Summary
Häri, vi presenterar detaljerade protokoll för lösning-bearbetade silver-vismut-jod (Ag-Bi-I) ternära semiconductor tunna filmer fabricerade på TiO2-belagda transparenta elektroder och deras potentiella tillämpning som luft-stabil och blyfri optoelektroniska enheter.
Abstract
Vismut-baserade hybrid perovskiter betraktas som lovande foto-aktiva halvledare för miljö- och luft-stabil solcell applikationer. Dock har dålig yta morfologier och relativt högt bandgap energier begränsat sin potential. Silver-vismut-jod (Ag-Bi-I) är en lovande halvledare för optoelektroniska enheter. Därför visar vi tillverkning av Ag-Bi-I ternära tunna filmer med materiell lösning bearbetning. De resulterande tunna filmerna uppvisar kontrollerad yta morfologier och optiska bandgaps enligt deras termisk glödgning temperaturer. Dessutom har det rapporterats att Ag-Bi-I ternära system kristallisera till Ramonas2jag7, Ag2BiI5, etc. enligt kvoten mellan prekursorerna. Den lösning-bearbetade Ramonas2jag7 tunna filmer uppvisar en kubik-fas kristallstruktur, tät, pinhole-fri yta morfologier med korn som varierar i storlek från 200 till 800 nm och en indirekta bandgap 1,87 ev. Den resulterande Ramonas27 tunna filmer Visa bra luft stabilitet och energi bandet diagram, samt ytan morfologier och optiska bandgaps lämplig för blyfria och air-stabil singel-korsningen solceller. Helt nyligen erhölls en solcell med 4,3% power verkningsgraden genom att optimera Ag-Bi-I crystal kompositioner och solcell enheten arkitekturer.
Introduction
Lösning-bearbetade oorganiska tunnfilms-solceller har ofta studerats av många forskare försöker omvandlar solljus direkt till El1,2,3,4,5. Med utvecklingen av material syntes och enhet arkitektur, har bly halide-baserade perovskiter rapporterats vara de bästa solcell absorbenter med en power-verkningsgrad (PCE) som större än 22%5. Dock det växande oro över användningen av giftig bly, liksom stabilitetsproblem av bly-halide perovskit själv.
Det har nyligen rapporterats att vismut-baserade hybrid perovskiter kan bildas genom att införliva monovalenta katjoner i en vismut jodid komplex enhet och att dessa kan användas som solceller absorbenter i Mesoskopisk solcell arkitekturer6, 7,8. Ledningen i perovskiter kan ersättas med vismut, som har 6s2 yttre ensamstående par; dock har hittills endast konventionella bly halide metoder använts för vismut-baserade hybrid perovskiter med komplexa kristallstrukturer, trots att de har olika oxidationstal och kemiska egenskaper9. Dessutom, dessa perovskiter har dålig yta morfologier och producera relativt tjocka filmer i samband med ansökningar som tunnfilms-enhet; Därför har de en dålig solceller prestanda med hög band-gap energi (> 2 eV)6,7,8. Således, vi försökte hitta en ny metod att producera vismut-baserade tunnfilms-halvledare, som är miljövänliga, air-stabil, och har låg band-gap energi (< 2 eV), med tanke på materialdesign och metodik.
Vi presenterar lösningen-bearbetade Ag-Bi-I ternära tunna filmer, som kan vara kristalliserat till Ramonas2jag7 och Ag2BiI5, för blyfria och air-stabil halvledare10,11. I denna studie för Ramonas2jag7 sammansättning, n-BUTYLAMIN används som lösningsmedel för att samtidigt upplösa den silver jodid (AgI) och vismut jodid (BiI3) prekursorer. Blandningen är spinn-cast och glödgad vid 150 ° C i 30 min i en N2-fylld handskfacket; filmerna är därefter härdas till rumstemperatur. De resulterande tunna filmerna är brun-svart färg. Dessutom styrs den ytan morfologi och crystal sammansättning av Ag-Bi-I ternära system av glödgning temperaturer och föregångare förhållandet AgI/BiI3. Den resulterande Ramonas2jag7 tunna filmer uppvisar en kubisk fas kristallstruktur, tät och slät yta morfologier med stora kärnor av 200-800 nm storlek och en optisk band gap av 1,87 eV börjat absorberar ljus från en våglängd på 740 nm . Det har nyligen rapporterats att Ag-Bi-I ternära tunnfilms-solceller genom att optimera crystal kompositioner och enhet arkitektur, kan uppnå en PCE med 4,3%.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. beredning av Bare-glas, fluor-dopade tenn oxid (SnO2: F) substrat
- För att rengöra de bare-glas, fluor-dopade tinoxiden (FTO) substrat, Sonikera dem sekventiellt i en vattenlösning innehållande 2% Triton, avjoniserat vatten (DI) vatten, aceton och isopropylalkohol (IPA), var och en för 15 min.
- Lägg de rensade substratesna i värme ugnen vid 70 ° C för 1 h att ta bort kvarvarande IPA.
2. beredning av kompakt TiO2 lager (c-TiO2) blockera elektronerna
- För beredning av en c-TiO2 föregångare lösning, släppa 0.74 mL titanium isopropoxide (TTIP) långsamt i 8 mL vattenfri etanol (EtOH) medan omrörning kraftfullt och sedan snabbt injicera 0,06 mL saltsyra (HCl) i lösningen. Rör den resulterande lösningen över natten i rumstemperatur.
Obs: Använd en 20 mL injektionsflaska av glas, en 35-37% koncentration av HCl och en magnetisk omrörare. - Filtrera beredda c-TiO2 föregångare lösningen med hjälp av en spruta och ett 0,2 µm-por-storlek filter, släpp den på rengjorda FTO substratet, och sedan snurra-cast underlaget vid 3.000 rpm för 30 s.
- Termiskt-glödga substratesna genom att värma dem i ugn vid 500 ° C i 1 h och sedan låta dem svalna till rumstemperatur.
- Blötlägg substratesna i en 0,12 M titanium tetrachloride (TiCl4) vattenlösning vid 70 ° C i 30 min och sedan tvätta dem noga med DI vatten att ta bort eventuella kvarvarande TiCl4.
- Termiskt-glödga substratesna vid 500 ° C i 1 h och sedan låta dem svalna till rumstemperatur i en gränsskiktspänning förbättring av c-TiO2 lager. Lagra den resulterande c-TiO2-belagda substrat i N2-fylld villkor fram till användning.
3. beredning av Mesoporous TiO2 lager (m-TiO2) att förbättra Electron utvinning
- För beredning av en m-TiO2 föregångare lösning, lägga 1 g 50 nm storlek TiO2 nanopartiklar pasta (SC-HT040) till en 10 mL injektionsflaska av glas med 3.5 g 2-propanol och 1 g terpineol och rör sedan ner allt tills pastan är helt upplöst.
Obs: 50 nm storlek TiO2 nanopartiklar pastan är mycket trögflytande och måste hanteras försiktigt med hjälp av en spatel. - Spin-cast 200 µL av beredda 50 nm storlek TiO2 nanopartiklar klistra in lösningen vid 5000 rpm för 30 s på den c-TiO2-belagda FTO substrat.
- Termiskt-glödga de resulterande substratesna i en ugn vid 500 ° C i 1 h och sedan låta dem svalna till rumstemperatur.
- Blötlägg substratesna i den 0.12 M TiCl4 vattenlösningen vid 70 ° C i 30 min och sedan tvätta dem helt med DI vatten för att ta bort eventuella kvarvarande TiCl4.
- Termiskt-glödga substratesna vid 500 ° C i 1 h och sedan låta dem svalna till rumstemperatur i en gränsskiktspänning förbättring av m-TiO2 lager. Store den resulterande c-TiO2- och m-TiO2-belagda substrat i N2-fylld förhållanden tills de används.
4. tillverkning av Ramonas2jag7 tunna filmer
- Behandla kala glas substrat under en ultraviolett (UV)-lampa med en intensitet av 45 mA/cm2 med en UV-ozon renare för 10 min så att substratesna är ren och hydrofil. Behandla inte c - och m-TiO2-belagda FTO substrat med UV ozon renare.
Obs: röntgendiffraktion (XRD), absorbans och Fourier-transform infraröd (FT-IR) spektra undersöktes med hjälp av Ag-Bi-I tunna filmer fabricerade på kala glas substrat. C - och m-TiO2-belagda FTO substrat användes för solcell enheter. - Kraftfullt vortex 0,3 g BiI3 (0.5087 mmol), 0,06 g av AgI (0.2544 mmol), och 3 mL n-BUTYLAMIN tills allt är helt upplöst och sedan spruta-filter blandningen med ett 0,2 µm-por-storlek polytetrafluoreten (PTFE) filtrera.
- Släppa 200 µL av föregångare lösningen på substratesna och sedan snurra-cast dem vid 6,000 rpm för 30 s med en kontrollerad luftfuktighet under 20%. Omedelbart överföra resulterande gulröd filmen till en N2-fylld handskfacket redo för termisk glödgning.
- Påbörja termisk glödgning av resulterande filmen vid rumstemperatur, sedan värma filmen till 150 ° C, och hålla en temperatur på 150 ° C för 30 min. snabbt släcka glödgad filmen till rumstemperatur. Den färdiga filmen kommer att ha en glänsande och brun-svart färg. För att snabbt släcka glödgad substratet, ta bort den från värmeplattan som var satt till 150 ° C.
- Ag-Bi-I ternära tunna filmer med olika sammansättning, såsom Ag2BiI5, ändra föregångare molar förhållandet av AgI till BiI3 från 1:2 till 2:1 och använda samma volym av n-BUTYLAMIN lösningsmedlet. Glödga den resulterande filmen med metoden som beskrivs ovan.
- För att undersöka temperatur-anhörigen Ag-Bi-I bildandet med XRD mönster, FT-IR spectra, surface morfologier och absorbansen spectra, använda termisk glödgning temperaturer på 90, 110 och 150 ° C för de Ag-Bi-I ternära tunna filmerna.
5. tillverkning av solcell apparatur med Ramonas2jag7 tunna filmer
- Använda poly(3-hexylthiophene) (P3HT) som en hål-transportera material i Ramonas2jag7 tunnfilms-solceller. Tillsätt 10 mg av P3HT till 1 mL klorbensen och rör sedan ner blandningen vid 50 ° C i 30 min tills P3HT är helt upplöst. Filtrera med hjälp av ett 0,2 µm-por-storlek PTFE filter. Förbered och förvara P3HT i en N2-fylld handskfacket.
- Släppa 100 µL av P3HT upplöst i klorbensen till Ramonas27 tunna filmer fabricerade på c - och m-TiO2-belagd FTO substrat, och sedan snurra-cast substratesna vid 4000 rpm för 30 s i en N2-fylld handskfacket. Termiskt-glödga P3HT filmen vid 130 ° C i 10 min för strukturella inriktningen av P3HT.
- Använda en termisk förångare med en beläggningshastighet 0,5 Å / s och en bar mönster skugga mask att deponera 100 nm tjock guld (Au) elektroder som en topp metall kontakt i Ramonas2I7 tunnfilms-solceller.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Det har rapporterats att de Ag-Bi-I ternära system, som betraktas som lovande halvledare, är kristalliserad i olika kompositioner, såsom Ramonas2jag7, AgBiI4och Ag2BiI510, enligt molar förhållandet av AgI till BiI3. Tidigare studier har visat att bulk crystal former med olika kompositioner av Ag-Bi-I ternära system experimentellt kan syntetiseras genom att ändra molar förhållandet av AgI och BiI3 och att varje sammansättning har en olika XRD mönster10.
Till skillnad från bulk kristaller försökte vi utveckla lösning-bearbetade Ag-Bi-I ternära tunna filmer, som kan användas direkt som ett aktivt lager i optoelektroniska enheter. I denna studie var n-BUTYLAMIN används som lösningsmedel för att samtidigt upplösa AgI och BiI3 och sedan beredd varje Ag-Bi-I tunn film med en annan molar förhållandet av AgI till BiI3 (1:2, 1:1 och 2:1). Först genomförde vi XRD mätningar på varje film (figur 1). XRD mönster för Ag-Bi-I tunn filmen beredd med en molar förhållandet 1:2 (AgI:BiI3) visade en enskild topp vid 2θ ~ 42 °; Detta indikerar att Ramonas2jag7 har en kristallin sammansättning med en kubisk struktur (utrymmegruppen Fd3m, en = b = c = 12.223 Å). Dock peak uppdelning var uppenbart i regionen i 2θ ~ 42° När molar förhållandet av AgI:BiI3 överskridit 1:1, och filmen med en molar förhållandet 2:1 visade att Ag2BiI5 har en hexagonal struktur (utrymmegruppen R3m, en = b = 4.350 Å c = 20.820 Å)10,12.
Vi mätte även UV-Vis absorptionen av Ramonas2jag7 och Ag2BiI5 tunna filmer som var beredda på glas substrat (figur 2a). När Absorberingsspectra var normaliserade, Ramonas2jag7 tunn film absorberas längre våglängder, upp till ~ 740 nm, än Ag2BiI5 tunn film. Figur 2 visar ovansida scanning electron microscopy (SEM) bilder av varje film. Ytan morfologi av Ramonas2jag7 tunn film kan ses tydligt, med stora korn och en mörkbrun färg (figur 2b). Men visar den Ag2BiI5 tunn film ljusa partiklar på kornen, som resulterar från den överskjutande AgI13,14,15,16, och en ljusbrun färg ( Figur 2 c). Vi valde därför att använda Ramonas2jag7 sammansättning för vidare studier, eftersom det är mer lämplig för tunna filmbaserat optoelektronik ljusabsorption och ytan morfologier än Ag2BiI5 sammansättning .
Figur 3a visar att experimentella XRD mönstret av lösning-bearbetade Ramonas2jag7 tunn film är förenlig med de rapportera och beräknade XRD mönster av Ramonas2jag7 kristaller utan bildandet av sekundära faserna. Som tidigare nämnts vi bekräftade att Ramonas2jag7 tunn film har en kubisk struktur (utrymmegruppen Fd3m, en = b = c = 12.223 Å). Dessutom Ramonas2jag7 film är mycket luftfuktighet - och luft-stabil utan strukturella ändringar när de lagras i luften för 10 d; Detta är förståeligt eftersom AgI är mycket stabil i ett vattenhaltigt medium (figur 3b)13,14,15,16.
Figur 4a visar en serie av XRD mönster för Ag-Bi-I tunna filmer som en funktion av glödgning temperaturen i N2-fylld villkor. Vi bekräftade att Ag-Bi-jag börjar kristallisera över 90 ° C i form av den kubiska fasen, vilket framgår av den (111), (400), och (440) toppar på 13°, 29° och 42°, respektive (dvs.de som motsvarar asterisker i figur 4a). XRD topparna i liten vinkel regioner (2θ < 10°) minskas avsevärt när temperaturen ökat och slutligen försvann vid 150 ° C med en gradvis ökning av cubic fas diffractions; Detta tyder på att Ramonas2jag7 film var fullt kristalliserade i kubik fas17. FTIR spektra mättes för att undersöka bildandet av Ag-Bi-I systemen i detalj (figur 4b). Som förberedda och icke-glödgning filmen visade FTIR signalerna för N-H stretching (3200-3600 cm-1), C-H stretching (2850-2980 cm-1) och N-H bockning (1450-1650 cm-1) som resulterade från n-BUTYLAMIN18. Även om filmen som förberedda var glödgas vid 90 ° C, över n-BUTYLAMIN 77-79 ° C kokpunkt, visade FTIR spektra fortfarande associerade topparna, även om de minskade betydligt. Detta indikerar att den återstående n-BUTYLAMIN var svagt bunden till BiI3 och AgI i form av en metal halide-Amin komplex, undertrycka bildandet av Ag-Bi-I byggstenar av edge-, vertex- eller ansikte-sharing19. Dessa FTIR signaler försvunnit som temperaturen ökat ytterligare; Detta förklaras av avlägsnandet av de n-BUTYLAMIN som var bundna till BiI3 och AgI komplex och som är nära relaterad till kristallisation av Ramonas2jag7. Vi har även granskat de ytan morfologier glödgas vid varje temperatur som visas i figur 4 cAg-Bi-I filmer. När temperaturen ökar över 110 ° C, börjar Ag-Bi-I filmerna gradvis kristallisera i kubik fas med små korn, och fullt kristalliserar med tät och enhetlig yta morfologier inklusive stora korn med storleken på 200-800 nm (dvs. kristallisering per ytenhet var 4,08 x 108 #/cm2) vid 150 ° C.
Vi mätte optisk absorption av Ag-Bi-I tunna filmer med UV-Vis-spektroskopi för att undersöka förändringar i de optiska egenskaperna som en funktion av glödgning temperaturen. Figur 5a visar en avsevärd skillnad i absorption före och efter termisk glödgning av filmen. Som förberedda filmen visade en gulaktig färg och uppvisade ett absorptionsspektrum med en klar och skarp exciton topp 474 nm20. Absorberingsspectra av filmerna var dramatiskt röd-skiftat som glödgning temperaturen ökade och, slutligen, vi fick ett absorptionsspektrum som är tillräckligt absorberande i intervallet av synligt ljus (350-740 nm). Optisk band klyftan (Eg) av Ramonas2jag7 tunn film glödgas vid 150 ° C erhölls från Tauc tomten med hjälp av den ekvation αhv ~ (hv-Eg)1/2, där α är den absorptionskoefficient och hv är fotonenergin. Här beräknades Eg till 1,87 eV (Figur 5b). Vi har också använt UV fotoelektronen spektroskopi (UPS) med han jag (21.22 eV) photon linjer från en urladdningslampa att undersöka Fermi energi (Ef) och valence band (Ev) energinivån i den resulterande Ramonas2jag 7 film (bild 5 c). För denna UPS mätning, var filmen beredd på ett guld substrat. Ef bestämdes med hjälp av cutoff energi (Ecutoff) som visas i figur 5 c och beräknades till 5.05 eV med hjälp av ekvation: Ef = 21.22 eV (han jag)-Ecutoff . Linjär extrapolering i regionen låg bindande-energi ger Ev−Ef och Ev fastställdes därför vara 6,2 eV. Överledning bandet energi (Ec) utvärderades använder optisk band klyftan erhålls från Tauc tomten, som gjorde det möjligt att rita en schematisk energinivån diagram av Ramonas2jag7 filmen, som visas i figur 5 d .
Figur 1: olika kristallina kompositioner av lösning-bearbetade Ag-Bi-I ternära tunnfilmer. I denna panel visas XRD mönster av Ag-Bi-I tunna filmer fabricerade med olika molar förhållandet av AgI till BiI3 efter termisk glödgning vid 150 ° C: (1) 1:2, (2) 1:1, och (3) 2:1. Referens XRD mönster av Ramonas2jag7 och Ag2BiI5 erhölls från PDF kort nr 00-034-1372 och PDF kort nr 00-035-1025, respektive. En streckad ruta visar huvudsakliga XRD mönstret används för att identifiera de olika crystallizations Ag-Bi-I ternära tunna filmer. Denna siffra har ändrats från arbetet av Kim et al. 1. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 2: Jämförelse av lösning-bearbetade Ramonas2jag7 och Ag2BiI5 tunna filmer. (en) i denna panel visas normaliserade UV-Vis-Absorptionsspektra Ramonas2jag7 och Ag2BiI5 tunna filmer. De andra två panelerna är top-view SEM-bilder av (b), Ramonas2jag7 och (c), Ag2BiI5 tunna filmer, beredd på glas substrat med olika molar nyckeltal av prekursorer AgI till BiI3. Inläggningar i paneler b och c visar fotobilder av varje tunn film. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: Kristall struktur och luft stabilitet av lösning-bearbetade Ramonas2jag7 tunnfilmer. (en) i denna panel visas de XRD peak Experimentdata för en Ramonas2jag7 tunn film. Referens- och beräknade XRD data för Ramonas2jag7 erhålls från PDF kort nr 00-034-1372 och datorprogram VESTA, respektive. (b) i denna panel visas resultaten av en undersökning av luft stabiliteten i Ramonas2jag7 tunna filmer med XRD mätning. XRD av Ramonas2jag7 mättes före och efter provet lagrades i luften för 10 d. Denna siffra har ändrats från arbetet av Kim et al. 1. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 4: strukturell ändring av Ag-Bi-I ternära tunna filmer med en annan termisk glödgning temperatur. Dessa paneler visar (en) XRD spectra, (b), FTIR spectra, och (c) ovansida SEM-bilder av lösning-bearbetade Ag-Bi-I tunna filmer som en funktion av termisk glödgning temperaturen. Asteriskerna i panelen en ange de viktigaste kristalliserad XRD toppar Ramonas27. Denna siffra har ändrats från arbetet av Kim et al. 1. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 5: Optisk bandgap och energi bandet diagram av Ramonas2jag7 tunnfilmer. De övre två panelerna visar (en) UV-Vis spektra och (b), Tauc tomter av Ag-Bi-I ternära tunna filmer med annan glödgning temperatur. (c) i denna panel visas de UPS-data i en hög bindning-energi region i en Ramonas2jag7 tunn film glödgas vid 150 ° C. (d) Detta är en representation av en energi bandet diagram över en Ramonas2jag7 tunn film beräknas med hjälp av Tauc tomt och UPS. Denna siffra har ändrats från arbetet av Kim et al. 1. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi har gett ett detaljerat protokoll för lösning tillverkning av Ag-Bi-I ternära halvledare, som utnyttjas som blyfria solceller absorbenter i tunnfilms-solceller med Mesoskopisk enhet arkitekturer. c-TiO2 lager bildades på FTO substrat att undvika elektron läckage flyter in FTO elektroderna. m-TiO2 lager bildades sekventiellt på c-TiO2-belagda FTO substrat till förbättra de elektron extraktioner genereras från fotoelektromotoriska absorptionskärlen (dvs, de Ag-Bi-I tunna filmerna). Både c-TiO2 och m-TiO2 behandlades med TiCl4 vattenlösningar för att passiverande TiO2 yta fällor; Detta leder till att gränsskiktspänning förbättra varje TiO2 lager. Ag-Bi-I föregångaren lösningen var spin-belagd med luftfuktighet upprätthålls under 20%; Detta var eftersom BUTYLAMIN lösningsmedel har en låg kokpunkt och är mycket reaktiva med fukt i luften, vilket starkt kan påverka ytan morfologi. De resulterande gulröd tunna filmerna var termiskt glödgas i en N2-fylld handskfacket för att erhålla de resulterande Svart-brun och glänsande tunna filmerna av Ramonas2jag7. När glödgas i omgivningsförhållanden, Ag-Bi-I tunna filmer visade rödaktiga färger och disigt morfologier, resultatet av oxidation av vismut jodid. För att slutföra enhet tillverkning, var P3HT spin-cast till Ramonas2jag7 tunna filmer, följt av ett guld (Au) nedfall, att fungera som ett hål-transportera lager och topp elektrod, respektive.
Som visas i figur 1 och figur 2, Ag-Bi-I ternära system var kristalliserad i olika kompositioner, såsom Ramonas2jag7 och Ag2BiI5, enligt olika föregångare nyckeltalen av AgI och BiI3. De termiska glödgning villkor påverka absorberingar, kornstorlekar, och ytan morfologi som förberedda Ag-Bi-I tunna filmer. Tidigare studier på Ag-Bi-I ternära system inriktat på syntes och analys av bulk kristaller; men vi har rapporterat för första gången att Ramonas2jag7 tunna filmer kan förberedas med en spin-beläggning-baserad lösning process och sedan används framgångsrikt som en blyfri solcell absorbatorn11. Många forskare har nyligen följde detta arbete för att vidareutveckla materialkvalitet själv, liksom den solcell prestanda21,22.
Det finns fortfarande utrymme för ytterligare utveckling av lösning-bearbetade Ag-Bi-I ternära tunnfilms-solceller när det gäller materialkvalitet och enhet arkitektur engineering. Många papper relaterade till Ag-Bi-I ternära material har nyligen publicerats i vetenskapliga tidskrifter och, därför anser vi att ytterligare forskning om Ag-Bi-I ternära system kommer att göra stora framsteg inom lösning-bearbetade och miljövänliga tunnfilms-solceller.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes av Daegu Gyeongbuk Institutet för vetenskap och teknik (DGIST) forskning och utveckling (FoU) program av ministeriet för vetenskap, IKT och framtida planering av Korea (18-ET-01). Detta arbete fick också stöd av Korea Institute av energi teknik utvärdering och Planning(KETEP) och ministeriet för handel, industri & Energy(MOTIE) av Republiken 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).
