CHの一価の陽イオンドーピング ₃ NH ₃ PBI ₃効率的なペロブスカイト太陽電池用

この手順の全体的な目標は、ハロゲン化鉛ペロブスカイトの光電子特性を向上させることです 一価カチオンドーピングを通じて、ファブリックの高効率ペロブスカイト太陽電池。ハロゲン化鉛ペロブスカイトに一価カチオンを組み込むと、この材料の半導体品質と光効果挙動が大幅に向上します。ペロブスカイト材料に合理的な量の低コストの一価陽イオンドーパントを添加すると、電荷移動度が向上し、エネルギー障害が一桁減少します。

基板の比較を開始するには、半透明のアクリル粘着テープを使用して、FTOコーティングされたスライドガラスの導電面の2/3を覆います。次に、覆われていない領域を亜鉛粉末でコーティングします。スライド上に蒸留水に2モルの塩酸の溶液を注ぎ、基質をエッチングします。

綿棒を使用して、スライドの露出部分から残留物を拭きます。エッチングされたFTO基板を蒸留水ですすぎ、テープをはがします。エッチングされた表面を、アルカリ性液体洗剤濃縮物と水の体積比2%の溶液で洗浄します。

FTO基質をアセトン浴およびイソプロパノール浴中でそれぞれ10分間、順番に超音波処理する。FTO基板を酸素プラズマクリーナーで15分間処理し、エッチングされた基板の洗浄を終了します。ブロッキングコンパクト酸化チタン層全体を堆積させるには、まずエッチングおよび洗浄したFTO基板を450°Cのホットプレートに置きます。

すぐに接触領域をプレカットスライドガラスで覆い、基板を摂氏450度に加熱します。0.6ミリリットルのTAAと7ミリリットルのイソプロパノールを混合します。基板が摂氏450度にある状態で、キャリアガスとして空気を使用した噴霧熱分解により、TAA溶液を基板に塗布します。

サンプルを摂氏450度に30分間保持します。次に、サンプルを室温まで冷まします。基板が冷めたら、ガラスカバーを取り外します。

電子輸送層を堆積させるには、まず30ナノモル酸化チタンペーストをエタノールで2:7の重量比に希釈します。懸濁液を30分間超音波処理します。次に、サンプルをサスペンションで 30 秒間スピンコーティングし、5 、 000 RPM で 2 、 000 RPM /秒のランプレート

チタン膜を摂氏500度で30分間消滅させ、メソポーラス酸化チタン膜を生成します。次に、サンプルを塩化チタンと蒸留水の40ミリモル溶液に浸します。サンプルを摂氏70度で20分間処理します。

塩化チタン処理されたサンプルを摂氏450度でさらに30分間消滅させます。サンプルを湿度1%未満の窒素充填グローブボックスに移します低水、低酸素、不活性雰囲気で、553ミリグラムのヨウ化鉛に1ミリリットルのDMFを加えます。ヨウ化鉛が溶解するまで連続的に攪拌しながら、混合物を摂氏80度に加熱します。

次に、ヨウ化鉛溶液中に選択した一価ハロゲン化カチオンの0.02モル溶液を調製します。ヨウ化鉛溶液中の1価のハロゲン化カチオンを80マイクロリットルを基材に塗布します。基板を 6 、 500 RPM で 30 秒間スピンコーティングし、 4 、 000 RPM /秒のランプレート

得られた薄膜を摂氏80度で30分間焼きます。次に、40ミリグラムのヨウ化メチルアンモニウムを5ミリリットルのイソプロパノールに溶解します。ヨウ化鉛コーティング基板をスピンコーターに置き、120マイクロリットルのMAI溶液を塗布します。

溶液を基板上に45秒間置いてから、基板をMAIで20秒間4, 000RPMでスピンコーティングします。ペロブスカイトフィルムを摂氏100度で45分間消滅させます。輸送層全体を堆積させるには、まず1ミリリットルのクロロベンゼンを72.3ミリグラムのスピロメトキシTADに加えます。

溶液が透明になるまで混合物を振とうします。1ミリリットルのアセトニトリルに520ミリグラムのリチウムTFSIの原液を調製します。次に、17.5マイクロリットルのリチウムTFSI溶液を28.8マイクロリットルの4-tert-ブチルピリジンとスピロメトキシTAD溶液と混合します。

この混合物でサンプルを 30 秒間スピンコーティングし、4, 000 RPM で 2, 000 RPM /秒のランプレートでコーティングします。太陽電池の上部接点のマスクパターンでサンプルを覆います。80ナノメートルの金の層を毎秒0.01ナノメートルの速度でサンプルに堆積して、太陽電池の製造を完了します。

手付かずのペロブスカイトと添加剤ベースのペロブスカイトの薄膜を、対応するヨウ化鉛フィルムと比較しました。ヨウ化ナトリウムを添加剤として使用した場合、FESEMでは、ヨウ化鉛の大きな枝状の結晶が、大きな非対称ペロブスカイト結晶とともに観察されました。添加剤としてクーパーヨウ化物とヨウ化銀を用いたところ、ピンホールのない均一なペロブスカイト層が観察されました。

X線回折により、カチオンドーピングはペロブスカイト結晶構造に影響を与えないことが示されました。添加剤としてヨウ化ナトリウムまたは臭化銅を使用した場合、未変換のヨウ化鉛に対応するピークは観察されませんでした。ケルビンプローブフォース顕微鏡では、ドープされたペロブスカイトフェルミ準位が価電子帯に向かってシフトすることが示されました。

ドープされたサンプルは、特にヨウ化ナトリウムおよび臭化銅サンプルについて、電子および全移動度の伝導性の増加を示しました。また、フィルファクターの短絡電流についても増加が観察されました。臭化銅およびヨウ化ナトリウムベースのセルの短絡電流の増加が大きいのは、ヨウ化鉛の完全な変換と電荷移動度の向上に起因していました。

ヨウ化銅およびヨウ化銀ベースの太陽電池では、開回路電圧の改善が観察されましたが、これはおそらく、ピンホールのない表面が均一であるためです。ヨウ化ナトリウム、臭化銅、およびヨウ化銅ベースの太陽電池の電力変換効率は、いずれも純粋なペロブスカイトセルよりも著しく高かった。私たちは、メゾスコピックペロブスカイト太陽電池構造における吸収層としてのハロゲン化メチルアンモニウムペロブスカイトの溶液処理と互換性のある簡便なドーピング法を実証しました。

ハロゲン化鉛ペロブスカイト材料の光電子的および構造的特性は、一価カチオンドーパントの量を制御することで調整でき、優れた光起電力性能につながる可能性があります。私たちの方法は、太陽光発電の分野の研究者が、ペロブスカイト太陽電池の他の構成でこの技術を探求し、ペロブスカイト薄膜の電子品質をさらに向上させるための道を開きました。