Summary
هنا، فإننا نقدم بروتوكولات مفصلة لمعالجة حل الفضة-البزموت-اليود (Ag-ثنائية-ط) الثلاثي أشباه الموصلات الأغشية الرقيقة ملفقة على TiO2-المغلفة أقطاب شفافة وإمكانية تطبيقها كالهواء-مستقرة وخالية من الرصاص الأجهزة الإلكترونية البصرية.
Abstract
وتعتبر بيروفسكيتيس الهجين على أساس البزموت واعدة من أشباه الموصلات الصورة النشطة لتطبيقات الخلايا الشمسية الصديقة للبيئة والهواء-مستقرة. ومع ذلك، محدودة الفقراء مورفولوجيس السطحية والطاقات باندجاب عالية نسبيا إمكاناتهم. الفضة-البزموت-اليود (Ag-ثنائية-ط) هو أشباه الموصلات واعدة للأجهزة الإلكترونية البصرية. ولذلك، علينا أن نظهر تلفيق Ag-ثنائية-أنا الثلاثي الأغشية الرقيقة استخدام حل المواد المعالجة. الأغشية الرقيقة الناتجة عن معرض مورفولوجيس السطحية التي تسيطر عليها وباندجابس الضوئية وفقا الحرارية على الصلب في درجات الحرارة. وبالإضافة إلى ذلك، أفيد بأن نظم الثلاثي Ag-ثنائية-أنا بلورة اغبى2أنا7، Ag2BiI5، إلخ وفقا للنسبة من السلائف الكيميائية. اغبى معالجة حل2أنا يحمل7 طبقات رقيقة بنية بلورية مكعبة-المرحلة، مورفولوجيس السطحية كثيفة، خالية من الثقب مع الحبوب التي تتراوح في حجمها من 200 إلى 800 نانومتر، وباندجاب غير مباشرة من 1.87 eV. اغبى الناتجة2أنا7 طبقات رقيقة إظهار حسن الهواء الرسومات التخطيطية للفرقة الاستقرار والطاقة، فضلا عن سطح مورفولوجيس والبصرية باندجابس مناسبة للخلايا الشمسية تقاطع واحدة خالية من الرصاص والجوية مستقرة. ومؤخرا جداً، حصل خلية شمسية بكفاءة تحويل الطاقة 4.3% الاستفادة المثلى من التراكيب كريستال Ag-ثنائية-أنا وأبنية جهاز الخلايا الشمسية.
Introduction
وقد درست معالجة حل الخلايا الشمسية غشاء رقيق غير العضوية على نطاق واسع بالعديد من الباحثين تسعى لتحويل أشعة الشمس مباشرة إلى الكهرباء1،2،3،،من45. مع تطور الهندسة المعمارية التوليف والأجهزة المادية، أبلغ الرائدة المستندة إلى هاليد بيروفسكيتيس أن يكون امتصاص الخلايا الشمسية أفضل مع سلطة تحويل كفاءة (PCE) أكبر من نسبة 22%5. ومع ذلك، تتزايد المخاوف من استخدام الرصاص السامة، فضلا عن قضايا الاستقرار من الرصاص-هاليد بيروفسكيتي نفسها.
ذكرت مؤخرا أن بيروفسكيتيس الهجين على أساس البزموت يمكن أن تتكون من خلال دمج الكاتيونات الفموي الأحادي التكافؤ في وحدة معقدة يوديد بزموت، وأن هذه يمكن أن تستخدم كامتصاص الصدمات الكهربائية الضوئية في أبنية mesoscopic الخلايا الشمسية6، 7،8. زمام المبادرة في بيروفسكيتيس يمكن الاستعاضة عن البزموت، الذي له 6s2 زوج وحيد الخارجي؛ ومع ذلك، المنهجيات التقليدية حتى الآن سوى الرصاص هاليد قد استخدمت بيروفسكيتيس الهجين على أساس البزموت مع هياكل بلورية معقدة، على الرغم من حقيقة أن لديهم أكسدة مختلف الدول وخصائص المواد الكيميائية9. وبالإضافة إلى ذلك، هذه بيروفسكيتيس قد مورفولوجيس السطحية الفقراء وإنتاج الأفلام سميكة نسبيا في سياق تطبيقات الجهاز غشاء رقيق؛ ولذلك، لديهم إلى ضعف أداء الضوئية مع الفجوة الفرقة عالية الطاقة (> 2 eV)6،،من78. وهكذا، سعينا إلى إيجاد طريقة جديدة لإنتاج المستندة إلى البزموت غشاء رقيق أشباه الموصلات، وصديقه للبيئة، والجو مستقرا، وفجوة الفرقة منخفضة الطاقة (< 2 eV)، النظر في تصميم المواد والمنهجية.
نقدم معالجة حل أية جي-بي-أنا الثلاثي الأغشية الرقيقة، التي يمكن أن تتبلور إلى اغبى2أنا7 و Ag2BiI5، لأشباه الموصلات خالية من الرصاص ومستقرة الهواء10،11. في هذه الدراسة اغبى2أنا تكوين7 ، يستخدم كمذيب بوتيلاميني ن في نفس الوقت حل يوديد الفضة (كونا) والسلائف (BiI3) يوديد البزموت. الخليط ملدن عند 150 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة في ن2وتدور-يلقي-ملء صندوق قفازات؛ وفي وقت لاحق، هي تطفئ الأفلام إلى درجة حرارة الغرفة. الأغشية الرقيقة الناتجة براون-أسود اللون. وبالإضافة إلى ذلك، يتم التحكم مورفولوجيا سطح وتكوين كريستال النظم الثلاثي Ag-ثنائية-أنا انلينغ درجات الحرارة ونسبة السلائف لكونا/BiI3. اغبى الناتج2أنا الأغشية الرقيقة7 يحمل هيكل بلوري مكعب مرحلة، مورفولوجيس السطحية كثيفة والسلس مع الحبوب الكبيرة من 200-800 نانومتر في الحجم، وفجوة فرقة بصرية من eV 1.87 بدءاً بامتصاص الضوء من موجه 740 نانومتر . وأفيد مؤخرا أن Ag-ثنائية-أنا الثلاثي: غشاء رقيق الخلايا الشمسية عن طريق الاستفادة المثلى من التراكيب كريستال وبنية الجهاز، تحقيق PCE 4.3 في المائة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1-إعداد عارية-الزجاج، ويخدر الفلور أكسيد القصدير (سنو2: و) ركائز
- لتنظيف زجاج العارية، ركائز يخدر الفلور أكسيد القصدير (إرهابية)، sonicate لهم تسلسلياً في محلول مائي يحتوي على 2% تريتون، منزوع (DI) المياه والاسيتون والكحول الأيزوبروبيل (IPA)، كل منهما لمدة 15 دقيقة.
- وضع ركائز تنظيفها في فرن تدفئة في 70 درجة مئوية ح 1 إزالة أصد المتبقية.
2-إعداد الاتفاق TiO2 طبقات (ج-TiO2) كتلة الإلكترونات
- لإعداد حل السلائف2 ج-TiO، إسقاط مل 0.74 من التيتانيوم إيسوبروبوكسيدي (تيب) ببطء إلى 8 مل إيثانول اللامائى (EtOH) بينما التحريك بقوة، ومن ثم سرعة ضخ 0.06 مل حامض الهيدروكلوريك (HCl) في الحل. إثارة الحل الناتج عن ذلك بين عشية وضحاها في درجة حرارة الغرفة.
ملاحظة: استخدم قنينة زجاج 20 مل وتركيز 35-37% من HCl ومحرض مغناطيسية. - تصفية الحل السلائف2 TiO ج المعدة باستخدام المحاقن وفلتر 0.2 ميكرون-المسامية-حجم، وأسقطه على الركازة إرهابية تنظيفها، وتدور الصب ثم الركيزة في 3000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية.
- حرارياً-يصلب ركائز بتدفئة لهم في فرن عند 500 درجة مئوية ح 1 وثم السماح لهم لتبرد بدرجة حرارة الغرفة.
- نقع ركائز في تيتانيوم 0.12 متر رابع كلوريد (تيكل4) حل مائي في 70 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة ويغسل لهم بدقة استخدام المياه دي لإزالة أي بقايا تيكل4.
- حرارياً يصلب-ركائز عند 500 درجة مئوية ح 1 وثم السماح لهم لتبرد بدرجة حرارة الغرفة لتحسين السطح البيني للطبقة2 ج-TiO. تخزين ج-TiO الناتج2-المغلفة ركائز في ن2-شغل الشروط حتى الاستخدام.
3-إعداد ميسوبوروس TiO2 طبقات (TiO م2) لتحسين استخراج إلكترون
- لإضافة إعداد حلاً السلائف TiO م2 ، ز 1 من 50 نانومتر الحجم TiO2 نانوحبيبات لصق (SC-HT040) بقنينة زجاج 10 مل مع 3.5 g من 2-بروبانول و 1 غرام من تيربينيول وثم يقلب كل شيء حتى اللصق قد حلت تماما.
ملاحظة: 50 نانومتر الحجم TiO2 نانوحبيبات لصق عالية اللزوجة ويجب معالجتها بعناية باستخدام ملعقة. - تدور-يلقي 200 ميليلتر من استعداد 50 نانومتر الحجم TiO2 نانوحبيبات لصق الحل 5,000 لفة في الدقيقة لمدة 30 ثانية على ج-TiO2-المغلفة ركائز إرهابية.
- حرارياً يصلب-ركائز الناتج في فرن عند 500 درجة مئوية ح 1 وثم السماح لهم لتبرد بدرجة حرارة الغرفة.
- نقع ركائز في تيكل 0.12 متر4 محلول مائي على 70 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة ويغسل لهم تماما استخدام المياه دي لإزالة أي بقايا تيكل4.
- حرارياً يصلب-ركائز عند 500 درجة مئوية ح 1 وثم السماح لهم لتبرد بدرجة حرارة الغرفة لتحسين السطح البيني للطبقة2 م-TiO. تخزين الناتج ج-TiO2-و m-TiO2-المغلفة ركائز في ن2-شغل الشروط حتى تستخدم.
4-تصنيع اغبى2أنا الأغشية الرقيقة7
- علاج ركائز الزجاج العارية تحت مصباح الأشعة فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية) مع كثافة mA 45/سم2 مع الأوزون الأشعة فوق البنفسجية نظافة لمدة 10 دقيقة ضمان ركائز نظيفة وماء. لا تعامل في ج وم TiO2-المغلفة ركائز إرهابية مع الأوزون الأشعة فوق البنفسجية أكثر نظافة.
ملاحظة: حيود الأشعة السينية (XRD) وامتصاص وتحويل فورييه الأشعة تحت الحمراء (الأشعة تحت الحمراء مترا) الأطياف تم التحقيق في استخدام أية جي-بي-أنا الأغشية الرقيقة ملفقة على ركائز الزجاج العارية. ج وم TiO2-استخدمت المغلفة إرهابية ركائز لأجهزة الخلايا الشمسية. - قوة دوامة 0.3 ز BiI3 (0.5087 ملمول)، ز 0.06 من كونا (0.2544 ملمول)، و 3 مل بوتيلاميني ن حتى يذوب كل شيء تماما وثم حقنه-تصفية المخلوط باستخدام 0.2 ميكرون-المسامية-الحجم تترافلوروايثيلين (PTFE) تصفية.
- إسقاط 200 ميليلتر من الحل السلائف على ركائز وتدور الصب ثم لهم في 6000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية مع رطوبة التي تسيطر عليها أقل من 20 في المائة. نقل الفيلم مصفر الحمراء الناتجة عن ذلك فورا إلى ن2-ملء صندوق قفازات جاهزة للصلب الحرارية.
- تبدأ الصلب الحرارية للفيلم الناتج في درجة حرارة الغرفة، ثم الحرارة الفيلم إلى 150 درجة مئوية، والحفاظ على درجة حرارة 150 درجة مئوية لإخماد 30 دقيقة بسرعة الفيلم الملدنة لدرجة حرارة الغرفة. وسيكون الفيلم النهائي لامعة وبراون-أسود لون. بسرعة إخماد الركيزة ملدن، إزالته من صفيحة التي تم تعيينها إلى 150 درجة مئوية.
- جي-بي-أنا الثلاثي الأغشية الرقيقة من تركيبة مختلفة، مثل مجموعة أستراليا2BiI5، تغيير نسبة المولى السلائف من كونا BiI3 من 1:2 إلى 2:1 واستخدم نفس الحجم من المذيب بوتيلاميني ن. يصلب الفيلم الناتج باستخدام الطريقة الموضحة أعلاه.
- التحقيق تعتمد على درجة حرارة Ag-ثنائية-أنا تشكيل استخدام زرد أنماط متر-الأشعة تحت الحمراء الأطياف ومورفولوجيس السطحية، وامتصاص الأطياف، استخدام درجات الحرارة انلينغ الحرارية من 90 و 110 و 150 درجة مئوية جي-بي-أنا الثلاثي الأغشية الرقيقة.
5-تصنيع الخلايا الشمسية يضع اغبى2باستخدام الأغشية الرقيقة7 أنا
- استخدام poly(3-hexylthiophene) (P3HT) كمادة نقل ثقب في اغبى2أنا7 غشاء رقيق الخلايا الشمسية. إضافة 10 مغ P3HT إلى 1 مل من كلور البنزين وثم يقلب الخليط عند درجة 50 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة حتى P3HT قد حلت تماما. التصفية باستخدام عامل تصفية PTFE ميكرومتر المسامية-حجم 0.2. تحضير وتخزين في P3HT في ن2-ملء علبة القفازات.
- قطره 100 ميليلتر P3HT حلت في كلور البنزين على اغبى2أنا7 الأغشية الرقيقة ملفقة في ج وم TiO2-المغلفة ركائز إرهابية، ويلقي تدور ثم ركائز على 4000 لفة في الدقيقة لمدة 30 ثانية في ن2-ملء صندوق قفازات. حرارياً-يصلب الفيلم P3HT في 130 درجة مئوية لمدة 10 دقيقة للتوجه P3HT الهيكلية.
- استخدام مبخر حراري بمعدل ترسيب 0.5/s وبار نمط قناع الظل إيداع 100 نانومتر سميكة الذهب (Au) أقطاب كمعدن أعلى الاتصال في اغبى2أنا7 غشاء رقيق الخلايا الشمسية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
فقد أفيد أن جي-بي-أنا الثلاثي النظم، التي تعتبر أشباه الموصلات الواعدة، تبلور في التراكيب المختلفة، مثل اغبى2أنا7وأجبيي4جي2BiI510، استناداً إلى نسبة كونا المولى إلى BiI3. وقد أظهرت الدراسات السابقة أن أشكال كريستال الأكبر مع التراكيب المختلفة من النظم الثلاثي Ag-ثنائية-أنا يمكن توليفها تجريبيا عن طريق تغيير نسبة المولى كونا و BiI3 وأن كل تكوين يحتوي على نمط زرد مختلفة10.
على عكس البلورات السائبة، وسعينا إلى تطوير معالجة حل أية جي-بي-أنا الثلاثي الأغشية الرقيقة، التي يمكن استخدامها مباشرة كطبقة نشطة في الأجهزة الإلكترونية البصرية. في هذه الدراسة، كان يستخدم كمذيب في نفس الوقت حل كونا و BiI3 ن-بوتيلاميني وثم أعد كل جي-بي-أنا رقيقة مع نسبة مولى مختلفة من كونا BiI3 (1:2، 1:1، و 2:1). أولاً، أننا نفذنا القياسات زرد في كل فيلم (الشكل 1). أظهرت أنماط XRD Ag-ثنائية-أنا رقيقة الفيلم أعد بنسبة 1:2 (AgI:BiI3) مولى ذروة واحدة في 2θ ~ ° 42؛ وهذا يدل على أن اغبى2أنا7 بتركيبة بلورية مع بنية مكعب (مجموعة الفضاء Fd3m، = ب = ج = 12.223). غير أن تقسيم الذروة كان واضحا في منطقة 2θ ~ ° 42 عند تجاوز نسبة المولى AgI:BiI3 1:1، وأظهر الفيلم بنسبة 2:1 مولى أن Ag2BiI5 لديها بنية سداسية (مجموعة الفضاء R3m، = ب = 4.350 ، ج = 20.820 Å)10،12.
ونحن أيضا قياس امتصاص الأشعة فوق البنفسجية بالنسبة ل اغبى2أنا7 و Ag2BiI5 رقيقة الأفلام التي تم إعدادها على ركائز الزجاج (الشكل 2a). مرة واحدة تم تطبيع أطياف الامتصاص، اغبى2أنا استوعبت7 رقيقة أطوال موجية أطول، ما يصل إلى ~ 740 نانومتر، من Ag2BiI5 رقيقة. يعرض الرقم 2 أعلى-عرض صور المجهر الإلكتروني (SEM) المسح الضوئي لكل فيلم. مورفولوجية سطح اغبى2أنا يمكن رؤية7 رقيقة بوضوح، مع الحبوب الكبيرة ولون بني داكن (الشكل 2). ومع ذلك، يظهر Ag2BiI5 رقيقة الجزيئات الخفيفة في الحبوب، والناتجة عن فائض كونا13،14،،من1516، ولون بني فاتح ( الشكل 2 (ج)). نحن، ولذلك اختارت استخدام اغبى2أنا تكوين7 لمزيد من الدراسة، كما أنها أكثر ملاءمة للإلكترونيات الضوئية رقيقة المستندة إلى الفيلم من حيث امتصاص الضوء وسطح مورفولوجيس من Ag2BiI5 تكوين .
يبين الشكل 3 ألف أن نمط زرد التجريبية اغبى معالجة حل2أنا رقيقة7 يتسق مع أنماط زرد المبلغ عنها ومحسوب من اغبى2أنا بلورات7 دون تشكيل الثانوية مراحل. وكما ذكر سابقا، أكدنا أن اغبى2أنا7 رقيقة لديها بنية مكعب (مجموعة الفضاء Fd3m، = ب = ج = 12.223). بالإضافة إلى ذلك، اغبى2أنا الفيلم7 هو شديدة الرطوبة والهواء-مستقرة مع لا تغييرات هيكلية عند تخزينها في الهواء ل 10 (د)؛ وهذا أمر مفهوم نظراً لكونا مستقرة جداً في متوسطة مائي (الشكل 3b)13،14،،من1516.
يظهر الشكل 4a سلسلة من أنماط زرد للأغشية الرقيقة Ag-ثنائية-أنا كدالة لدرجة الحرارة انلينغ في ن2-شروط شغلها. أكدنا Ag-ثنائية-أنا يبدأ في بلورة أعلاه 90 درجة مئوية في شكل المرحلة مكعب، كما هو مبين في (111)، (400)، وقمم (440) في 13° و 29° ° 42، على التوالي (أي، تلك المقابلة للعلامات النجمية في الشكل 4a). على قمم XRD في منطقتي زاوية صغيرة (2θ < 10°) إلى حد كبير كدرجة الحرارة زادت، وأخيراً اختفى عند 150 درجة مئوية بالزيادة التدريجية لانكسار المرحلة مكعب؛ وهذا يشير إلى أن اغبى2أنا الفيلم7 كان تبلور تماما في المرحلة مكعب17. تم قياس الأطياف فتير بغية التحقيق في تشكيل نظم جي-بي-أنا بالتفصيل (الشكل 4 باء). وأظهر الفيلم كإعداد وغير تعتيق الإشارات فتير تمتد N-H (3200-3600 سم-1) وتمتد ح ج (2850 2980 سم-1)، والانحناء N-H (1450-1650 سم-1) الذي نتج عن بوتيلاميني ن18. على الرغم من أن الفيلم كإعداد كان تعتيق عند 90 درجة مئوية، فوق نقطة الغليان n-بوتيلاميني (77-79 درجة مئوية) والأطياف فتير لا تزال تظهر على قمم المرتبطة بها، على الرغم من أنها قد انخفضت إلى حد كبير. يشير هذا إلى أن n-بوتيلاميني تبقى ضعيفة ملزمة إلى BiI3 وكونا في شكل معقد أمين هاليد المعدنية وقمع تشكيل كتل الإنشاء Ag-ثنائية-أنا بحافة أو الذروة، أو تقاسم الوجه19. اختفت هذه الإشارات فتير كدرجة الحرارة زيادة؛ وهذا أوضح بإزالة n-بوتيلاميني الذي بد وأن BiI3 ومجمعات كونا، والذي يرتبط ارتباطاً وثيقا ببلورة اغبى27. كما درسنا مورفولوجيس السطحية من الأفلام جي-بي-أنا تعتيق في كل درجة الحرارة كما هو مبين في الشكل 4 ج. كما يزيد من درجة حرارة فوق 110 درجة مئوية، الأفلام جي-بي-أنا تبدأ تدريجيا تتبلور في مرحلة مكعب مع الحبوب الصغيرة، وتبلور تماما مع مورفولوجيس السطحية كثيفة وموحدة بما في ذلك الحبوب الكبيرة بحجم 200-800 نانومتر (أي، وكان عدد تبلور في وحدة المساحة 4.08 × 108 #/cm2) عند 150 درجة مئوية.
قمنا بقياس امتصاص الضوئية جي-بي-أنا الأغشية الرقيقة باستخدام مطيافية الأشعة فوق البنفسجية بالنسبة للتحقيق في التغيرات في الخصائص البصرية كدالة لدرجة الحرارة انلينغ. ويبين الشكل 5a تغييرا كبيرا في الاستيعاب قبل وبعد الصلب الحرارية للفيلم. الفيلم كإعداد أظهر لون مصفر ومعارضها طيف امتصاص مع ذروة أكسيتون واضحة وحادة في شمال البحر الأبيض المتوسط 47420. وكانت أطياف الامتصاص من الأفلام هائلة تحول الأحمر كما ارتفعت درجة حرارة انلينغ، وأخيراً، حصلنا طيف امتصاص ماصة بما فيه الكفاية في نطاق الضوء المرئي (350-740 nm). فجوة النطاق البصري (هز) اغبى2أنا رقيقة7 تعتيق عند 150 درجة مئوية تم الحصول عليها من هذه المؤامرة تاوك باستخدام معادلة αhv ~ (hv-هز)1/2، حيث α معامل امتصاص و الجيش الكرواتي من طاقة فوتون. هنا، تم حساب هز إلى 1.87 eV (الشكل 5 (ب)). ونحن أيضا استخدام مطيافية إلكترون الأشعة فوق البنفسجية (UPS) مع أنه أنا (21.22 eV) فوتون خطوط من مصباح التفريغ للتحقيق في الطاقة فيرمي (هو) ومستوى الطاقة (هت) الفرقة التكافؤ اغبى الناتجة2 7 الفيلم (الشكل 5 ج). لهذا القياس UPS، أعد الفيلم على الركازة الذهب. هو مصممة باستخدام قطع الطاقة (هالانقطاع) كما هو موضح في الشكل 5 ج ، وكان يراد بها أن تكون 5.05 eV باستخدام المعادلة: هو = 21.22 eV (قال أنا)-Eاستقطاع . استقراء الخطي في المنطقة ملزمة بالطاقة المنخفضة ويعطي هالخامس−هو ، وذلك، كان تقرر هالخامس 6.2 eV. تم تقييم الطاقة الفرقة التوصيل (هج) استخدام الفجوة الفرقة البصرية التي تم الحصول عليها من هذه المؤامرة توك، مما يجعل من الممكن رسم تخطيطي لمستوى الطاقة تخطيطي اغبى2أنا الفيلم7 ، كما هو مبين في الشكل 5 د .
رقم 1: التراكيب البلورية المختلفة من معالجة حل أية جي-بي-أنا الثلاثي الأغشية الرقيقة. يظهر هذا الفريق أنماط زرد Ag-ثنائية-أنا الأغشية الرقيقة ملفقة باستخدام نسب المولى مختلفة من كونا BiI3 بعد الصلب الحرارية في 150 ° c: (1) 1:2، (2) 2:1 1:1، و (3). أنماط XRD مرجع اغبى2أنا7 و Ag2BiI5 تم الحصول عليها من قوات الدفاع الشعبي رقم 00-034-1372 وبطاقة PDF رقم 00-035-1025، على التوالي. مربع منقط يشير إلى نمط زرد الرئيسية المستخدمة لتحديد كريستاليزيشنز مختلفة من جي-بي-أنا الثلاثي رقيقة الأفلام. تم تعديل هذا الرقم من العمل بواسطة كيم et al. 1- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 2: مقارنة بين معالجة حل اغبى2أنا7 و Ag2BiI5 أفلام رقيقة. () يظهر هذا الفريق أطياف امتصاص الأشعة فوق البنفسجية مقابل تطبيع اغبى2أنا7 و Ag2BiI5 رقيقة الأفلام. فريقي الأخرى هي الأعلى-عرض الصور ووزارة شؤون المرأة (ب) اغبى2أنا7 و (ج) Ag2BiI5 رقيقة الأفلام، أعدت على ركائز الزجاج مع نسب المولى مختلفة من السلائف كونا BiI3. إظهار insets في لوحات ب وج الصور الفوتوغرافية لكل رقيقة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: كريستال استقرار الهيكل والهواء اغبى معالجة حل2أنا الأغشية الرقيقة7 - () يظهر هذا الفريق زرد ذروة البيانات التجريبية اغبى2أنا7 رقيقة. المرجعية والبيانات زرد المحسوبة اغبى2أنا7 تم الحصول عليها من قوات الدفاع الشعبي بطاقة رقم 00-034-1372 وبرنامج كمبيوتر فستا، على التوالي. (ب) يظهر هذا الفريق نتائج تحقيق الاستقرار الجوي اغبى2أنا7 الأغشية الرقيقة باستخدام القياس XRD. "زرد اغبى"2أنا7 تم قياسه من قبل وبعد أن تم تخزين العينة في الهواء لمد 10. تم تعديل هذا الرقم من العمل بواسطة كيم et al. 1- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4: التغيير الهيكلي لأية جي-بي-أنا الثلاثي الأغشية الرقيقة مع حرارية مختلفة الصلب درجة الحرارة- إظهار هذه الألواح الأطياف زرد () والأطياف (ب) فتير (ج) أعلى-عرض الصور ووزارة شؤون المرأة لمعالجة حل أية جي-بي-أنا الأغشية الرقيقة كدالة لدرجة الحرارة انلينغ الحرارية. العلامات النجمية في الفريق الإشارة إلى زرد تبلور الرئيسي قمم اغبى2أنا7. تم تعديل هذا الرقم من العمل بواسطة كيم et al. 1- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 5: bandgap الضوئية والطاقة الفرقة مخططات اغبى2أنا الأغشية الرقيقة7 - الفريقين الأعلى تظهر () أطياف الأشعة فوق البنفسجية بالنسبة والمؤامرات (ب) توك من جي-بي-أنا الثلاثي الأغشية الرقيقة مع درجة حرارة انلينغ مختلفة. (ج) يظهر هذا الفريق البيانات UPS في منطقة ملزم بالطاقة عالية اغبى2أنا رقيقة7 تعتيق عند 150 درجة مئوية. (د) هذا تمثيل لمخطط الطاقة الفرقة اغبى2أنا7 رقيقة محسوبة باستخدام الأرض تاوك ويو بي إس. تم تعديل هذا الرقم من العمل بواسطة كيم et al. 1- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
وقد قدمنا بروتوكول مفصل لتلفيق الحل Ag-ثنائية-أنا الثلاثي أشباه الموصلات، التي يمكن استغلالها كامتصاص الخالي من الرصاص الضوئية في غشاء رقيق الخلايا الشمسية مع أبنية الجهاز mesoscopic. ج-TiO2 طبقات تشكلت على ركائز إرهابية لتجنب تسرب الإلكترونات المتدفقة إلى أقطاب إرهابية. m-TiO2 طبقات تشكلت تسلسلياً على ج-TiO2-المغلفة ركائز إرهابية لتحسين عمليات الاستخراج الإلكترونات المتولدة من امتصاص الضوئية (أي، الأغشية الرقيقة Ag-ثنائية-أنا). ج-TiO2 وم-TiO2 يعاملون مع تيكل4 المحاليل أجل تخميل TiO2 الفخاخ السطحية؛ وهذا يؤدي إلى تحسين كل طبقة2 TiO السطح البيني. كان الحل السلائف Ag-ثنائية-أنا المغلفة تدور مع الرطوبة الإبقاء على أقل من 20 في المائة؛ وهذا يرجع إلى أن المذيبات بوتيلاميني نقطة الغليان منخفضة وهو شديد التفاعل مع الرطوبة في الهواء، والتي يمكن أن تؤثر بقوة على مورفولوجية السطح. كانت الأفلام رقيقة حمراء مصفرة الناتجة تعتيق حرارياً في ن2-ملء صندوق قفازات من أجل الحصول على أفلام رقيقة لامعة والأسود البنى الناتجة من اغبى2أنا7. عند تعتيق في الظروف المحيطة، الأغشية الرقيقة Ag-ثنائية-أنا أظهر الألوان المحمر وضبابي مورفولوجيس، الناتجة عن أكسدة يوديد البزموت. لإكمال تصنيع الجهاز، كان P3HT الصب تدور على اغبى2أنا الأغشية الرقيقة7 ، متبوعاً ترسب ذهب (الاتحاد الأفريقي)، ليعمل كطبقة نقل ثقب والقطب الأعلى، على التوالي.
كما هو مبين في الشكل 1 و الشكل 2، كانت النظم Ag-ثنائية-أنا الثلاثي تبلورت في التراكيب المختلفة، مثل اغبى2أنا7 و Ag2BiI5، وفقا لنسب مختلفة من السلائف كونا و BiI3. الشروط انلينغ الحرارية التي تؤثر استيعابها، وأحجام الحبوب، ومورفولوجيا سطح كإعداد جي-بي-أنا رقيقة الأفلام. الدراسات السابقة على أنظمة الثلاثي Ag-ثنائية-أنا ركزت على توليف وتحليل للبلورات السائبة؛ ومع ذلك، لقد أبلغ للمرة الأولى أن اغبى2أنا يمكن إعدادها باستخدام عملية المستندة إلى طلاء تدور حل7 طبقات رقيقة وثم يستخدم بنجاح كخلايا الشمسية الخالي من الرصاص ممتص11. في الآونة الأخيرة، اتبعت العديد من الباحثين هذا العمل من أجل زيادة تطوير نوعية المواد نفسها، فضلا عن21،أداء الخلايا الشمسية22.
هناك لا تزال مجالاً لمزيد من تطوير معالجة حل أية جي-بي-أنا الثلاثي: غشاء رقيق الخلايا الشمسية من حيث نوعية المواد والهندسة المعمارية الجهاز. العديد من الأوراق المتعلقة بالمواد الثلاثي Ag-ثنائية-أنا مؤخرا ونشرت في المجلات لاستعراض الأقران، وذلك، أننا نعتقد كذلك بحوث النظم الثلاثي Ag-ثنائية-أنا أن خطوات كبيرة في مجال معالجة حل و الخلايا الشمسية غشاء رقيق الصديقة للبيئة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
هذا العمل كان يدعمها دايجو جيونجبوك معهد علوم وبحوث التكنولوجيا (دجيست) وبرامج التنمية (البحث والتطوير) وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات و "تخطيط المستقبل من كوريا" (18-ET-01). وأيد هذا العمل أيضا معهد كوريا لتقييم تكنولوجيا الطاقة و Planning(KETEP)، ووزارة التجارة والصناعة و Energy(MOTIE) من جمهورية كوريا (رقم 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).
