיחות מרעה פיזור רנטגן זווית קטנה על ציפוי רול לגלגול של תאים סולריים אורגניים עם מכשור רנטגן מעבדה

אנו מתארים שיטת חישול אינפרא אדום פלאש המשמש לסינתזה של סרטי פרוביסקיט ו mesoscopic-TiO2. פרמטרי חישול הם מגוונים וממוטבים לעיבוד על תחמוצת פח מסוממת פלואור (FTO) זכוכית אינדיום בדיל מצופה פוליאתילן terephthalate (ITO PET), לאחר מכן נותן התקנים כוח המרה יעילות &gt;20%.

חישול אינפרא אדום פלאש עבור עיבוד תאים סולאריים פרוביסקיט

למדו שיטת סימון חד ערכי חילוף קטיונים בפרובסקיט להלידי עופרת לשיפור תאים סולריים. השיטה מגבירה ניידות מטען ומפחיתה אי סדר אנרגטי, מה שמוביל ליעילות המרת כוח גבוהה יותר.

חד ערכי חילוף קטיונים סימום של CH

גלה סרטונים נוספים