Name: Invloed van Hybrid Perovskite fabricagemethoden on Film Formation, Electronic Structure en Zonnecel prestaties (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-27T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 38 s
Description: Ontdek hoe fabricagemethoden voor hybride perovskiet-dunne films de kristalstructuur, toestandsdichtheid en zonnecelprestaties beïnvloeden. Deze studie vergelijkt dampdepositie en oplossingsverwerking.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs willen graag financiële steun van de deelstaat Noord-Rijnland-Westfalen erkennen door middel van het project PERO-BOOST (EFRE, project code NW-1-1-040a). Dank aan Azar Jahanbakhsh en Ines Schmidt (beiden Universiteit van Keulen) voor hulp bij de fabricage en karakterisering van de 2-staps oplossing verwerkt perovskiet lagen, Dr. Jürgen Schelter (Universiteit van Keulen) voor de synthese van de MAI zowel materiële als Prof . Dr. Riedl en Neda Pourdavoud (beiden Universiteit van Wuppertal) voor de XRD metingen.

1. ITO Substrates LET OP: Voor een verbeterde monster in contact brengen en kortsluiting van apparaten te voorkomen, de ITO gecoat glas substraten moeten worden gevormd met behulp van lithografie en etsen. De overlap van de bovenste en onderste elektrode definieert het actieve gebied van de geproduceerde zonnecellen. <ol><li> Snijd de indium tin oxide (ITO) gecoat glas plaat met een glassnijder tot 2,5 cm op 2,5 cm substraten. </li><li> Lijm een ​​cirkelvormig label (diameter = 1,6 cm) in het midden van een ITO-substraat bedekt. </li><li> ITO etsen door het plaatsen van de substraten in een 1 M zout- FeCl3 oplossing bij 60 ° C gedurende 10 minuten. </li><li> Reinig de substraten achtereenvolgens met chloroform, aceton en zeepoplossing (2%) in een ultrasoon bad. </li><li> Spoel eenmaal met gedestilleerd water en droog onder N2-stroom. </li></ol> 2. Ozonisatie van de ITO Substrates LET OP: Met het oog op organische verontreinigingen te verwijderen, thij Ito substraten moeten worden geozoniseerd. Dit activeert de oxidische oppervlak verhoogt de bevochtigingseigenschappen van het substraat, wat cruciaal is voor de reproduceerbare afzetting van de volgende lagen. <ol><li> Mount ITO substraten op een monster houder en plaats het in een ozonation kamer. </li><li> Verlichten gedurende 10 minuten onder (atmosferische) zuurstof met een UV-lamp (20 W), die ozon genereert. </li></ol> 3. Afzetting van de PEDOT: PSS-Hole verzamelen Contact OPMERKING: Een film van poly (3,4-ethyleendioxythiofeen) poly (styreensulfonaat) (PEDOT: PSS) wordt afgezet door spincoating van een waterige suspensie onder omgevingsomstandigheden (25 tot 40% relatieve vochtigheid). Deze laag wordt gebruikt als een gat verzamelen contact en heeft een hoge werkfunctie, vermindert pinholes, en leidt tot verhoogde reproduceerbaarheid van apparaten. <ol><li> Plaats 150 pi van de PEDOT: PSS suspensie in water (1,5%) met een spuit op het substraat na verfijning through een 0,45 pm filter. </li><li> Spin coat met een rotatiesnelheid van 2500 rpm gedurende 25 s direct gevolgd door 4000 rpm gedurende 5 s bij een versnelling van 4000 rpm / s elk. Deze procedure leidt tot 40-45 nm dik PEDOT: PSS films. </li><li> Resten water uit de film van thermisch uitgloeien van de substraten op een verwarmingsplaat bij 150 ° C gedurende 10 min in lucht. </li></ol> 4. Afzetting van de Perovskite Lagen Let op: Lead jodium (PBI 2) is zeer giftig voor de mens. Zelfs kleine hoeveelheden uiterst gevaarlijk zijn voor het zenuwstelsel, hematopoietische, nier-, lever- en systemen. Behandel leiden bevattende oplossingen met zorg. LET OP: De perovskiet films onderzocht in dit document worden bereid door vijf verschillende methoden met behulp van PBI 2 en CH 3 NH 3 I (MAI) als voorloper materialen. Om afbraak 15 te voorkomen, de fabricage van films en inrichtingen en karakterisatie moeten be uitgevoerd onder inerte atmosfeer, bijvoorbeeld in een N2 gevulde handschoenkast (oplossing verwerking) of onder vacuüm (dampdepositie). <ol><li> oplossing verwerking <ol><li> sequentiële afzetting <ol><li> Plaats substraat spin coater en dalen 150 pl PBI 2 opgelost in N, N-dimethylformamide, DMF (400 mg / ml) met een pipet op het substraat. </li><li> Spin jas meteen bij 3.000 rpm gedurende 30 s. </li><li> Dip PBI 2 films MAI opgelost in isopropanol (10 mg / ml) gedurende 40 s of kom MAI oplossing op de gedroogde film PBI 2 en laat gedurende 40 s. </li><li> Spin coat resterende MAI oplossing bij 3000 rpm gedurende 30 seconden uit het substraat. </li><li> Verwarm gedurende 15 minuten bij 100 ° C door het plaatsen van het substraat op een kookplaat. </li></ol></li><li> Co-oplossing: <ol><li> Lossen zowel PBI 2 en MAI in de gewenste verhouding (bij voorkeur 1: 1 molaire verhouding) in DMF om een precursor-oplossing met een concentratie van 250 mg vormen/ ML. </li><li> Roer precursor oplossing bij 50 ° C gedurende ten minste 5 uur. </li><li> Verwarm substraten bedekt met PEDOT: PSS bij 50 ° C gedurende 5 minuten op een kookplaat. </li><li> Een verhoogde reproduceerbaarheid gedurende één reeks apparaat garanderen, creëren een tolueenoplossing atmosfeer Druppelapplicatie een kleine hoeveelheid van het oplosmiddel (200 ui) in de spin coater bowl terwijl spincoaten perovskiet laag. </li><li> Plaats 150 pi voorloperoplossing (van 4.1.2.1) op het substraat. </li><li> Spin jas perovskiet lagen bij 3.000 tpm gedurende 30 s van deze precursor-oplossing. Spin coat één laag van perovskietmateriaal per substraat. </li><li> Verwarm het verkregen perovskiet lagen gedurende 30 seconden bij 110 ° C op een kookplaat. </li></ol></li><li> Moleculaire Additive: <ol><li> Co-lossen NH4 Cl (18-20 mg / ml) in de spin bekledingsoplossing (zoals beschreven in 4.1.2.1) betere filmvorming. Ga als voorheen. Opmerking: Dit is een alternatief voor de toevoeging van de co-zolutie van 4.1.2. </li></ol></li></ol></li><li> vacuümdepositie <ol><li> Algemene procedure <ol><li> Laad de gereinigde substraten in het vacuümsysteem en evacueren. </li><li> Na een druk van 10 mbar wordt bereikt -7, doorvoermonsters in de verdampingskamer en het schild af van de verdampingen bronnen met een sluiter. </li><li> Verwarm beide bronnen de voorlopermaterialen voor PBI bevatten 2 tot ongeveer 330 ° C en 140 ° C gedurende MAI. Wees ervan bewust dat de druk in de kamer zal stijgen tot ongeveer 10 -4 mbar vanwege de vluchtige aard van het MAI. </li><li> Kalibreer de verdamping van de twee materialen via een kwartskristal monitor (QCM) zo dicht bij de bron, terwijl de andere is de monsterpositie. Verwarm het materiaal tot een verdampingstemperatuur en tegelijkertijd noteer de op beide QCMS respectieve diktes. Bereken het werktuig factor de verhoudingvan de twee waarden. Voor de dikte berekening gebruik 6,16 en 1,23 g / cm -3 respectievelijk PBI 2 en MAI,. </li></ol></li><li> Co-verdamping <ol><li> Stel de tarieven van pBI 2 tot MAI ongeveer 1: 2 door verhoging of verlaging van de temperatuur van de bron tot een stoichiometrisch juiste perovskiet film te bereiken. </li><li> Opent de sluiter voor het monster om de afzetting te starten. Na de voorgenomen dikte wordt bereikt, sluit de sluiter en begin van de verwarming van de bronnen. </li><li> Verwarm de films gedurende 1 uur bij 70 ° C in de vacuümkamer vluchtige verbindingen en volledige filmvorming verwijderen. </li></ol></li><li> Sequential verdamping <ol><li> Verlaag de temperatuur van de MOI bron opnieuw onder het punt van verdamping (ca. 100 ° C.) En verwarm de PBI 2 bron tot de verdamping begint; deponeren 50 nm van pure PBI 2. </li><li> Daarna afkoelen de PBI 2source en verdampen 50 nm van MAI evenzo. Voor grotere diktes Herhaal stap 4.2.3.1 en 4.2.3.2 alternatief. </li><li> Verwarm de films gedurende 1 uur bij 70 ° C in de vacuümkamer vluchtige verbindingen en volledige filmvorming verwijderen. </li></ol></li></ol></li></ol> 5. Voorbereiding van de Solar Cells <ol><li> Los de acceptor fenyl-C 60 boterzuur methylester (PC 60 BM) in chloorbenzeen bij een concentratie van 20 mg / ml en roer gedurende ten minste één dag op een verwarmingsplaat bij 50 ° C. </li><li> Bereid de perovskiet laag (co-oplossing proces additief) zoals eerder getoond (zie 4.1.3.). </li><li> Afkoelen de verwarmde perovskiet lagen gedurende 30 s op een metaalplaat tot kamertemperatuur. </li><li> Plaats 150 pi van PC 60 BM oplossing op het substraat </li><li> Spin coat PC 60 BM bij 2000 rpm gedurende 30 s bovenop de perovskiet film waardoor 50 nm dikke lagen. </li><li> Plaats volledig gecoate substratenin een monsterhouder en deksel met een schaduwmasker om contacten bovenop de actieve lagen verdampen. </li><li> Kras een van de contacten met een scalpel om contact met de ITO anode vast. </li><li> Over in een vacuümkamer voor de afzetting van de kathode topcontact. </li><li> Borg 10 nm aluminium op een maximale druk van p = 3 x 10 -6 mbar met een snelheid van 0,5 A / s, zoals gemeten met een kwartskristal monitor. Na de eerste 10 nm de snelheid kan worden verhoogd tot 2,5 A / s tot een laagdikte van 100 nm bereikt. </li><li> Voer stroomdichtheid versus voltage (JV) metingen van de zonnecellen met een bron maateenheid in het spanningsbereik van -0,5 tot 1,5 V (afstand = 0,02 V). Om ervoor te zorgen dat er geen hysteresis wordt opgenomen in de JV karakteristieken, het meten van de scan omgekeerde richting ook, door het vegen van de vertekening van 1,5 tot -0,5 V ook. Gebruik een zonnesimulator (100 mW cm²) gekalibreerd met behulp van een gecertificeerde silicium fotodiode. </li></ol&gt;

<ol><li>Green, M. A., Ho-Baillie, A., Snaith, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+emergence+of+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photonics%22%5BJournal%5D)">The emergence of perovskite solar cells.</a> Nat. Photonics. 8, 506-514 (2014).</li>
<li>Stoumpos, C. C., Malliakas, C. D., Kanatzidis, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Semiconducting+Tin+and+Lead+Iodide+Perovskites+with+Organic+Cations%3A+Phase+Transitions%2C+High+Mobilities%2C+and+Near-Infrared+Photoluminescent+Properties%5BTitle%5D)+AND+%22Inorg.+Chem%22%5BJournal%5D)">Semiconducting Tin and Lead Iodide Perovskites with Organic Cations: Phase Transitions, High Mobilities, and Near-Infrared Photoluminescent Properties.</a> Inorg. Chem. 52, 9019-9038 (2013).</li>
<li>Saba, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlated+electron-hole+plasma+in+organometal+perovskites%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+commun%22%5BJournal%5D)">Correlated electron-hole plasma in organometal perovskites.</a> Nat. commun. 5, 5049(2014).</li>
<li>Nie, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-efficiency+solution-processed+perovskite+solar+cells+with+millimeter-scale+grains%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">High-efficiency solution-processed perovskite solar cells with millimeter-scale grains.</a> Science. 347, 522-525 (2015).</li>
<li>Eperon, G. E., Burlakov, V. M., Docampo, P., Goriely, A., Snaith, H. J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201302090/abstract">Morphological Control for High Performance, Solution-Processed Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells.</a> Adv. Funct. Mater. 24, 151-157 (2014).</li>
<li>Li, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1566119916301045">Efficient lead acetate sourced planar heterojunction perovskite solar cells with enhanced substrate coverage via one-step spin-coating.</a> Org. Electron. 33, 194-200 (2016).</li>
<li>Zuo, C., Ding, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+80.11%25+FF+record+achieved+for+perovskite+solar+cells+by+using+the+NH4Cl+additive%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">An 80.11% FF record achieved for perovskite solar cells by using the NH4Cl additive.</a> Nanoscale. 6, 9935-9938 (2014).</li>
<li>EL-Henawey, M. I., Gebhardt, R., El-Tonsy, M. M., Chaudhary, S. <a target="_blank" href="Organic solvent vapor treatment of the lead iodide layer in the two-step sequential deposition of CH3NH3PbI3-based perovskite solar cells.">Organic solvent vapor treatment of the lead iodide layer in the two-step sequential deposition of CH3NH3PbI3-based perovskite solar cells.</a> J. Mater. Chem. A. , (2015).</li>
<li>Yang, L., Barrows, A. T., Lidzey, D. G., Wang, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+progress+and+challenges+of+organometal+halide+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Reports+Prog.+Phys.+79%22%5BJournal%5D)">Recent progress and challenges of organometal halide perovskite solar cells.</a> Reports Prog. Phys. 79. 79, 026501(2016).</li>
<li>Jeon, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compositional+engineering+of+perovskite+materials+for+high-performance+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Compositional engineering of perovskite materials for high-performance solar cells.</a> Nature. , (2015).</li>
<li>Im, S. H., Heo, J. -H., Han, H. J., Kim, D., Ahn, T. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2015/EE/c5ee00120j#!divAbstract">18.1 % hysteresis-less inverted CH3NH3PbI3 planar perovskite hybrid solar cells.</a> Energy Environ. Sci. , (2015).</li>
<li>Kim, B. -S., Choi, M. -H., Choi, M. -S., Kim, J. -J. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ta/c6ta00168h#!divAbstract">Composition-controlled organometal halide perovskite via CH 3 NH 3 I pressure in vacuum co-deposition process.</a> J. Mater. Chem. A. 4, 5663-5668 (2016).</li>
<li>Liu, M., Johnston, M. B., Snaith, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+planar+heterojunction+perovskite+solar+cells+by+vapour+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Efficient planar heterojunction perovskite solar cells by vapour deposition.</a> Nature. 501, 395-398 (2013).</li>
<li>Chen, Q., Zhou, H. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controllable+Self-Induced+Passivation+of+Hybrid+Lead+Iodide+Perovskites+toward+High+Performance+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Controllable Self-Induced Passivation of Hybrid Lead Iodide Perovskites toward High Performance Solar Cells.</a> Nano Lett. 14, 4158-4163 (2014).</li>
<li>Yamamoto, K., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.7567/JJAP.55.04ES07/meta">Degradation mechanism for planar heterojunction perovskite solar cells.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 07, (2016).</li>
<li>Emara, J., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201503406/abstract">Impact of Film Stoichiometry on the Ionization Energy and Electronic Structure of CH3NH3PbI3 Perovskites.</a> Adv. Mater. 28, 553-559 (2016).</li>
<li>Olthof, S. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4960112">The electronic structure of hybrid perovskite layers and their energetic alignment in devices.</a> APL Mater. 4, 091502(2016).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

We toonden aan dat de verwerkingscondities een significante invloed op de film morfologie en filmbedekking. Dit is de reden waarom veel onderzoeksgroepen bekend verschillende resultaten betreffende zonnecel performantie en ionisatiepotentiaal voor dezelfde perovskiet materialen. Om reproduceerbaarheid te waarborgen, is het essentieel dat alle verwerkingsstappen en karakterisatiemethodes het onder inerte atmosfeer (of vacuüm) worden uitgevoerd om afbraak door vocht te vermijden. Ook de zuiverheid en verkoper van de educten een belangrijke rol spelen (hier niet onderzocht). Het is duidelijk dat opgedampte lagen perovskiet hebben sterk kristallijn films; echter, in vergelijking oplossing ontwikkelde films kunnen worden vervaardigd met een hogere doorvoer. In onze studie gebruikt NH4CI als additief in de voorloperoplossing en een tolueenoplossing sfeer in de spin coater bowl ontvangen de meest reproduceerbaar en soepel perovskite films. Anderzijds, onderdompeling en neerzetten bekledingswerkwijzen hebben geleid tot enigszins ruwe oppervlakken en werden niet verder onderzocht voor opbrenginrichting. Tenslotte vacuüm bewerkte lagen hebben algemeen kleinere kristalgrootte (~ 100 nm), maar met een hoge bedekkingsgraad door de hele film en gladdere oppervlakken. Uit de steekproef serie met variërende voorloper ratio, leerden we dat de samenstelling een significante invloed op de vorming van de film ook. Bij het onderzoek van deze lagen met XRD (figuur 2) Alle films vertonen een hoge mate van kristalliniteit en een vergelijkbare tetragonale kristalstructuur aangeduid door reflecties aan 14,11 ° en 28,14 ° vertegenwoordiger van (110) en (220) vlakken, terwijl sommige lagen leek enigszins wanordelijke, die kan worden gezien door het optreden van zwakke (002) en (004) reflecties. Echter geen significante verbreding van de XRD diffractiepiek waargenomen. Intrigerend, geen teken van afzonderlijke fasen van PBI 2 op 12.63 ° zijn<html> gevonden, zelfs voor grotere overmaat opgenomen PBI 2. Dit geeft aan dat PBI 2 niet wordt opgenomen als een afzonderlijke fase of nanokristallijn eilanden maar verdund interstitial, die stellen bij XRD maakt. Zo is het gebruik van XRD beperkt. Anderzijds, XPS bevestigt dat extra hoeveelheden pBI 2 of MAI (afhankelijk van de fabricagemethode) aanwezig zijn in de film, zoals blijkt uit de variaties in de stand naar stikstofverhouding. Deze Interstitials beurt een belangrijke invloed op de elektronische structuur van de film zoals eerder vermeld. Nu, het combineren van de bevindingen uit XPS met de waarneming van de verschillen in ionisatie energieën onthuld door UPS stelt ons in staat om deze twee fenomenen te correleren. Figuur 6 toont het gecombineerde grafiek waarin de gemeten waarde IE wordt uitgezet als functie van de filmsamenstelling (lead stikstof-verhouding) van de overeenkomstige film. Figuur 6 &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 55084 / 55084fig6.jpg &quot;/&gt; Figuur 6: Gehaald meetpunten voor de set van 40 perovskiet fi lms volledige data. Afhankelijk van de ionisatie-energie van de elementaire verhouding R van de exp leiden tot stikstofgehalte (zoals bepaald met XPS); De getrokken lijn is een lineaire pasvorm voor de gegevens en de stippellijnen markeren de standaardafwijking van ± 0,12 eV. Onderaan zijn de residuen van de pasvorm weergegeven. Met toestemming overgenomen uit referentie 16. Copyright 2015 Wiley-VCH. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55084/55084fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> We vinden een duidelijke lineaire correlatie tussen deze twee waarden. Onze resultaten, dus aangeven dat een perovskiet film met MAI dan vertoont een lagere IE, terwijl een PBI 2 rijke laag van de IE vergroot. We vinden een IE van 6,05 ± 0,10 eVde optimale molaire verhouding van R = exp 1, die aanzienlijk groter is dan de vaak gepubliceerde IE van 5,4 eV. Dit verschil is waarschijnlijk toe te schrijven aan procesomstandigheden, zoals we deze waarde voor een verscheidenheid van verschillend bereide perovskiet folies. Het is veeleer te wijten aan verschillen in beoordeling van gegevens waar de lineaire dichtheid van de staten helling hier gebruikt resulteert in een hogere uitlezing waarden. Een uitgebreide bespreking van dit onderwerp is te vinden in referentie 17. Het is belangrijk op te merken dat we vinden geen verandering in de optische bandgap van deze films (e g = 1,60 ± 0,02 eV, gegevens niet getoond), waardoor het niet alleen een verschuiving van IE met variërende verhouding, maar de activeringsenergie (EA) verschuift tegelijk. De maximale zonnecelrendement werd gevonden voor een molverhouding R van 1,02 (PBI 2 tot MAI) met een vermogen omzettingsrendement van 9,6% die de bevindingen uit de literatuur 14 die enigszins bevestigtPBI 2 rijke films zijn voorzien van een verbeterde carrier gedrag van passiveren van de perovskiet film van PBI 2 aan de korrelgrenzen. Een afname nullastspanning van 200 MeV met toenemende PBI 2 inhoud kan worden gevonden. Aangezien geen verandering in de bandgap van de perovskietmateriaal optreedt, de daling van VOC kan niet worden verklaard door een gelijktijdige verlaging van de fotovoltaïsche gap maar door onvoldoende gat blokkering op het grensvlak van perovskiet en PCBM (IE PCBM = 6,2 eV) door de toename van de perovskiet IE. Tegelijkertijd wordt de FF R&gt; 1,05 afneemt 0,8-0,7 welke steunt deze bevindingen. Concluderend we bevatte een gedetailleerd onderzoek van perovskiet films van verschillende bereidingswijzen en vond dat grote verschillen optreden in filmvorming, elektronische structuur en werking van het apparaat. Van bijzonder belang is de mogelijkheid om IE van perovskiet aanpassen door opzettelijke incorporatie van MAI or PBI 2 interstitial die kunnen worden gebruikt voor Interface optimalisatie nieuwe apparaat architecturen. Toekomstige studies zullen kijken naar meer geavanceerde voorbereiding technieken die streven naar een groter apparaat gebieden. Deze omvatten methoden zoals doctor blading, spuittechnieken, en grootschalige afdrukken die op dit moment in onze faciliteit in de COPT.centre (COPT = centrum voor biologische productie technologieën) zijn geïnstalleerd.

Dunne film photovoltaic technologieën hebben veel aandacht in het onderzoek zonneceltoepassingen aangetrokken vanwege hun lage materiaalverbruik en toepasbaarheid op flexibele substraten. Het meest opvallend zijn organische / anorganische halogenide perovskietmaterialen bewezen levensvatbare actieve lagen zonnecel inrichtingen, wat leidt tot hoge rendementen zijn. Perovskieten beschikken over voordelige eigenschappen, zoals een hoge absorptiecoëfficiënt 1, hoge ladingsdragers mobiliteit 2 en lage exciton binden energie 3. Perovskiet lagen kunnen worden geproduceerd door verschillende oplossing of dampfase gebaseerd vervaardigingswerkwijzen gebruikt goedkope voorlopermaterialen zoals lood (II) jodide (PBI 2) en methylammonium jodide (MAI). Zo zorgt voor een eenvoudige bereiding van hoge kristalliniteit films middels lage fabricage temperaturen in vergelijking met de commercieel beschikbare silicium zonnecellen. Het is sho geweestwn die meerdere parameters een sterke invloed op de prestaties van perovskiet zonnecellen, vooral filmmorfologie, zoals beïnvloedt exciton diffusielengte en ladingsdragermobiliteit. Nie et al. gebleken dat door verbetering van de morfologie van perovskiet films over het toepassingsbereik en gemiddelde kristalgrootte, de zonnecel prestatiesverhogingen 4, 5. De morfologie is aangetoond beïnvloed door (i) het kiezen van het voorlopermateriaal (bijvoorbeeld het gebruik van loodacetaat 6), (ii) moleculaire additieven (zoals NH4Cl) 7, (iii) gekozen oplosmiddel, (iv) thermische annealing onder atmosfeer oplosmiddel (zoals tolueen of chloorbenzeen 8), en met name (v) de keuze van bereidingswijze 9. -Oplossing op basis van processen als een stap of twee stappen spin-coating resultaat in zonnecellen met een efficiëntie van meer dan 17% 4 &lt;/ sup&gt;, 10, 11, 12 terwijl opgedampte perovskiet zonnecellen op rendement van 15,4% 13. Aangetoond is dat overtollige PBI 2 in perovskiet lagen is voordelig voor zonnecel capaciteit door een beter evenwicht vervoerder met passivering van de perovskiet film van PBI 2 aan de korrelgrenzen 14. Er is echter weinig onderzoek gedaan naar de rol van de effecten van stoichiometrie voor perovskiet filmmaterialen begrijpen. In dit artikel presenteren wij een uitgebreid onderzoek naar een groot aantal van verschillend bereide perovskiet films en hoe de bereidingswijzen en precursor stoichiometrie invloed van de morfologie, kristalliniteit, toestandsdichtheid, filmsamenstelling en zonnecel prestaties. Een holistische overzicht gegeven, variërend van fabricage naar film karakteriseringsatie helemaal naar prestaties van het apparaat.

<table><tbody><tr><td>ITO</td><td>Rose</td><td></td><td>&lt; 15 &Omega;/sq</td></tr><tr><td>PEDOT:PSS</td><td>Heraeus Clevios</td><td>P VP.Al&nbsp; 4083</td><td></td></tr><tr><td>MAI</td><td></td><td></td><td>Gesynthetiseerd zoals gevonden in de literatuur</td></tr><tr><td>PbI2</td><td>Alfa Aesar</td><td>44314</td><td>99.999% trace metals basis, -10 mesh beads</td></tr><tr><td>NH4Cl</td><td>Suprapure</td><td>101143</td><td>99.995%</td></tr><tr><td>PCBM</td><td>Nano C</td><td></td><td>99.9%</td></tr><tr><td>Chlorobenzeen</td><td>Sigma Aldrich</td><td>270644</td><td>Chromasolv voor HPLC (99,9%)</td></tr><tr><td>N,N-Dimethylformamide</td><td>Acros Chemicals</td><td>&nbsp;348430010</td><td>Extra droog, opgeslagen over moleculaire zeven (99,8%)</td></tr><tr><td>Tolueen</td><td>Sigma Aldrich</td><td>244511</td><td>anhydrous</td></tr></tbody></table>

invloed van hybrid perovskite fabricagemethoden on film formation, electronic structure en zonnecel prestaties

Influence of Hybrid Perovskite Fabrication Methods on Film Formation, Electronic Structure, and Solar Cell Performance

Hybride organische / anorganische halogenide perovskieten hebben de laatste tijd een onderwerp van groot belang op het gebied van de zonnecel toepassingen geweest, met het potentieel om de efficiëntie apparaat van meer dan andere technologieën dunne film-apparaat te bereiken. Toch, grote variaties in de doelmatigheid en fysische eigenschappen worden gerapporteerd. Dit is als gevolg van onbedoelde variaties in tijdens de verwerking, die onvoldoende dusver onderzocht. Daarom voerde een uitgebreid onderzoek van de morfologie en elektronische structuur van een groot aantal CH 3 NH 3 PBI 3 perovskiet waarin we zien hoe de bereidingswijze en de mengverhouding van educten methylammonium jodide en lood (II) jodide slagvastheid als filmvorming, kristalstructuur, dichtheid van de staten, energie, en uiteindelijk de zonnecel prestaties.

Om een ​​holistische kijk op de verschillende vervaardigingswerkwijzen voor perovskiet films te verkrijgen, is het belangrijk om structurele, elektronische en inrichting karakterisering combineren. Scanning elektronenmicroscopie (SEM) geeft een goede indruk van de morfologie. Daarom zijn alle films geproduceerd door de verschillende vervaardigingswerkwijzen onderzocht. Een representatieve deelverzameling perovskiet dunne films wordt getoond in figuur 1, waarbij de invloed van de bereidingswijze op de filmmorfologie visualiseert. Idealiter is een vlotte en pin-hole gratis film gewenst voor apparaten. Zoals te zien is, is dit het geval voor de opgedampte films (f, g), de dip coating die (d, e) en de folies bereid uit co-oplossing met het additief NH4CI en tolueen atmosfeer (a1 A5) met een variërende verhouding R van pBI 2 tot MAI van 0,6-1,4. Daarentegen films witho<html> ut additief (h), evenals de dip-coating (d, e) en drop-omhulde pralines (b, c) tonen grote holtes, naaldachtige structuren of grote oppervlakteruwheid en zijn derhalve niet bruikbaar voor toestel toepassingen. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/55084/55084fig1.jpg" /> Figuur 1: SEM afbeeldingen perovskiet films bereid met de verschillende verwerkingsmethoden. (A1 - A5) Co-oplossing met een additief en tolueen sfeer met verschillende verhouding van PBI 2 tot MAI (R), (b) drop-coating met 40 s laadtijd, (c) drop-coating met 120 s laadtijd, ( d) dip coating (10 s laadtijd), (e) dip coating (3600 s laadtijd), (f) co-verdamping (g) sequentieel verdamping, (h) co-oplossing zonder additief. De schaalbalken geven een lengte van 1 pm.tp_upload / 55084 / 55084fig1large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. Tot slot, Figuur 1 a1-a5 tonen variaties in de mengverhouding R van PBI 2 tot MAI 0,6-1,4 met behulp van de voorbereiding co-oplossing met een additief en tolueen sfeer. De variaties in oppervlak dekking en kristal grootte laten zien dat hier ook andere film morfologie verschijnen. Hoewel SEM is een goed hulpmiddel om de morfologie en de dekking van dunne films te visualiseren en om een ​​indruk op film ruwheid te krijgen, is echter geen structurele informatie gegeven. Teneinde verder te karakteriseren perovskiet films, röntgendiffractie (XRD) werd toegepast. Met behulp van een Cu K deze techniek α anode (λ = 1,54056 Â) kristallijne fasen in het traject tussen 10 2θ<html> 6; en 40 ° (stapgrootte van 0,00836 °) werden gecontroleerd en gekarakteriseerd. In vele publicaties XRD wordt gebruikt om de kwaliteit van perovskiet films te bepalen. Figuur 2 toont XRD metingen van een subset van monsters met zes verschillende mengverhoudingen van pBI 2 tot MAI, en derhalve overeenkomt met de SEM-afbeeldingen in Figuur 1A1-a5. Bovendien is het spectrum van pure pBI 2 getoond. Hieruit de invloed van stoichiometrie in de precursor oplossing op de kwaliteit van het perovskiet lagen, zoals bijvoorbeeld het uiterlijk van verschillende fasen, dwz integratie nevenfasen van pBI 2 en MAI, onderzocht. De spectra tonen een tetragonale kristalstructuur, en de reflecties worden geïndexeerd met hun corresponderende kristalvlakken. Verrassenderwijs geen extra fasen van MAI of pBI 2 waargenomen in de off-stoïchiometrische films. nt &quot;&gt; <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/55084/55084fig2.jpg" /> Figuur 2: röntgendiffractiepatroon zuivere pBI 2 en perovskiet monsters bereid door het co-oplossingsmethode (met NH4Cl en tolueen atmosfeer) onder toepassing van verschillende molaire verhoudingen van de precursors (verhoudingen van de getallen aan de rechterkant). Voor de vergelijkbaarheid zijn de curves genormaliseerd om de piek bij 14,11 ° en verticaal verschoven. Met toestemming overgenomen uit referentie 16. Copyright 2015 Wiley-VCH. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55084/55084fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> Als XRD geen gegevens over de samenstelling van de film heeft verstrekt, is X-ray foto-elektron spectroscopie (XPS) gebruikt, dat in staat is direct te meten film stoichiometrie. Voor deze meting een Mg K α excitatiebron (hv = 1252,6 eV) Met een pas energie van 10 eV (Energie resolutie = 800 MeV) wordt gebruikt. De relatieve sensitiviteit factoren (RSF) moet rekening worden gehouden met voor elk afzonderlijk gemeten element. Als zodanig is het belangrijk om de RSFs onze meetsysteem (Mg K α bron hoek tussen röntgenbron en analyzer 50,0 °) te kalibreren. We gebruikten een aantal kleine moleculen jodium piek met tris (4-iodphenyl) -amine (C 18 H 12 I 3 N) kalibreren en gekalibreerd Pb via PBI 2. Koolstof wordt gebruikt als referentie, heeft als zodanig een RSF (C1s) = 1, dus de RSF factoren voor de afzonderlijke elementen; RSF (N1S) = 1,8, RSF (i3d 5/2) = 32,8, en RSF (Pb4f 7/2) = 16,5. Figuur 3 toont een representatief XPS spectrum van een damp-afgezette film, met de kenmerkende kernniveau pieken aangegeven bovenste sub-cijfer. In de lagere deelfiguren i3D 02/05 (619,6 eV), N1S (402,7 eV), C1s (286.6eV), en Pb4f 02/07 (138,6 eV) pieken worden getoond. Alle signalen kunnen worden aangebracht door één gemengde Gausse / Lorentz piek alleen in het geval van een kleine jodium functie bij hogere bindingsenergie wordt kenmerkend waargenomen die echter een schokgolf piek- en derhalve niet met betrekking tot een werkelijke extra binding staat. Wij kunnen de relatieve Filmsamenstelling allemaal bereid perovskiet lagen extraheren door integratie via signaalintensiteit en normaliseren door hun RSF 16. In sommige films werden grote afwijkingen gevonden van het ideale film stoichiometrie C: N: Pb: I 1: 1: 1: 3; bijvoorbeeld de voorsprong naar stikstof verhouding varieerde tussen 0,4 een d 1.5. Dit geldt in het bijzonder voor de opgedampte films, waarbij de co-verdamping moeilijk te controleren en te reproduceren. Voor de oplossing verwerkte monsters, anderzijds, de actuele en beoogde mengverhoudingen van de precursor erg goed met de uiteindelijke film samenstelling zoals bepaaldvan XPS. <img alt="figuur 3" src="/files/ftp_upload/55084/55084fig3.jpg" /> Figuur 3: Representatieve XPS spectra. Boven een volledige XPS-scan wordt getoond, onder de close-up XPS metingen van de geïntegreerde pieken worden getoond. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55084/55084fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> Om te onderzoeken hoe deze variaties in de film samenstelling van invloed op de dichtheid van de staten, draaide we aan UV-foto-elektron spectroscopie (UPS). UPS metingen, een ontladingslamp helium (He I bij 21,22 eV, monster vertekening -8 V) wordt gebruikt, met een 2 eV pas energie en een energieresolutie 110 meV (bepaald door de Fermi randbreedte). Voor alle monsters werd een volledig spectrum eerst gemeten en vervolgens met een hogere analyzer diafragma op de signaal-ruisverhouding te verhogen, een gedetailleerd hogere resolutie scan van<html> regio VB uitgevoerd. In het UPS-spectra bijzonder de VB regio scan werden satelliet pieken als gevolg van de polychromatische straling Hij I numerieke gecorrigeerd tijdens gegevensanalyse. Figuur 4 toont UPS krommen van de volledige dataset van alle onderzochte monsters, die zowel co-verdamping en sequentiële (licht rood) en de andere oplossing verwerking (donkerrood) gedefinieerd. We willen alleen maar benadrukken dat aanzienlijke verschillen in de ionisatie energieën (IE) worden waargenomen, opmerkelijke van de variaties van de hoge binding energie cutoff positie in de linker grafiek van figuur 4. Deze veranderingen worden veroorzaakt door variaties in de verwerking en film samenstelling en leiden tot een tunability van IE tussen 5,67 en 6,4 eV. Voor een meer gedetailleerde bespreking, zie referentie 16. jpg &quot;/&gt; Figuur 4: UPS scans van een representatief deel van de onderzochte monsters. De linker panelen tonen de hoge binding energie cutoff (HBEC) en de valentieband regio, terwijl de rechterzijde toont de hoge resolutie close-up van het VB onset voor opgedampt (licht rode lijnen) en oplossingsgericht verwerkt (donkerrood lijnen) perovskiet films. Alle krommen zijn verschoven langs de x-as teneinde te worden aangepast aan de functie op ongeveer 3 eV. Met toestemming overgenomen uit referentie 16. Copyright 2015 Wiley-VCH. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55084/55084fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> Als we onze eerdere experimenten dat films bereid uit verschillende precursor mengverhoudingen Perovskite leiden tot verschillen in elektronische structuur zonder verstoring van de kristalstructuur van de film leerden we wildenhet effect van voorloperverhouding op de zonnecel prestaties te onderzoeken. Daarom ITO / PEDOT: PSS werden / perofskiet / PC 60 BM / Al zonnecellen met behulp van co-oplossing verwerkt perovskiet lagen (met additief en tolueen sfeer) met behulp van verhoudingen van PBI 2 tot MAI 0,7-1,2. Figuur 5 toont het effect van film stoichiometrie (beoogde verhouding R) op de zonnecel kenmerken energieconversie-efficiëntie (PCE), kortsluitstroom (J SC), open circuit voltage (VOC) en vullinggraad (FF). Het hoogste rendement van 9,6% wordt gevonden voor een voorgenomen molverhouding van 1,02, dat wil zeggen dicht bij de ideale perovskiet samenstelling. <img alt="figuur 5" src="/files/ftp_upload/55084/55084fig5.jpg" /> Figuur 5: Karakteristieke waarden van PCE, J SC, V OC en FF. Deze waarden werden uit de metingen van de zonnecel inrichtingen independent van de beoogde mengverhouding R int pBI van 2 tot MAI voor de bereiding film. Met toestemming overgenomen uit referentie 16. Copyright 2015 Wiley-VCH. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55084/55084fig5large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>

We presenteren een uitgebreide studie over de effecten van verschillende fabricagemethoden voor organische / anorganische perovskiet dunne films door het vergelijken van kristalstructuren, toestandsdichtheid, energie, en uiteindelijk de zonnecel prestaties.

Invloed van Hybrid Perovskite fabricagemethoden on Film Formation, Electronic Structure en Zonnecel prestaties

Hybrid organic/inorganic halide perovskites have lately been a topic of great interest in the field of solar cell applications, with the potential to ...

Het algemene doel van deze uitgebreide studie is om te presenteren hoe verschillende fabricagemethoden voor organisch-anorganische perovskiet dunne films de kristalstructuren, toestandsdichtheid, energieniveaus en de prestaties van zonnecellen beïnvloeden. Deze studie kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in het veld van hybride organisch-anorganische perovskieten, specifiek hoe preparatiemethoden verschillende eigenschappen van de dunne laag kunnen beïnvloeden. Onze aanpak is om verschillend gefabriceerde perovskietlagen te categoriseren met behulp van methoden zoals foto-elektronspectroscopie en scanning elektronenmicroscopie om de morfologie van de filmcompositie en/of de toestandsdichtheid te monitoren.Een visuele demonstratie van de verwerkings- en karakteriseringsstappen, aangezien zelfs kleine variaties in de fabricage van de film grote effecten kunnen hebben op de kwaliteit van de dunne film. De procedure zal worden gedemonstreerd door Ines Schmidt, Tobias Schnier en Jennifer Emara, één masterstudent en twee promovendi uit mijn groep. Ines en Tobias richten zich op oplossingsverwerking, terwijl Jenny vacuümgedeponeerde lagen bestudeert.Om het geleidende anodemateriaal voor te bereiden dat als bodemcontact dient, moeten stukken Indiumtinoxide-gecoat glas van 2,5 bij 2,5 vierkante centimeter eerst worden geëtst, gereinigd en geozoneerd. Trek vervolgens ten minste 150 µL 1,5% PEDOT:PSS in water op in een spuit. Bevestig een filter van 0,45 micron aan de tip van de spuit.Plaats een ITO-glassubstraat op een spin-coater in lucht met een relatieve vochtigheid van 30 tot 50%. Breng 150 µL van de gefilterde PEDOT:PSS-suspensie aan op het oppervlak van het substraat. Spin-coat het substraat gedurende 25 seconden bij 2.500 RPM en gedurende vijf seconden bij 4.000 RPM, met een versnelling van 4.000 RPM per seconde. Verhit het spin-gecoate substraat 10 minuten lang bij 150 °C op een warmteplaat om resterend water uit de PEDOT:PSS-film te verwijderen.Om het perovskiet-gecoate substraat door dampdepositie voor te bereiden, plaatst u eerst het PEDOT:PSS-gecoate substraat in de vacuümkamer van het instrument en evacueert u de kamer. Zodra de kamerdruk 10⁻⁷ millibar bereikt, verplaatst u het substraat naar de verdampingskamer. Zorg ervoor dat de monsterluik gesloten is en verplaats de kwartskristalmicrobalans voor de monsterpositie.Verwarm de loodjodidebron tot 320 °C en de methylammoniumjodide- of MAI-bron tot 190 °C. Monitor de stijging van de kamerdruk die wordt veroorzaakt door de verdamping van MAI. Zet vervolgens voor elke bron een film af op de QCM die nabij het monster is geplaatst, en registreer gelijktijdig de diktes die op de bron- en monster-QCM's worden weergegeven.Bereken op basis hiervan de tooling-factoren voor lood, iodide en MAI. Pas voor de co-evaporatie de temperaturen van de bronnen aan, zodat de verhouding van de depositiesnelheden ongeveer één op twee is voor loodiodide ten opzichte van MAI. Open vervolgens het monsterluik en deponeer de perovskietfilm.Als alternatief kan voor sequentiële verdamping de brontemperatuur worden aangepast om alleen de loodjodidebron te verhitten. Open het monsterluik, breng een laag loodjodide van 50 nanometer aan op het substraat en sluit het monsterluik. Verlaag na depositie van de loodjodidelaag de temperatuur van de loodjodidebron en verhit de MAI-bron tot de verdampingstemperatuur.Breng een laag MAI van 50 nanometer aan op het vooraf bedekte substraat. Wissel de depositie van loodjodide- en MAI-lagen af totdat de gewenste dikte is bereikt. Zodra de film via een van beide methoden de gewenste dikte heeft bereikt, sluit dan de sluiter en schakel de bronverwarmers uit.Verplaats het monster naar een verwarmingspodium in de vacuümkamer en anneal de film bij 70 °C gedurende één uur om vluchtige stoffen te verwijderen en de perovskietvorming te voltooien. Om het perovskiet door sequentiële depositie te creëren, plaatst u eerst een met PEDOT:PSS gecoat substraat in een spincoater in een met stikstof gevulde glovebox. Druppel met een pipet 150 µL van een 400 mg/mL oplossing van loodjodide en DMF op het substraat.Spincoat het substraat gedurende 30 seconden bij 3.000 RPM. Breng vervolgens ofwel 150 µL van een 10 mg/mL oplossing van MAI en isopropanol aan op het oppervlak van het substraat en laat dit 40 seconden inwerken, of dompel het substraat gedurende 40 seconden onder in de MAI-oplossing. Verwijder het overtollige oplosmiddel van het substraat door 30 seconden te spincoaten bij 3.000 RPM.Anneal het substraat op een warmteplaat bij 100 °C gedurende 15 minuten om het sequentiële depositieproces te voltooien. Om de perovskietfilm met de co-oplossingsmethode te deposeren, los in een met stikstof gevulde glovebox voldoende loodjodide en MAI in de gewenste verhouding op in DMF om een precursoroplossing van 250 mg/mL te verkrijgen. Indien een moleculaire additief nodig is, voeg voldoende ammoniumchloride toe om een concentratie van 18 tot 20 mg/mL in de precursoroplossing te bereiken.Roer de precursoroplossing vijf uur lang bij 50 °C. Verwarm vervolgens een met PEDOT:PSS gecoat substraat vijf minuten voor op een warmteplaat bij 50 °C. Plaats het verwarmde substraat in de spincoater.Voeg 200 µL tolueen toe aan de kom van de spin-coater om tijdens het spin-coaten een tolueenatmosfeer te creëren. Pipetteer 150 µL precursoroplossing op het substraat en spin-coat dit gedurende 30 seconden bij 3.000 RPM. Verhit het gespin-coate substraat gedurende 30 seconden op een warmteplaat bij 110 °C om het co-oplossingsproces te voltooien.De kwaliteit van de perovskietfilm kan visueel worden beoordeeld op basis van de glans van het oppervlak. Om door te gaan met de fabricage van de zonnecel, bereid in een stikstofgevulde glovebox een oplossing van 20 mg/mL 60 PCBM in chloorbenzeen voor als acceptor-materiaal. Roer de oplossing gedurende ten minste 24 uur bij 50 °C.Plaats vervolgens een vers thermisch geanneald perovskiet-gecoat substraat gedurende 30 seconden op een metalen plaat om het af te koelen tot kamertemperatuur. Monteer het afgekoelde substraat in een spincoater. Breng 150 µL van de 60 PCBM-oplossing aan op het substraat en spincoat dit gedurende 30 seconden bij 2 000 RPM om de acceptorlaag te vormen.Plaats vervolgens het substraat in een monsterhouder voor dampdepositie en bedek het substraat met een schaduwmasker. Kras met een scalpel over een van de onbedekte contactlocaties om de ITO-laag bloot te leggen. Plaats het gemaskeerde substraat vervolgens in de vacuümkamer en bereid de dampdepositie van aluminium voor.Sputter 10 nanometer aluminium op met een snelheid van maximaal 0,5 angstrom per seconde bij een maximale druk van 3 × 10⁻⁶ millibar. Verhoog vervolgens de snelheid naar 2,5 angstrom per seconde en zet de depositie voort tot de aluminiumlaag een dikte van 100 nanometer heeft bereikt om het bovencontact van de aluminium kathode te vormen. Verplaats de cel naar een solar simulator-opstelling en voer een sweep uit van -0,5 tot +1,5 volt in stappen van 0,02 volt.Scan vervolgens in de tegenovergestelde richting om op hysteresis te controleren. Perovskiet dunne films werden bereid met elk van de beschreven methoden en met variërende ratio's loodjodide ten opzichte van MAI. Scanning elektronenmicroscopie van de via dampdepositie verkregen films en de films die vanuit een co-oplossing met een additief waren bereid, toonden het gewenste gladde, pinhole-vrije oppervlak.Variaties in morfologie werden waargenomen bij wijzigingen in de molaire verhouding tussen loodjodide en MAI. De films die waren geprepareerd uit de co-oplossing zonder additief, en de films die waren geprepareerd via dip- en drop-coating, vertoonden minder wenselijke holtes, oppervlakteruwheid en naaldachtige structuren. Röntgen diffractie van zes co-oplossingsmonsters met verschillende molaire verhoudingen van loodjodide tot MAI toonden allen de typische tetragonale kristalstructuur.Er werden geen aanvullende fasen van MAI of loodjodide waargenomen, wat aangeeft dat de röntgendiffractiemethoden geen informatie konden verschaffen over de samenstelling van de film. Röntgenspectroscopie en UV-foto-elektronspectroscopie werden gebruikt om respectievelijk de stoichiometrie en de ionisatie-energieën van de dunne films te beoordelen. Over alle methoden heen werd een trend van toenemende ionisatie-energie bij een toenemend loodjodidegehalte waargenomen, wat aangeeft dat het effect onafhankelijk is van de preparatiemethode.De zonnecelcapaciteiten van dunne films met verschillende molaire verhoudingen loodjodide tot MAI werden beoordeeld. De hoogste efficiëntie werd waargenomen bij een molaire verhouding van 1,02, wat het dichtst ligt bij de stoichiometrische perovskietcompositie. Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn in dit vakgebied van hybride perovskieten moeite hebben, omdat de filmvorming zeer gevoelig is voor de preparatiemethode.De grote variëteit aan verschillende apparaatefficiënties, morfologieën en in het bijzonder de energieniveaus in de literatuur is wat onze aandacht trok en dit werk motiveerde. Het is cruciaal om een hoge mate van reproduceerbaarheid te waarborgen. Alle verwerkingsstappen en karakteriseringsmethoden moeten onder een inerte atmosfeer worden uitgevoerd om degradatie van de perovskiet door blootstelling aan water te voorkomen.En u mag niet vergeten dat het werken met loodjodide uiterst gevaarlijk kan zijn; daarom moeten er tijdens het uitvoeren van deze procedures altijd voorzorgsmaatregelen worden genomen, zoals het werken in een glovebox. Na het bekijken van deze video zou u een goed inzicht moeten hebben in de invloeden die de verschillende bereidingsmethoden voor perovskieten hebben op de kristalstructuren, toestandsdichtheid, energieniveaus en uiteindelijk de prestaties van de zonnecel. Met onze aanpak willen we inzicht bieden in de correlaties tussen enerzijds de filmbereiding en anderzijds de fysische eigenschappen, om zo uiteindelijk de prestaties van de zonnecel te beïnvloeden.Van bijzonder belang is de mogelijkheid om de ionisatie-energie van de perovskietfilms aan te passen door de opzettelijke inbouw van MAI- of loodjodide-interstities. Dit kan worden gebruikt voor interface-optimalisatie in nieuwe apparaatarchitecturen. Toekomstige technieken zullen zich richten op geavanceerdere preparatiemethoden die gericht zijn op grote apparaatoppervlakken, waaronder methoden zoals slot-die coating, spuittechnieken en grootschalig printen.

influence-hybrid-perovskite-fabrication-methods-on-film-formation

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

Hier presenteren we een protocol om organische dunne film zonnecellen met behulp van een mini-slot sterven coater en de bijbehorende in-line structuur karakteriseringen met behulp van synchrotronstraling scattering technieken te fabriceren.

Printing Fabrication van Bulk Heterojunction Solar Cells en In Situ Morfologie karakterisering

Dit protocol beschrijft de synthese en afzetting van oplossing anorganische nanokristallen laag voor laag op dunne film elektronica op niet-geleidende oppervlakken te produceren. Solvent-gestabiliseerde inkten kunnen volledige fotovoltaïsche apparaten op glassubstraten via spin en neveldeklaag volgende post-depositie ligand uitwisseling en sinteren produceren.

Fabricage van Fully Solution Verwerkte Anorganische Nanocrystal Fotovoltaïsche apparaten

Een methode voor het volledig gedrukt te worden, fullereen-vrij, zeer lucht-stabiele, bulk-heterojunctie zonnecellen op basis van Ti alkoxiden als het elektron acceptor en het elektronen donerende polymeer fabricage wordt hier beschreven. Bovendien wordt een werkwijze voor het regelen van de morfologie van de fotoactieve laag door de moleculaire grote omvang van de Ti-alkoxide eenheden gerapporteerd.

Morfologie Control for Volledig Printable organisch-anorganische bulk-heterojunctie zonnecellen op basis van een Ti-alkoxide en halfgeleidende polymeer

Hier presenteren we een protocol om de eigenschappen van oplossing verwerkt CH 3 NH 3 PBI 3 door de integratie van monovalente kation additieven aanpassen om zeer efficiënte zonnecellen perovskiet bereiken.

Eenwaardig kation Doping van CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; Voor Efficiënte Perovskite Solar Cells

Hier presenteren we een protocol voor de synthese van33NH CH I en CH3NH3Br precursoren en de daaropvolgende vorming van pinhole-vrije, continue CH3NH3PbI3-xBrx dunne lagen voor de toepassing in hoge efficiëntie zonnecellen en andere opto-elektronische apparaten.

Lagedruk Vapor-bijgewoonde oplossingsproces voor afstembare Band Gap Pinhole-vrije Methylammonium lood halogenide perovskiet Films

Dit werk bevat een gedetailleerde experimentele procedure voor de afzetting van Sb2S3 op een mesoporous TiO2 laag met behulp van een SbCl3-thioureum complexe oplossing voor toepassingen in Sb2S3-gesensibiliseerde zonnecellen. Dit artikel bepaalt ook sleutelfactoren bestuur van de depositie-proces.

Belangrijke factoren die de prestaties van Sb2S3-gesensibiliseerde zonnecellen tijdens een Sb2S3 afzetting via SbCl3-thioureum complexe oplossing-verwerking

Een protocol voor de synthese van anorganische-lood-halogenide hybride perovskiet quantum dot inkt voor inkjet afdrukken en het protocol voor het voorbereiden en het afdrukken van de quantum dot inkten in een inkjetprinter met post karakterisering technieken worden gepresenteerd.

Inkjet printen van alle anorganische halogenide perovskiet inkten voor fotovoltaïsche toepassingen

Dit werk toont een faciele kamertemperatuur synthese van colloïdaal kwantum-beperkte lood halide perovskietmodule nano gaten door ligand-geassisteerde reprecipitatie methode. Gesynthetiseerde nano gaatjes vertonen spectraal smalle optische kenmerken en continue spectrale afstemmingen in het zichtbare bereik door de samenstelling en diktes te variëren.

Faciele synthese van colloïdaal lood halide Perovskite nano gaatjes via ligand-geassisteerde Reprecipitatie

Dit artikel is een demonstratie en een richtlijn om in-house (met een röntgeninstrument in het laboratorium) in situ GISAXS-experimenten van drooginkten op roll-to-roll sleuf-matrijs gecoate, niet-fullerene organische fotovoltaïsche middelen uit te voeren en te analyseren.

In situ Beweiding Incidentie Kleine Hoek Röntgenverstrooiing op Roll-To-Roll Coating van organische zonnecellen met laboratorium röntgeninstrumentatie

We beschrijven een flash infrarood gloeimethode die wordt gebruikt voor de synthese van perovskiet- en mescopisch-TiO2-films. Gloeiparameters zijn gevarieerd en geoptimaliseerd voor verwerking op fluor-doped tinoxide (FTO) glas en indium tin oxide-gecoate polyethyleentereftalaat (ITO PET), vervolgens geven apparaten vermogen conversie efficiëntie &gt;20%.

Flash infrarood gloeien voor Perovskiet zonnecel verwerking

Ontdek hoe fabricagemethoden voor hybride perovskiet-dunne films de kristalstructuur, toestandsdichtheid en zonnecelprestaties beïnvloeden. Deze studie vergelijkt dampdepositie en oplossingsverwerking.

Invloed van Hybrid Perovskite fabricagemethoden on Film Formation, Electronic Structure en Zonnecel prestaties

Meer video's verkennen