Cationi monovalenti doping di CH ₃ NH ₃ PBI ₃ Per efficienti celle solari Perovskite

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di migliorare le proprietà optoelettroniche della perovskite di alogenuro di piombo attraverso il drogaggio cationico monovalente per la produzione di celle solari in perovskite ad alta efficienza. L'incorporazione di cationi monovalenti nella perovskite di alogenuro di piombo migliora significativamente la qualità dei semiconduttori e il comportamento dell'effetto fotografico di questo materiale. L'aggiunta di una quantità razionale di droganti cationici monovalenti a basso costo ai materiali in perovskite migliora la mobilità della carica e riduce il disordine energetico di un ordine di grandezza.

Per iniziare a confrontare il substrato, utilizzare del nastro adesivo acrilico semitrasparente per coprire 2/3 del lato conduttivo di un vetrino in vetro rivestito FTO. Quindi rivestire le aree scoperte con polvere di zinco. Versare una soluzione di acido cloridrico 2 molare in acqua distillata sul vetrino per mordenzare il substrato.

Utilizzare un batuffolo di cotone per rimuovere i residui dalle sezioni esposte del vetrino. Sciacquare il substrato FTO mordenzato con acqua distillata e quindi rimuovere il nastro. Lavare la superficie mordenzata in una soluzione al 2% in peso/volume di detergente liquido alcalino concentrato e acqua.

Sonicare il substrato FTO per 10 minuti ciascuno in bagni di acetone e isopropanolo in sequenza. Trattare il substrato FTO in un detergente al plasma di ossigeno per 15 minuti per completare la pulizia del substrato mordenzato. Per depositare l'intero strato di ossido di titanio compatto bloccante, posizionare prima il substrato FTO mordenzato e pulito su una piastra calda a 450 gradi Celsius.

Coprire immediatamente l'area di contatto con un vetrino pretagliato e lasciare che il substrato si riscaldi a 450 gradi Celsius. Mescolare 0,6 millilitri di TAA con 7 millilitri di isopropanolo. Con il substrato a 450 gradi Celsius, applicare la soluzione TAA sul substrato mediante pirolisi spray utilizzando l'aria come gas vettore.

Lasciare che il campione rimanga a 450 gradi Celsius per 30 minuti. Quindi lasciare raffreddare il campione a temperatura ambiente. Rimuovere il coperchio in vetro una volta che il supporto si è raffreddato.

Per depositare lo strato di trasporto degli elettroni, diluire prima 30 nanomolari di pasta di ossido di titanio con etanolo in un rapporto peso di 2:7. Sonicare la sospensione per 30 minuti. Quindi rivestire il campione con le sospensioni per 30 secondi a 5.000 giri/min con una velocità di rampa di 2.000 giri/min al secondo.

Annichilare la pellicola di titanio a 500 gradi Celsius per 30 minuti per ottenere una pellicola mesoporosa di ossido di titanio. Quindi immergere il campione in una soluzione da 40 millimolari di cloruro di titanio e acqua distillata. Trattare i campioni a 70 gradi Celsius per 20 minuti.

Annichilare il campione trattato con cloruro di titanio a 450 gradi Celsius per altri 30 minuti. Trasferire il campione in una scatola a guanti riempita di azoto con un'umidità inferiore all'1%In un'atmosfera inerte a basso contenuto di acqua, ossigeno e acqua, aggiungere 1 millilitro di DMF a 553 milligrammi di ioduro di piombo. Scaldare la miscela a 80 gradi Celsius mescolando continuamente fino a quando lo ioduro di piombo non si sarà sciolto.

Quindi preparare una soluzione molare 0,02 dell'alogenuro cationico monovalente scelto nella soluzione di ioduro di piombo. Applicare 80 microlitri di alogenuro cationico monovalente in soluzione di ioduro di piombo sul substrato. Centrifugare il substrato per 30 secondi a 6.500 giri/min con una velocità di rampa di 4.000 giri/min al secondo.

Cuocere la pellicola sottile risultante a 80 gradi Celsius per 30 minuti. Successivamente, sciogliere 40 milligrammi di ioduro di metilammonio in 5 millilitri di isopropanolo. Posizionare il substrato rivestito di ioduro di piombo in una centrifuga e applicare 120 microlitri della soluzione MAI.

Lasciare riposare la soluzione sul substrato per 45 secondi, quindi centrifugare il substrato con MAI per 20 secondi a 4.000 giri/min. Annientare la pellicola di perovskite a 100 gradi Celsius per 45 minuti. Per depositare l'intero strato di trasporto, aggiungere prima 1 millilitro di clorobenzene a 72,3 milligrammi di spiro-metossiTAD.

Agitare la miscela fino a quando la soluzione appare trasparente. Preparare una soluzione madre di 520 milligrammi di litio TFSI in 1 millilitro di acetonitrile. Quindi mescolare 17,5 microlitri della soluzione di litio TFSI in 28,8 microlitri di 4-terz-butilpiridina con la soluzione di spiro-metossiTAD.

Centrifugare il campione con questa miscela per 30 secondi a 4.000 giri/min con una velocità di rampa di 2.000 giri/min al secondo. Coprire il campione con un modello a maschera per i contatti superiori della cella solare. Depositare uno strato d'oro di 80 nanometri sul campione a una velocità di 0,01 nanometri al secondo per completare la fabbricazione della cella solare.

I film sottili di perovskiti incontaminate e a base di additivi sono stati confrontati con i corrispondenti film di ioduro di piombo. Quando lo ioduro di sodio è stato utilizzato come additivo, grandi cristalli di ioduro di piombo a forma di ramo sono stati osservati da FESEM insieme a grandi cristalli di perovskite asimmetrici. Quando lo ioduro di rame e lo ioduro d'argento sono stati utilizzati come additivi, sono stati osservati strati di perovskite uniformi e privi di fori di spillo.

La diffrazione dei raggi X ha mostrato che il drogaggio cationico non ha avuto alcun effetto sulla struttura cristallina della perovskite. Non è stato osservato alcun picco corrispondente allo ioduro di piombo non convertito quando lo ioduro di sodio o il bromuro di rame sono stati utilizzati come additivo. La microscopia a forza di sonda Kelvin ha mostrato che i livelli di fermi della perovskite drogata si sono spostati verso la banda di valenza.

I campioni drogati hanno mostrato un aumento della conducibilità degli elettroni e dell'intera mobilità, in particolare per i campioni di ioduro di sodio e bromuro di rame. Sono stati osservati aumenti anche per la corrente di cortocircuito nel fattore di riempimento. Il maggiore aumento della corrente di cortocircuito nelle celle a base di bromuro di rame e ioduro di sodio è stato attribuito alla conversione completa dello ioduro di piombo e al miglioramento della mobilità della carica.

Sono stati osservati miglioramenti nella tensione a circuito aperto per le celle solari a base di ioduro di rame e ioduro d'argento, probabilmente a causa delle loro superfici uniformi prive di fori di spillo. Le efficienze di conversione di potenza delle celle solari a base di ioduro di sodio, bromuro di rame e ioduro di rame erano tutte notevolmente superiori a quelle di una cella di perovskite incontaminata. Abbiamo dimostrato un metodo di drogaggio facile che è compatibile con il trattamento in soluzione di perovskite di alogenuro di piombo metilammonico come strato assorbente nella struttura mesoscopica della cella solare in perovskite.

Le proprietà optoelettroniche e strutturali dei materiali perovskiti all'alogenuro di piombo possono essere regolate da quantità di controllo di droganti cationici monovalenti, il che può portare a prestazioni fotovoltaiche superiori. Il nostro metodo ha aperto la strada ai ricercatori nel campo del fotovoltaico per esplorare questa tecnica in altre configurazioni di celle solari in perovskite per migliorare ulteriormente la qualità elettronica dei film sottili di perovskite.