Summary
Heri, vi præsenterer detaljerede protokoller for løsning-forarbejdede sølv-bismuth-jod (Ag-Bi-I) ternære semiconductor tynde film fabrikeret på TiO2-belagt gennemsigtig elektroder og deres potentielle anvendelse som luft-stabil og blyfri optoelektroniske enheder.
Abstract
Bismuth-baserede hybrid perovskites betragtes som lovende foto-aktive halvledere til miljøvenlige og luft-stabil solcelle applikationer. Men dårlig overflade morfologier og relativt høje bandgap energier har begrænset deres potentiale. Sølv-bismuth-jod (Ag-Bi-I) er en lovende halvleder for optoelektroniske enheder. Derfor, vi vise fabrikation af Ag-Bi-jeg ternære tynde film ved hjælp af materielle løsning behandling. De resulterende tynde film udstille kontrolleret overflade morfologier og optiske bandgaps ifølge deres termiske udglødning temperaturer. Derudover er det blevet rapporteret, at Ag-Bi-jeg ternære systemer krystallisere til AgBi2jeg7, Ag2BiI5, etc. efter forholdet mellem forløber kemikalier. Den løsning-forarbejdede AgBi2jeg7 tynde film udviser en cubic-fase krystalstruktur, tætte, pinhole-fri overflade morfologier med korn spænder i størrelse fra 200 til 800 nm og en indirekte bandgap 1,87 EV. Den resulterende AgBi2jeg7 tynde film show god luft stabilitet og energi band diagrammer, samt overflade morfologier og optiske bandgaps velegnet til bly-fri og luft-stabil single-krydset solceller. For nylig blev en solcelle med 4,3% konvertering strømeffektivitet opnået ved at optimere Ag-Bi-jeg krystal kompositioner og solcelle enhed arkitekturer.
Introduction
Løsning-forarbejdede uorganiske tynd-film solceller er blevet meget studeret af mange forskere søger at omdanner sollys direkte til elektricitet1,2,3,4,5. Med udviklingen af materielle syntese og enhed arkitektur, er bly Halogenid-baserede perovskites blevet rapporteret til at være de bedste solcelle ud med en power conversion effektivitet (PCE) større end 22%5. Dog der stigende bekymring over brugen af giftigt bly samt stabilitetsspørgsmål af bly-Halogenid perovskite sig selv.
Det er for nylig blevet rapporteret, at bismuth-baserede hybrid perovskites kan dannes ved at indarbejde monovalent kationer til en bismuth Iodid kompleks enhed og at disse kan bruges som fotovoltaiske absorptionsflaskerne i mesoskopisk solcelle arkitekturer6, 7,8. I spidsen for perovskites kan erstattes med bismuth, der har 6s2 ydre enlige par; dog har hidtil kun konventionelle bly Halogenid metoder været anvendt for bismuth-baserede hybrid perovskites med komplekse krystal strukturer, trods det faktum, at de har forskellige oxidationstrin og kemiske egenskaber9. Derudover disse perovskites har dårlig overflade morfologier og producere forholdsvis tyk film i forbindelse med ansøgninger, tynd-hinde enhed; Derfor, de har en dårlig fotovoltaiske ydeevne med høje band-gap energi (> 2 eV)6,7,8. Dermed, vi forsøgte at finde en ny metode til at producere bismuth-baserede tynd-hinde halvledere, der er miljøvenlige, air-stabil, og har lav band-gap energi (< 2 eV), overvejer materiel design og metode.
Vi præsentere løsning-forarbejdede Ag-Bi-jeg ternære tynde film, som kan være krystalliseret til AgBi2jeg7 og Ag2BiI5, for bly-fri og luft-stabil halvledere10,11. I denne undersøgelse for AgBi2jeg7 sammensætning, n-butylamine bruges som et opløsningsmiddel til samtidig for at opløse sølv Iodid (AgI) og bismuth Iodid (BiI3) prækursorer. Blandingen er spin-cast og udglødet ved 150 ° C i 30 min i en N2-fyldt handskerummet; efterfølgende, er filmene slukket til stuetemperatur. De resulterende tynde film er brun-sort i farven. Derudover styres overflade morfologi og crystal sammensætning af Ag-Bi-jeg ternære systemer af optimerende temperaturer og forløber forholdet mellem AgI/BiI3. Den resulterende AgBi2jeg7 tynde film udviser en kubisk fase krystallinsk struktur, tæt og glat overflade morfologier med store kerner af 200-800 nm i størrelse, og en optisk band gap 1,87 EV begyndt at absorbere lys fra en bølgelængde på 740 nm . Det er for nylig blevet rapporteret, at ved at optimere krystal kompositioner og enhed arkitektur, Ag-Bi-jeg ternære tynd-film solceller kan opnå en PCE på 4,3%.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. forberedelse af nøgne-glas, fluor-doped Tin oxid (SnO2: F) substrater
- For at rense den nøgne glas, fluor-doped tin oxid (FTO) substrater, sonikeres dem sekventielt i en vandig opløsning indeholdende 2% Triton, deioniseret vand (DI) vand, acetone, og isopropylalkohol (IPA), hver i 15 min.
- Sætte de rensede substrater i den varme ovn ved 70 ° C i 1 time at fjerne de resterende IPA.
2. forberedelse af kompakte TiO2 lag (c-TiO2) at blokere elektronerne
- Til forberedelse af en c-TiO2 forløber løsning, drop 0,74 mL af titanium isopropoxide (TTIP) langsomt ind 8 mL af vandfri ethanol (EtOH), mens omrøring kraftigt, og derefter hurtigt injicere 0,06 mL saltsyre (HCl) i løsningen. Rør den resulterende løsning natten over ved stuetemperatur.
Bemærk: Brug en 20 mL hætteglas, en 35-37% koncentration af HCl og en magnetomrører. - Filtrer rede c-TiO2 forløber løsning ved hjælp af en sprøjte og en 0,2 µm-porestørrelse filter, drop det på de rensede FTO substrat, og derefter spin-cast substrat ved 3000 rpm for 30 s.
- Termisk-anneal substraterne af varme dem i ovnen ved 500 ° C i 1 time og derefter give dem afkøle til stuetemperatur.
- Nyd substraterne i en 0,12 M titanium titantetrachlorid (TiCl4) vandig opløsning ved 70 ° C i 30 min og derefter vaske dem grundigt ved hjælp af Deioniseret vand til at fjerne enhver resterende TiCl4.
- Termisk anneal substrater ved 500 ° C i 1 time og derefter give dem til afkøling til rumtemperatur en interfacial forbedring af c-TiO2 lag. Gemme den resulterende c-TiO2-belagt substrater i N2-fyldt betingelser indtil brug.
3. forberedelse af mesoporøse TiO2 lag (m-TiO2) at forbedre elektron udvinding
- For udarbejdelsen af en m-TiO2 forløber løsning, tilføje 1 g af 50 nm mellemstore TiO2 nanopartikel indsætte (SC-HT040) til en 10 mL hætteglas med 3,5 g 2-propanol og 1 g af terpineol og derefter omrøres alt indtil pastaen er helt opløst.
Bemærk: 50 nm mellemstore TiO2 nanopartikel pasta er meget tyktflydende og skal håndteres forsigtigt med en spatel. - Spin-cast 200 µL af den forberedte 50 nm-størrelse TiO2 nanopartikel pasta løsning på 5.000 rpm for 30 s c-TiO2-belagt FTO substrater.
- Termisk anneal de resulterende substrater i en ovn ved 500 ° C i 1 time og derefter give dem afkøle til stuetemperatur.
- Nyd substraterne i 0,12 M TiCl4 vandig opløsning ved 70 ° C i 30 min og derefter vaske dem helt ved hjælp af Deioniseret vand til at fjerne enhver resterende TiCl4.
- Termisk anneal substrater ved 500 ° C i 1 time og derefter give dem til afkøling til rumtemperatur en interfacial forbedring af m-TiO2 lag. Butik den resulterende c-TiO2- og m-TiO2-belagt substrater i N2-fyldt betingelser indtil anvendes.
4. fabrikation af AgBi2jeg7 tynde film
- Behandle de nøgne glas substrater under en ultraviolet (UV) lampe med en intensitet på 45 mA/cm2 med en UV ozon renere for 10 min til at sikre, at substraterne er ren og hydrofile. Ikke behandle c - og m-TiO2-belagt FTO substrater med UV ozon renere.
Bemærk: røntgen diffraktion (XRD), absorbans og Fouriertransformation infrarød (FT-IR) spectra blev undersøgt ved hjælp af Ag-Bi-jeg tynd film fabrikeret på nøgne glas substrater. C - og m-TiO2-belagt FTO substrater blev brugt til solcelle enheder. - Energisk vortex 0,3 g BiI3 (0.5087 mmol), 0,06 g af AgI (0.2544 mmol), og 3 mL af n-butylamine indtil alt er opløst, og derefter sprøjte-filter blandingen ved hjælp af en 0,2 µm-porestørrelse polytetrafluorethylen (PTFE) filter.
- Drop 200 µL af opløsningen forløber på underlag og derefter spin-cast dem på 6.000 rpm for 30 s med en kontrolleret fugtighed under 20%. Straks overføre den resulterende gullig-rød film til en N2-fyldt handske boks klar til termisk udglødning.
- Begynder den termiske Udglødning af den resulterende film ved stuetemperatur, så varm film til 150 ° C, og opretholde en temperatur på 150 ° C i 30 min. hurtigt slukke udglødet filmen til stuetemperatur. Den endelige film får et skinnende og brun-sort farve. Du kan hurtigt slukke den udglødet substrat, fjerne det fra varmepladen, der var fastsat til 150 ° C.
- Ag-Bi-jeg ternære tynde film af en anden sammensætning, som Ag2BiI5, ændre den forløber molære forhold af AgI BiI3 fra 1:2 til 2:1 og bruge den samme volumen af n-butylamine opløsningsmiddel. Bind den resulterende film ved hjælp af den ovenfor beskrevne metode.
- For at undersøge temperatur-afhængige Ag-Bi-jeg dannelsen ved hjælp af XRD mønstre, FT-IR spektre, overflade morfologier, og absorbansen spektre, skal du bruge termisk udgloedning temperaturer på 90, 110 og 150 ° C for Ag-Bi-jeg ternære tynd film.
5. fabrikation af solcelle udtænker ved hjælp af AgBi2jeg7 tynde film
- Brug poly(3-hexylthiophene) (P3HT) som en hul-transport af materiale i AgBi2jeg7 tynd-film solceller. Tilføje 10 mg af P3HT til 1 mL af Chlorbenzen og derefter Rør blandingen ved 50 ° C i 30 min, indtil P3HT er helt opløst. Filtrere ved hjælp af en 0,2 µm-porestørrelse PTFE filter. Forberede og gemme P3HT i en N2-fyldt handskerummet.
- Drop 100 µL af P3HT opløst i Chlorbenzen AgBi27 tynde film fabrikeret på c - og m-TiO2-belagt FTO substrater og derefter spin-cast substrater ved 4000 rpm til 30 s i en N2-fyldt handskerummet. Termisk-bind P3HT filmen ved 130 ° C i 10 min til den strukturelle retning af P3HT.
- Bruge en termisk fordamper med en aflejring af 0,5 Å / s og en bar mønster skygge maske at indbetale 100 nm tykke guld (Au) elektroder som en top metal kontakt i AgBi27 tynd-film solceller.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Det er blevet rapporteret, at de Ag-Bi-jeg ternære systemer, der betragtes som lovende halvledere, er udkrystalliseret i forskellige kompositioner, som AgBi2jeg7, AgBiI4og Ag2BiI510, ifølge den molære forhold AgI BiI3. Tidligere undersøgelser har vist at hovedparten krystal former med forskellige kompositioner af Ag-Bi-jeg ternære systemer kan syntetiseres eksperimentelt ved at ændre den molære forhold af AgI og BiI3 og at hver sammensætning har en forskellige XRD mønster10.
I modsætning til bulk krystaller søgte vi at udvikle løsning-forarbejdede Ag-Bi-jeg ternære tynde film, som kan bruges direkte som en aktive lag i optoelektroniske enheder. I denne undersøgelse, var n-butylamine anvendes som opløsningsmiddel til samtidig opløses AgI og BiI3 og derefter parat hver Ag-Bi-jeg tynd film med en anden kindtand forholdet mellem AgI BiI3 (1:2, 1:1 og 2:1). Først, vi foretog XRD målinger på hver film (figur 1). XRD mønstre for Ag-Bi-jeg tynd filmen forberedt med en kindtand forholdet 1:2 (AgI:BiI3) viste en enkelt peak på 2θ ~ 42 °; Dette indikerer at AgBi2jeg7 har en krystallinsk sammensætning med en kubisk struktur (space group Fd3m, en = b = c = 12.223 Å). Men peak opdeling var tilsyneladende i regionen i 2θ ~ 42° når den molære forhold på AgI:BiI3 oversteg 1:1, og film med en kindtand forholdet 2:1 viste at Ag2BiI5 har en sekskantet struktur (plads gruppe R3m, en = b = 4.350 Å c = 20.820 Å)10,12.
Vi også målt UV-Vis absorption af AgBi2jeg7 og Ag2BiI5 tynde film, som blev udarbejdet på glas substrater (figur 2a). Når absorptionsspektre var normaliseret, AgBi2jeg7 tyndfilm absorberes længere bølgelængder, op til ~ 740 nm, end Ag2BiI5 tynd film. Figur 2 viser top-Se scanning elektronmikroskopi (SEM) billeder af hver film. Overflade morfologi af AgBi2jeg7 tynd film kan ses tydeligt, med store kerner og en mørk brun farve (figur 2b). Ag2BiI5 tynde film viser dog lys partikler på korn, som følge af overskydende AgI13,14,15,16, og en lys brun farve ( Figur 2 c). Vi, derfor valgte at bruge AgBi2jeg7 sammensætning for yderligere undersøgelse, som det er mere egnet til tynde film-baserede Optoelektronik lysabsorption og overflade morfologier end Ag2BiI5 sammensætning .
Figur 3a viser, at den eksperimentelle XRD mønster af løsning-forarbejdede AgBi2jeg7 tynd film er i overensstemmelse med de rapporterede og beregnede XRD mønstre af AgBi2jeg7 krystaller uden dannelsen af sekundære faser. Som tidligere nævnt, vi bekræftet, at AgBi2jeg7 tynd film har en kubisk struktur (space group Fd3m, en = b = c = 12.223 Å). Derudover AgBi2jeg7 film er meget fugt - og luft-stabil med ingen strukturelle ændringer, når de gemmes i luften for 10 d; Det er forståeligt, eftersom AgI er yderst stabil i et vandigt medium (figur 3b)13,14,15,16.
Figur 4a viser en serie af XRD mønstre for Ag-Bi-jeg tynd film som en funktion af den udgloedning temperatur i N2-fyldt betingelser. Vi bekræftede, at Ag-Bi-jeg begynder at krystallisere over 90 ° C i form af den cubic fase, som det fremgår af (111), (400), og (440) toppe på 13°, 29° og 42°, henholdsvis (dvs.dem, der svarer til stjerner i figur 4a). XRD toppe i regionerne lille vinkel (2θ < 10°) betydeligt reduceret som temperaturen steg, og til sidst forsvandt ved 150 ° C med den gradvise forhøjelse af cubic fase diffractions; Dette indikerer at AgBi2jeg7 film var fuldt krystalliseret i cubic fase17. FTIR spectra blev målt for at undersøge dannelsen af systemernes Ag-Bi-jeg i detaljer (figur 4b). Som forberedt og ikke-udglødet filmen viste FTIR signalerne for N-H stretching (3200-3600 cm-1), C-H udspænding (2850-2980 cm-1) og N-H bøjning (1450-1650 cm-1) som et resultat af n-butylamine18. Selv om filmen som rede var udglødet på 90 ° C, kogepunkt af n-butylamine (77-79 ° C), FTIR spectra stadig viste de tilknyttede toppe, selv om de var faldt betydeligt. Dette indikerer, at den resterende n-butylamine svagt blev bundet til BiI3 og AgI i form af et metal Halogenid-Amin kompleks, undertrykke dannelse af de Ag-Bi-jeg byggesten af kant-, knudepunkt- eller ansigt-deling19. Signalerne FTIR forsvandt da temperaturen steget yderligere; Dette er forklaret ved fjernelse af n-butylamine som blev bundet til BiI3 og AgI komplekser og som er nært beslægtet med krystalliseringen af AgBi27. Vi har også undersøgt de overflade morfologier Ag-Bi-jeg film udglødet ved hver temperatur som vist i figur 4 c. Som temperaturen stiger over 110 ° C, begynder Ag-Bi-jeg film gradvist at krystallisere i cubic fase med små kerner, og fuldt krystallisere med tætte og ensartet overflade morfologier herunder store kerner med størrelsen af 200-800 nm (dvs., krystallisering antallet pr. arealenhed var 4,08 x 108 #/cm2) ved 150 ° C.
Vi målte optisk absorptionen af Ag-Bi-jeg tynd film ved hjælp af UV-Vis spektroskopi med henblik på at undersøge ændringerne i de optiske egenskaber som en funktion af den udgloedning temperatur. Fig. 5a viser en betydelig forskel i absorption før og efter den termiske Udglødning af filmen. Som forberedt filmen viste en gullig farve og udstillet en absorptionsspektrum med en klar og skarp exciton peak på 474 nm20. Absorptionsspektra af filmene var dramatisk rød-forskudt som udgloedning temperaturen steg, og endelig, vi opnåede en tilstrækkeligt absorberende i rækken af synligt lys (350-740 nm) absorptionsspektrum. Optisk band gap (Eg) AgBi2jeg7 tyndfilm udglødet ved 150 ° C blev fremstillet af Tauc plot ved hjælp af ligningen αhv ~ (hv-Eg)1/2, hvor α er den absorptionskoefficient og hv er photon energien. Her, blev Eg beregnet til 1,87 eV (figur 5b). Vi brugte også UV photoelectron spektroskopi (UPS) med han jeg (21.22 eV) photon linjer fra en Udladningslampe at undersøge Fermi energi (Ef) og valence bandet energi (Ev) niveau af den resulterende AgBi2 7 film (figur 5 c). For denne UPS måling, var filmen forberedt på en guld substrat. Ef blev bestemt ved hjælp af en cutoff energi (Ecutoff), som vist i figur 5 c og blev beregnet til 5,05 eV ved hjælp af ligningen: Ef = 21.22 eV (han jeg)-Ecutoff . Lineær ekstrapolering i regionen lave bindende-energi giver Ev−Ef , og derfor, Ev var fast besluttet på at være 6,2 eV. Varmeledning band energi (Ec) blev evalueret ved hjælp af optisk band gap fremstillet af Tauc plot, hvilket gjorde det muligt at tegne et skematisk energiniveau diagram af AgBi27 film, som vist i figur 5 d .
Figur 1: forskellige krystallinsk kompositioner af løsning-forarbejdede Ag-Bi-jeg ternære tynd film. Dette panel viser XRD mønstre af Ag-Bi-jeg tynd film opdigtet benytter forskellige molære forhold af AgI BiI3 efter den termiske udglødning ved 150 ° C: (1) 1:2, (2) 1:1, og (3) 2:1. Reference XRD mønstre af AgBi2jeg7 og Ag2BiI5 blev indhentet fra PDF-kort nr. 00-034-1372 og PDF-kort nr. 00-035-1025, henholdsvis. Stiplet boks angiver de vigtigste XRD mønster bruges til at identificere de forskellige crystallizations Ag-Bi-jeg ternære tynd film. Dette tal er blevet ændret fra arbejdet af Kim et al. 1. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: Sammenligning af løsning-forarbejdede AgBi2jeg7 og Ag2BiI5 tynde film. (en) dette panel viser normaliseret UV-Vis-absorptionsspektre AgBi2jeg7 og Ag2BiI5 tynde film. De andre to paneler er top-se SEM billeder af (b) AgBi2jeg7 og (c) Ag2BiI5 tynde film, forberedt på glas substrater med forskellige molære forhold af prækursorer AgI BiI3. Mellemværker i paneler b og c Vis fotobilleder af hver tynd film. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: Crystal struktur og luft stabilitet af løsning-forarbejdede AgBi2jeg7 tynd film. (en) dette panel viser den eksperimentelle XRD peak data af en AgBi2jeg7 tynd film. Reference- og beregnede XRD data for AgBi2jeg7 er fremstillet af PDF-kort nr. 00-034-1372 og computerprogram VESTA, henholdsvis. (b) dette panel viser resultaterne af en undersøgelse af luft stabiliteten af AgBi2jeg7 tynde film ved hjælp af XRD måling. XRD af AgBi2jeg7 blev målt før og efter prøven blev gemt i luften for 10 d. Dette tal er blevet ændret fra arbejdet af Kim et al. 1. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: strukturel ændring af Ag-Bi-jeg ternære tynde film med en anderledes termisk udglødning temperatur. Disse paneler viser (en) XRD spektre, (b) FTIR spectra og (c) top-se SEM billeder af løsning-forarbejdede Ag-Bi-jeg tynd film som en funktion af den termiske udgloedning temperatur. Stjerner i panelet en angiver de vigtigste krystalliseret XRD toppe af AgBi27. Dette tal er blevet ændret fra arbejdet af Kim et al. 1. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: Optiske bandgap og energi band diagrammer over AgBi2jeg7 tynd film. De øverste to paneler viser (en) UV-Vis spectra og (b) Tauc parceller af Ag-Bi-jeg ternære tynde film med forskellige udgloedning temperatur. (c) dette panel viser UPS data i en høj bindende-energi regionen for en AgBi2jeg7 tyndfilm udglødet ved 150 ° C. (d) Dette er en repræsentation af en energi band diagram af en AgBi2jeg7 tyndfilm beregnes ved hjælp af Tauc plot og UPS. Dette tal er blevet ændret fra arbejdet af Kim et al. 1. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi har givet en detaljeret protokol for løsning fabrikation af Ag-Bi-jeg ternære halvledere, som skal udnyttes som blyfri solcelleenergi absorptionsflaskerne i tynd-film solceller med mesoskopisk enhed arkitekturer. c-TiO2 lag blev dannet på FTO substrater at undgå elektron lækage tilflyder FTO elektroder. m-TiO2 lag dannedes sekventielt på c-TiO2-belagt FTO substrater til at forbedre de elektron ekstraktioner genereret fra solcelle absorptionsflaskerne (dvs., de Ag-Bi-jeg tynd film). Både c-TiO2 og m-TiO2 blev behandlet med TiCl4 vandige opløsninger for at passivering TiO2 overflade fælder; Dette fører til interfacial forbedring af hvert TiO2 lag. Ag-Bi-jeg forløber løsning var spin-belagt med luftfugtigheden opretholdes under 20%; Det var fordi butylamine opløsningsmiddel har et lavt kogepunkt og er meget reaktivt med fugt i luften, som kraftigt kunne påvirke overflade morfologi. De resulterende gullig-rød tynd film var termisk udglødet i en N2-fyldt handske boks for at opnå de resulterende sort-brune og skinnende tynde film af AgBi2jeg7. Når udglødet i omgivelsesbetingelserne, Ag-Bi-jeg tynd film viste rødlige farver og diset morfologier, skyldes oxidation af bismuth Iodid. Gennemfør enhedens fabrikation, P3HT var spin-cast på AgBi2jeg7 tynde film, efterfulgt af en guld (Au) aflejring, til at fungere som en hul-transport lag og top elektrode, henholdsvis.
Som vist i figur 1 og figur 2, Ag-Bi-jeg ternære systemer var krystalliserede i forskellige kompositioner, som AgBi2jeg7 og Ag2BiI5, ifølge forskellige forløber nøgletal af AgI og BiI3. De termiske udgloedning betingelser påvirke absorptioner, kornstørrelser og overflade morfologi som forberedt Ag-Bi-jeg tynd film. Tidligere undersøgelser på Ag-Bi-jeg ternære systemer fokuseret på syntese og analyse af bulk krystaller; men vi har rapporteret for første gang at AgBi2jeg7 tynde film kan tilberedes en spin-coating-baseret løsning proces og derefter anvendt med succes som en bly-fri solcelle absorber11. For nylig, mange forskere har fulgt dette arbejde for at videreudvikle den materielle kvalitet selv, samt solcelle ydeevne21,22.
Der er stadig plads til yderligere udvikling af løsning-forarbejdede Ag-Bi-jeg ternære tynd-film solceller med hensyn til kvalitet og enhed arkitektur engineering. Mange papirerne relateret til Ag-Bi-jeg ternære materialer er for nylig blevet offentliggjort i peer-reviewede tidsskrifter, og vi mener derfor, at yderligere forskning i Ag-Bi-jeg ternære systemer vil gøre store fremskridt inden for løsning-forarbejdede og miljøvenlige tynd-film solceller.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Dette arbejde blev støttet af Daegu Gyeongbuk Institut for videnskab og teknologi (DGIST) forskning og udvikling (FoU) programmer af Ministeriet for videnskab, IKT og fremtidige planlægning af Korea (18-ET-01). Dette arbejde blev også støttet af Korea Institut for energi teknologi evaluering og Planning(KETEP) og ministeriet for handel, industri & Energy(MOTIE) af Republikken 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).
