Name: Eenwaardig kation Doping van CH 3 NH 3 PBI 3 Voor Efficiënte Perovskite Solar Cells (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-19T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 30 s
Description: Ontdek een methode voor monovalente kationdoping van loodhalideperovskiet om de opto-elektronische eigenschappen te verbeteren. Deze techniek verhoogt de ladingmobiliteit en leidt tot efficiëntere perovskietzonnecellen.

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

M. Abdi-Jalebi dankzij Nava Technology Limited voor een PhD beurs. MI Dar en M.Grätzel dank de King Abdulaziz Stad voor Wetenschap en Technologie (KACST) en de Swiss National Science Foundation (SNSF) voor financiële steun. De auteurs willen graag Dr Pierre Mettraux in de Moleculaire en hybride materialen karakterisering Center, EPFL voor het uitvoeren van de XPS metingen. A.Sadhanala erkentelijk financiële steun van de Indo-UK APEX project. SP Senanayak erkent de Royal Society in Londen voor de Newton Fellowship. RH Friend, M. Abdi-Jalebi en A. Sadhanala wil de steun van de EPSRC erkennen.

1. Synthese en depositie van Pristine en Additive-gebaseerde CH 3 NH 3 PBI 3 LET OP: Alle oplossingen werden bereid in een argon handschoenenkastje onder vocht- en zuurstof gecontroleerde omstandigheden (H 2 O-niveau: &lt;1 ppm en O 2 niveau: &lt;10 ppm). <ol><li> Oplossen 553 mg (1,2 M) van pBI 2 in 1 ml N, N-dimethylformamide (DMF) onder constant roeren bij 80 ° C. </li><li> Voeg 0,02 M monovalent kation halogeniden het PBI 2 oplossing. </li><li> Spin-laag de verkregen gele transparante oplossing op het substraat (bv, mesoporeuze-TiO 2) gedurende 30 seconden bij 6500 tpm met een helling van 4000 rpm. </li><li> Bak de films op een verwarmingsplaat bij 80 ° C gedurende 30 minuten. </li><li> Los op 40 mg methylammonium jodide (MAI) in 5 ml isopropanol. </li><li> Spin-coat een voldoende hoeveelheid MAI oplossing op de resulterende voorsprong jodide films onder toepassing van een tweestaps protocol dat 45 s van de laadtijd bevat gevolgd door 20 s spinnen bij 4.000 toeren per minuut. </li><li> Gloeien de spin beklede perovskiet films op een verwarmingsplaat bij 100 ° C gedurende 45 minuten. </li></ol> 2. Zonnecel Fabrication <ol><li> voorbereiding van de ondergrond <ol><li> Patroon met fluor gedoteerd tinoxide (FTO) gecoate glas. <ol><li> Bedek het actieve gebied van de FTO glas met semitransparent plakband. </li><li> Giet het zink (Zn) poeder op de onbedekte delen van de FTO substraten. </li><li> Bereid 2 M zoutzuur (HCl) in gedestilleerd water. </li><li> Giet het HCl-oplossing op het deel van de FTO glas dat is behandeld met Zn poeder. </li><li> Was de FTO met water en verwijder de tape. </li></ol></li><li> Het reinigen van de substraten <ol><li> Was de FTO ruit met 2% (w / v) detergent. </li><li> Ultrasone trillingen de geëtste substraten FTO in aceton en isopropanol (IPA) gedurende 10 min. </li><li> Behandel de FTO ondergronden met een ultraviolet / O 3 reiniger gedurende 15 min. </li></ol></li></ol></li><li> Aanbrengen van een gat blokkerende laag <ol><li> Voeg 0,6 ml titanium diisopropoxide bis (acetylacetonaat) (TAA) in 7 ml IPA. </li><li> Doe de schoongemaakt en patroon FTO substraten op een kookplaat bij 450 ° C en bedek de contactpunten voor verwarming. </li><li> Spuitpyrolyse de TAA oplossing op het onbedekte gebied met behulp van O 2 als draaggas. </li><li> Laat de monsters bij 450 ° C gedurende 30 minuten. </li></ol></li><li> Afzetting van een elektronen transportlaag <ol><li> Verdun de commerciële TiO 2 plakken (30-nm deeltjesgrootte) met ethanol (2: 7, gewichtsverhouding). </li><li> Homogeniseer de TiO 2 verwatering door sonicatie gedurende 30 minuten. </li><li> Spin-coat Titania verdunning op de voorbereide monsters met compacte TiO 2 lagen gedurende 30 seconden bij 5000 tpm met een helling van 2000 rpm. </li><li> Gloeien de titania films bij 500 ° C gedurende 30min. </li><li> Behandel het resulterende mesoporeuze films TiO 2 in een 40 mM oplossing van TiCl4 in gedestilleerd water bij 70 ° C gedurende 20 min. </li><li> Gloeien het TiCl 4 behandelde films 450 ° C gedurende 30 minuten. </li></ol></li><li> Afzetting van de perovskiet laag OPMERKING: De FTO substraten met titania lagen werden overgebracht naar een droge-luchtkast met een vochtgehalte van &lt;1% voor de rest van het fabricageproces. <ol><li> Spin-coat de geprepareerde leiding jodide-oplossingen (met en zonder doteermiddelen) op het mesoporeuze TiO 2 gedurende 30 seconden bij 6500 tpm met een helling van 4000 rpm. </li><li> Bak de films op een verwarmingsplaat bij 80 ° C gedurende 30 minuten. </li><li> Spin-coat een voldoende hoeveelheid MAI oplossing in de resulterende voorsprong jodide films onder toepassing van een tweestaps protocol dat 45 s uit laadtijd gevolgd door spinnen gedurende 20 s bij 4000 rpm met een helling van 2000 rpm omvat. </li><li> Gloeien de spin beklede film op een perovskiet hotplate bij 100 ° C gedurende 45 minuten. </li></ol></li><li> Afzetting van het gat transportlaag <ol><li> Voeg 72,3 mg spiro-OMeTAD tot 1 ml chloorbenzeen en schud tot de oplossing doorzichtig. </li><li> Voeg een voorraadoplossing van bis (trifluormethylsulfonyl) imide (LiTFSI) door toevoeging van 520 mg LiTFSI in acetonitril. </li><li> Voeg 17,5 ul van de voorraadoplossing LiTFSI en 28,8 uL 4-tert-butylpyridine (TBP) op de spiro-OMeTAD oplossing. </li><li> Spin-coat bovenstaande oplossing gedurende 30 seconden bij 4000 tpm met een helling van 2000 rpm. </li></ol></li><li> Thermische verdamping van de top contact <ol><li> Maskeren de monsters en zet ze in de vacuümkamer van de verdamper. </li><li> Damp 80 nm van goud met een snelheid van 0,01 nm / s. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Polman, A., Knight, M., Garnett, E. C., Ehrler, B., Sinke, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photovoltaic+materials+-+present+efficiencies+and+future+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Photovoltaic materials - present efficiencies and future challenges.</a> Science. 352, 307(2016).</li>
<li>Green, M. A., Ho-Baillie, A., Snaith, H. J. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n7/full/nphoton.2014.134.html">The emergence of perovskite solar cells.</a> Nat. Photonics. 8 (7), 506-514 (2014).</li>
<li>Stranks, S. D., Snaith, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-halide+perovskites+for+photovoltaic+and+light-emitting+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Metal-halide perovskites for photovoltaic and light-emitting devices.</a> Nat. Nanotechnol. 10 (5), 391-402 (2015).</li>
<li>Snaith, H. H. J. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jz4020162">Perovskites: The Emergence of a New Era for Low-Cost, High-Efficiency Solar Cells.</a> The J. Phys. Chem. Lett. 4 (21), 3623-3630 (2013).</li>
<li>Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organometal+halide+perovskites+as+visible-light+sensitizers+for+photovoltaic+cells%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells.</a> J. Am. Chem. Soc. 131 (17), 6050-6051 (2009).</li>
<li>Kim, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lead+iodide+perovskite+sensitized+all-solid-state+submicron+thin+film+mesoscopic+solar+cell+with+efficiency+exceeding+9%25%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+rep%22%5BJournal%5D)">Lead iodide perovskite sensitized all-solid-state submicron thin film mesoscopic solar cell with efficiency exceeding 9%.</a> Sci. rep. 2, 591(2012).</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. 517 (7535), 476-480 (2014).</li>
<li>Li, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+vacuum+flash-assisted+solution+process+for+high-efficiency+large-area+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">A vacuum flash-assisted solution process for high-efficiency large-area perovskite solar cells.</a> Science. 353 (6294), 58-62 (2016).</li>
<li>Manser, J. S., Kamat, P. V. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n9/full/nphoton.2014.171.html">Band filling with free charge carriers in organometal halide perovskites.</a> Nat. Photonics. 8 (9), 737-743 (2014).</li>
<li>Xing, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-Range+Balanced+Electron-+and+Hole-Transport+Lengths+in+Organic-Inorganic+CH3NH3PbI3%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Long-Range Balanced Electron- and Hole-Transport Lengths in Organic-Inorganic CH3NH3PbI3.</a> Science. 342 (6156), 344-347 (2013).</li>
<li>Stranks, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron-Hole+Diffusion+Lengths+Exceeding+1+Micrometer+in+an+Organometal+Trihalide+Perovskite+Absorber%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Electron-Hole Diffusion Lengths Exceeding 1 Micrometer in an Organometal Trihalide Perovskite Absorber.</a> Science. 342 (6156), 341-344 (2013).</li>
<li>Pazos-Outon, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photon+recycling+in+lead+iodide+perovskite+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Photon recycling in lead iodide perovskite solar cells.</a> Science. 351 (6280), 1430-1433 (2016).</li>
<li>Saliba, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cesium-containing+Triple+Cation+Perovskite+Solar+Cells%3A+Improved+Stability%2C+Reproducibility+and+High+Efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ.+Sci%22%5BJournal%5D)">Cesium-containing Triple Cation Perovskite Solar Cells: Improved Stability, Reproducibility and High Efficiency.</a> Energy Environ. Sci. 9 (6), (2016).</li>
<li>Pellet, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mixed-organic-cation+perovskite+photovoltaics+for+enhanced+solar-light+harvesting%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chemie+-+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Mixed-organic-cation perovskite photovoltaics for enhanced solar-light harvesting.</a> Angew. Chemie - Int. Ed. 53 (12), 3151-3157 (2014).</li>
<li>Hao, F., Stoumpos, C. C., Chang, R. P. H., Kanatzidis, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anomalous+band+gap+behavior+in+mixed+Sn+and+Pb+perovskites+enables+broadening+of+absorption+spectrum+in+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Anomalous band gap behavior in mixed Sn and Pb perovskites enables broadening of absorption spectrum in solar cells.</a> J. Am. Chem. Soc. 136 (22), 8094-8099 (2014).</li>
<li>Dar, M. I., Abdi-Jalebi, M., Arora, N., Grätzel, M., Nazeeruddin, M. K. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201501358/abstract">Growth Engineering of CH 3 NH 3 PbI 3 Structures for High-Efficiency Solar Cells.</a> Adv. Energy Mater. 6 (2), 1501358(2016).</li>
<li>Ibrahim Dar, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+the+Impact+of+Bromide+on+the+Photovoltaic+Performance+of+CH3+NH3+PbI3+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Understanding the Impact of Bromide on the Photovoltaic Performance of CH3 NH3 PbI3 Solar Cells.</a> Adv. Mater. 27 (44), 7221-7228 (2015).</li>
<li>Abdi-Jalebi, M., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201502472/full">Impact of Monovalent Cation Halide Additives on the Structural and Optoelectronic Properties of CH 3 NH 3 PbI 3 Perovskite.</a> Adv. Energy Mater. 6 (10), 1502472(2016).</li>
<li>Yin, W. J., Shi, T., Yan, Y. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4864778">Unusual defect physics in CH3NH3PbI3 perovskite solar cell absorber.</a> Appl. Phys. Lett. 104 (6), 063903/1-063903/4 (2014).</li>
<li>Agiorgousis, M. L., Sun, Y. Y., Zeng, H., Zhang, S. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja5079305">Strong Covalency-Induced Recombination Centers in Perovskite Solar Cell Material CH 3 NH 3 PbI 3.</a> J. Am. Chem. Soc. 136 (41), 14570-14575 (2014).</li>
<li>Andaji Garmaroudi, Z., Abdi-Jalebi, M., Mohammadi, M. R. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/RA/C6RA13273A">A facile low temperature route to deposit TiO2 scattering layer for efficient dye-sensitized solar cells.</a> RSC Adv. 6 (75), (2016).</li>
<li>Abdi-Jalebi, M., Mohammadi, M. R., Fray, D. J. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s10876-014-0687-3">Double-Layer TiO2 Electrodes with Controlled Phase Composition and Morphology for Efficient Light Management in Dye-Sensitized Solar Cells.</a> J. of Clust. Sci. 25 (4), 1029-1045 (2014).</li>
<li>Abdi-Jalebi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+a+Mesoporous+Titania-Perovskite+Interface+on+the+Performance+of+Hybrid+Organic-Inorganic+Perovskite+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22The+J.+Phys.+Chem.+Lett%22%5BJournal%5D)">Impact of a Mesoporous Titania-Perovskite Interface on the Performance of Hybrid Organic-Inorganic Perovskite Solar Cells.</a> The J. Phys. Chem. Lett. 7 (16), 3264-3269 (2016).</li>
</ol>

De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen hebben.

Een typische architectuur van mesoscopische perovskiet zonnecellen gebruikt in dit werk, waar een reeks materialen werden gespincoat tussen een geleidend substraat en een thermisch afgedampt metaalcontact (figuur 1). De mesoporeuze TiO 2 lagen werden behandeld met TiCl4, waarvan beschreven werd dat het oppervlak vallen passiveren en het grensvlak tussen de elektronen transportlaag en het absorptiemateriaal 21, 22 verbeteren. Perovskiet laag werd afgezet onder toepassing van een sequentiële tweestaps afzettingstechniek. De volledige omzetting van Loodhalide in perovskiet in de tweede stap is essentieel voor de hoogste lichtabsorptie 16, 17 bereiken, en hebben we aangetoond dat het eenwaardige kation halogenide additieven (bijvoorbeeld NaI en CuBr) leiden tot een volledige omzetting. Bovendien is de volledige dekking van de mesoporeuze Titania laag wet de perovskiet over-layer essentieel om mogelijke recombinatie tussen de gaten transport laag (bijvoorbeeld Spiro OMETAD) en de elektronen transportlaag (bijv mesoporeuze TiO 2) 23 elimineren. We aangetoond dat het toevoegen van het monovalente kation halogeniden (bijvoorbeeld, Cul en AgI) de oppervlaktebedekking van het perovskiet deklaag, wat leidt tot een hogere nullastspanning voor de inrichting kan verbeteren. Het belangrijkste voordeel van onze werkwijze is de doteringsstap waar we eenwaardige kationen opgenomen in de CH 3 NH 3 PBI 3 structuur de dichtheid van de kosten, het ladingstransportkanaal, en de geleidbaarheid van de absorberende laag te verbeteren. Zoals in de vorige paragraaf bovengenoemde doteringen aanzienlijk verbeterd zowel het elektron en het gat mobiliteit. Bovendien, een opmerkelijke daling in het ladingstransportkanaal activeringsenergie, evenals in de energetische aandoening van de perovskite film, werd bereikt door monovalent kation doping. In dit werk hebben we een methode te doteren CH 3 NH 3 PBI 3 als een absorptielaag in het mesoscopische perovskiet zonnecelstructuur aangetoond. Eenwaardig kation halogeniden werden gebruikt wordt om de morfologische, optische en elektrische eigenschappen van CH 3 NH 3 PBI 3 perovskiet film teneinde de fotovoltaïsche eigenschappen verbeteren. Daarom hebben we opgenomen drie verschillende monovalente kationen (bijvoorbeeld Na +, Cu + en Ag +) die soortgelijke ionenstralen moeten Pb2 +, in het loodbron in de opeenvolgende twee stappen afzetten van CH NH 3 3 3 PBI . Als resultaat werd een opmerkelijke verbetering van de structurele en optische eigenschappen van CH 3 NH 3 PBI 3 vond plaats in de aanwezigheid van deze additieven, wat leidt tot hogere PCES de vervaardigde zonnecellen. Daarom is ons werk highlights een eenvoudige wijze voor het doteren CH 3 NH 3 PBI 3 als een absorberende laag, die in alle andere configuraties van perovskiet zonnecellen (bijvoorbeeld vlakke architectuur) kan worden gebruikt om de elektronische kwaliteit van perovskiet dunne films verder te verbeteren. De gegevens die ten grondslag liggen aan dit document zijn beschikbaar op: https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/260187.

Momenteel is het belangrijkste deel van de wereldwijde energiebehoefte (bijvoorbeeld 85%) wordt toegevoerd door de verbranding van olie, kolen en aardgas, dat het broeikaseffect vergemakkelijkt en heeft nadelige gevolgen voor het milieu 1. Daarom is de ontwikkeling van CO 2 -neutrale energiebronnen is van het grootste belang. Fotovoltaïsche zonne-energie (PV) is een ideale omzetting van energie proces dat aan deze eis kan voldoen. Echter, de kosten en efficiëntie, als de belangrijkste obstakels voor de uitgebreide toepassing van PV-technologie, moet worden verbeterd. Opkomende fotovoltaïsche technologieën op basis van nieuwe materialen, zoals perovskiet zonnecellen (PVC), de combinatie van lagere kosten en hogere efficiency. Dit wordt bereikt door het gebruik van goedkope materialen die gemakkelijk beschikbaar, evenals door snelle zijn, gemakkelijk en energiezuinige procesroutes vergelijking met silicium gebaseerde tegenhangers 2, 3,4. Een opmerkelijke verbetering van de kracht omzettingsrendement (PCE), van 3,8% tot meer dan 22%, is gerapporteerd voor hybride organisch-anorganische perovskiet Loodhalide Sinds de eerste verschijning in PV architectuur 5, 6, 7, 8. Een dergelijke uitstekende prestaties is afkomstig van de sterke lichtabsorptie met een extreem scherpe band-edge, de zeer lage energetische wanorde, het zwak-gebonden excitonen die gemakkelijk dissociëren in het vrije dragers met grote diffusie lengtes, en het foton recycling vermogen van hybride organisch-anorganische Loodhalide perovskiet 9, 10, 11, 12. Deze materialen worden ingedeeld in de perovskiet familie, die gekristalliseerd uit organisch halogenide en metaal halide zouten kristallen in de ABX 3 </sub&gt; Structuur, waarbij X een anion is en A en B zijn kationen van verschillende grootte (A groter is dan B). Gemeld kationen voor de A site zijn methylammonium (MA), formamidinium (FA) en cesium (Cs); een combinatie van deze kationen toont de hoogste prestaties 13, 14. Verder is de belangrijkste kandidaat voor het tweewaardige kation in de B-site chroom dat kan worden vervangen door tin; de bandgap succes kan rood verschoven naar meer dan 1000 nm in een lood-tin gemengd perovskiet 15 zijn. Evenzo zijn de X-plaats inzittenden uitgebreid bestudeerd, waarbij een mengsel van jodide (I) bromide en (Br) geïntroduceerd als belangrijkste kandidaten 16, 17. Daarom is het zeer aannemelijk de structurele, morfologische en opto-elektronische eigenschappen van perovskieten manipuleren door het veranderen van hun chemische samenstelling. Ondanks het feit dat de versterkte crystalline kwaliteit en de macroscopische uniformiteit van de perovskiet film zijn belangrijke parameters voor efficiënte apparaten 18 te bereiken, de invloed van de grenzen tussen de polykristallijne domeinen, de oorsprong en de rol van elektronische defecten in de perovskiet absorbers, en de rol van de incassomethodes lagen op verliesprocessen in de perovskiet zonnecellen nog niet goed begrepen. Gezien de aard van elektronische defecten in de perovskietstructuur, is gerapporteerd dat veel van de gebreken, zoals I of Pb vacatures, resulteren in landen die zeer dichtbij of binnen het continuüm van staten in de geleiding en valentie banden, die kan een negatieve invloed hebben op elektronische de zonnecellen met 19 hebben. Bovendien kan een sterke covalente binding interactie tussen loodkationen en jodide-anionen in de perovskiet vlak wijzen op de aanwezigheid van intrinsieke defecten (bijvoorbeeld onder gecoördineerde Pb dimeren en trimeren I), die kunnen create sites binnen de band- rand die als ladingsrecombinatie centra tijdens de werking van de inrichting 20. Hier onderzoeken we de gevolgen van doping CH 3 NH 3 PBI 3 perovskiet met monovalent kation halogeniden, waaronder Na +, Cu + en Ag +, lagere-Valence metaalionen dan Pb 2+. We nemen dus deze kationen door toevoeging van een redelijke hoeveelheid hun halogenide gebaseerde zouten (bijvoorbeeld NaI, CuBr, Cul en AgI) in de perovskiet precursor oplossing. Deze kationen ionenstralen Soortgelijke Pb2 +, zodat substitutie doping in het kristal waarschijnlijk. We hebben aangetoond dat de aanwezigheid van deze kationen sterk zowel de morfologie en de dekking van het perovskiet laag beïnvloedt. Bovendien heeft de aanwezigheid van deze kationen (bijvoorbeeld Na + en Ag +) bevestigd door röntgen foto-elektron spectroscopie (XPS) en een significant verandering in het Fermi niveau van perovskiet werd gemeten door Kelvin probe kracht microscopie (KPFM). Door het opnemen van deze kationen in sequentieel afgezet perovskiet zonnecellen, realiseerden wij een verbetering van de efficiëntie van fotovoltaïsche PSC (15,6% te vergelijken 14%). Daarom is het zeer essentieel om de structurele en optische eigenschappen van de absorberende laag (bijvoorbeeld perovskiet) zonnecel architectuur te verbeteren om het ladingstransportkanaal maximaliseren en de oppervlakte vallen passiveren om de hoogste PV werkingsduur.

<table><tbody><tr><td>Fluorine doped Tin Oxide (FTO)-coated glass</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>735264-1EA</td><td>Resistivity&asymp;13 &Omega;/sq</td></tr><tr><td>Zinkpoeder</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>96454</td><td>Molecuulgewicht 65,39&nbsp;</td></tr><tr><td>Zoutzuur&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>84415</td><td>&ge;37 wt. %</td></tr><tr><td>Hellmanex-detergent&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>Z805939-1EA</td><td>pkg van 1 L&nbsp;</td></tr><tr><td>Titanium diisopropoxide bis(acetylacetonaat)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>325252</td><td>75&nbsp;wt. % in isopropanol</td></tr><tr><td>Titaniumdioxidepasta</td><td>DYESOL</td><td>MS002300</td><td>30 NR-D Transparante Titaniumdioxidepasta</td></tr><tr><td>Lood(II)jodide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>211168</td><td>99 wt. %</td></tr><tr><td>N,N-Dimethylformamide&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>437573</td><td>ACS-reagens, &ge;99,8%</td></tr><tr><td>Methylammoniumjodide</td><td>DYESOL</td><td>MS101000</td><td>Poeder&nbsp;</td></tr><tr><td>SpiroMeOTAD</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>792071</td><td>99% (HPLC)</td></tr><tr><td>Bis(trifluormethaan)sulfonimid lithiumzout</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>544094</td><td>99,95% spoormetalenbasis&nbsp;</td></tr><tr><td>4-tert-Butylpyridine</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>142379</td><td>Reinheit: 96%</td></tr><tr><td>Chloorbenzeen</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>284513</td><td>watervrij, 99,8%</td></tr><tr><td>2-Propanol (IPA)</td><td>Sigma-Aldrich&nbsp;</td><td>278475</td><td>watervrij, 99,5%&nbsp;</td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>2860</td><td>absolute alcohol, zonder additief, &ge;99,8%</td></tr></tbody></table>

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

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Hier tonen we de opname van additieven in monovalente kation CH 3 NH 3 PBI 3 perovskiet om de optische, aangeslagen passen, en elektrische eigenschappen. De mogelijkheid van doping werd onderzocht door toevoeging monovalent kation halogeniden met gelijke ionenstralen met Pb 2+, zoals Cu +, Na + en Ag +. Een verschuiving van het Fermi niveau en een opmerkelijke afname van sub-bandgap optische absorptie, samen met een lagere energetische wanorde in het perovskiet werd bereikt. Een orde van grootte verbetering in de bulk mobiliteit gat en een aanzienlijke vermindering van de activering transport van energie binnen een-additief op basis van perovskiet apparaat werd bereikt. De samenvloeiing van de bovengenoemde verbeterde eigenschappen in de aanwezigheid van deze kationen tot een verbetering in de fotovoltaïsche parameters van het perovskiet zonnecel. Een stijging van 70 mV in open circuit spanning voor AgI en een 2 mA / cm2 improvement in fotostroom dichtheid voor NaI- en CuBr-gebaseerde zonnecellen werden bereikt in vergelijking met het oorspronkelijke apparaat. Ons werk baant de weg voor een verdere verbetering van de kwaliteit van de opto-elektronische CH 3 NH 3 PBI 3 perovskiet en latere apparaten. Het wijst een nieuwe weg voor onderzoek naar de rol van doteermiddel onzuiverheden kristallisatie en bestuurt de elektronische defectdichtheid in perovskiet structuren.

Veldemissie scanning elektronenmicroscoop (FESEM) werd gebruikt om zowel dwarsdoorsnedebeelden van de gefabriceerde perovskiet zonnecellen opnemen (figuur 1) en bovenaanzicht afbeeldingen van de gedeponeerde pBI 2 en CH 3 NH 3 PBI 3 films (figuur 2). Röntgendiffractie (XRD) en X-ray foto-elektron spectroscopie (XPS) werden toegepast om de structurele eigenschappen van het perovskiet Moving Films (figuren 3 en 4). Fotothermische deflectie spectroscopie (PDS) en Kelvin probe kracht microscopie (KPFM) werden gebruikt om de optische en elektrische eigenschappen van de films perovskiet probe respectievelijk (Figuren 5 en 6). Bovendien temperatuurafhankelijke bulktransport metingen gebaseerd op ruimtelading beperkte stroom (SCLC) werd uitgevoerd op de perovskiet apparaten (Figuur 7). Tot slot, een standaard photovoltaic meting van de gefabriceerde inrichtingen werd uitgevoerd (Figuur 8 en tabel 1). Gebaseerd op bovenaanzicht SEM beelden van de pBI 2 en CH 3 NH 3 PBI 3 afgezet op het mesoporeuze TiO 2 laag (mp-TiO 2) getoond in figuur 2, het effect van de additieven op de morfologie van perovskiet werd geïllustreerd waarin grote tak-vormige kristallen van PBI 2 werden bereikt in de Nal-gebaseerde steekproef. Dit leidde tot de vorming van grotere asymmetrische kristallen van perovskiet. Verder kregen we een uniforme en pinhole-vrij perovskiet aftopping laag voor CuI- en AgI-gebaseerde monsters (figuur 2c en 2e). Om het effect van monovalente kation halogenide additieven op de kristalstructuur van CH 3 NH 3 PBI 3 en de omzetting van pBI 2 in CH 3 NH 3 PBI onderzoeken3, röntgendiffractie werd uitgevoerd (Figuur 3). Hoewel de kristalstructuur van het uiteindelijke perovskiet bleef hetzelfde voor alle monsters, is het duidelijk dat de diffractie piek bij 2θ = 12,6, wat overeenkomt met de omgezette PBI 2, werd uitgeschakeld in aanwezigheid van NaI en CuBr additieven. Om de aanwezigheid van deze monovalente kationen in de CH3 bevestigen NH 3 PBI 3 perovskiet films, voerden we een XPS-analyse, zoals weergegeven in figuur 4. Op basis van de XPS-gegevens toonden we de aanwezigheid van Na en Ag ionen in de perovskiet films, terwijl de concentratie van Cu niet bepaald kon worden, waarschijnlijk door de nabijheid van jodide (I 3p1 / 2) en koper (Cu 2P1 / 2) pieken. Het effect van het monovalente kation additieven op het absorptiespectrum van het perovskiet wordt getoond in figuur 5a, die werd gemeten met PDS.Het is duidelijk dat de additiefbasis CH 3 NH 3 PBI 3 had lagere sub-bandgap absorptie in vergelijking met het oorspronkelijke monster. Verder werd een absorptie staart waargenomen voor Cu-gebaseerde monsters, die afkomstig is van de intrinsieke absorptie van koperhalogenide (figuur 5b). Hoewel de absorptie staart bevestigt de aanwezigheid van Cu kationen in de laatste perovskiet films, blijkt op basis van de vergelijking tussen de PDS van Cul-gebaseerde PBI 2 en CH 3 NH 3 PBI 3, dat hun opname niet volledig. Bovendien, de Urbach energie (Eu), die een maat van de mate van energetische wanorde van een materiaal, werd geschat voor oorspronkelijk, NaI-, CuBr-, CuI- en AgI-gebaseerde perovskiet, en de waarden zijn 15,6, 11,8, 12,8, 13,5 en 15,2 meV respectievelijk (inzet van figuur 5a). Om de invloed van de bovengenoemde additieven op de stroom staandONIC structuur van CH 3 NH 3 PBI 3, voerden we KPFM, waarbij het contact potentiaalverschil (CPD) van de lijn profielen werd gemeten. Dit komt overeen met de oppervlakte werkfunctie (Φ) van de in figuur 6 perovskiet. Een duidelijke verschuiving in de CPD (dat wil zeggen, 0,1 V) van het additief op basis van perovskiet in vergelijking met de ongerepte ene blijkt dat het perovskiet Fermi-niveau wordt verschoven naar de valentieband. Deze verandering in het Fermi niveau van perovskiet kan worden toegeschreven aan ofwel vervangende p-doping (bijvoorbeeld het vervangen van Pb2 + met eenwaardige kationen X +) of oppervlaktepassivering de kristallijne oppervlakken van perovskiet. Om het effect van doping van de dichtheid van de kosten en op hun transport eigenschappen in CH 3 NH 3 PBI 3 onderzoeken, voerden wij temperatuurafhankelijke bulktransport metingen (figuur 7a </strong&gt;). Vervolgens hebben we naar schatting de mobiliteit bulkcarrier (μ SCL) op basis van de ruimtelading beperkte stroom (SCLC) van de volledige elektron en hole-only ongerept en additief op basis van perovskiet apparaten. Een opmerkelijke verhoging van het geleidend vermogen in zowel het elektron en gat mobiliteit behaald, met name voor de NaI en CuBr monsters in vergelijking met pristine perovskiet (tabel 1). Het is opmerkelijk dat de verbetering van de mobiliteit en geleidbaarheid lading in overeenstemming met de verbetering in de kortsluitstroom (J sc) en vullinggraad (FF) van de vervaardigde zonnecellen figuur 7b. Verder schatten we de activeringsenergie voor ladingstransport (L) voor zowel het elektron en het gat middels temperatuursafhankelijke bulktransport metingen, waarbij een duidelijke afname werd bereikt voor additiefbasis perovskiet. Deze verbetering wordt toegeschreven aan de hogere dichtheid van dragers door doping en vullend the transport vallen, hetgeen resulteert in een aanzienlijke daling van de transportbarrière. We vervaardigd perovskiet zonnecellen gebaseerd op voornoemde monovalente kation halogeniden, de overeenkomstige JV bochten en de fotovoltaïsche parameters die worden samengevat in figuur 8a en tabel 1. Een significante verbetering in nullastspanning werd bereikt voor beide CuI- (0,99 V) en AgI- (1,02 V) gebaseerde zonnecellen vanwege het ideale oppervlaktebedekking (figuur 2c en 2e). Bovendien een opmerkelijke toename van de kortsluitstroom (≈2 mA cm-2) voor CuBr- en NaI gebaseerde zonnecellen werd verkregen, die kan worden toegeschreven aan de volledige omzetting van pBI 2 in CH 3 NH 3 PBI 3. Deze verbetering werd bevestigd door de invallende foton-stroomomzetter omzettingsrendement (IPCE) spectra getoond in figuur 8b. Tenslotte higher macht omzettingsrendement (PCE) niveaus van 15,2%, 15,6% en 15,3% werden bereikt voor NaI-, CuBr- en-Cul-gebaseerde apparaten, respectievelijk, te vergelijken met de waarde van 14,0% voor de ongerepte perovskiet zonnecel. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig1.jpg" /> Figuur 1: Mesoscopische perovskiet zonnecel architectuur. SEM dwarsdoorsnede microfoto van een complete inrichting met de volgende structuur: FTO / compact-TiO 2 / mesoporeuze-TiO 2 / CH 3 NH 3 PBI 3 / Spiro-OMeTAD / Au. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig2.jpg" /> Figuur 2: morfologische analyse van lood jodide en perovskiet structuren. Top-view SEM beelden van PBI 2 (links) en CH 3 NH 3 PBI 3 (rechts) structuren: (a) ongerepte, ( <st<html> rong&gt; b) CuBr-, (c) CuI-, (d) NaI-, en (e)-AgI gebaseerde perovskiet monsters afgezet op een mesoporeus TiO2 gecoate FTO. Dit cijfer is overgenomen uit referentie 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> <img alt="figuur 3" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig3.jpg" /> Figuur 3: Effect monovalent kation halogenide additieven op perovskiet kristalliniteit. Röntgendiffractie spectra van ongerepte en additiefbasis CH 3 NH 3 PBI 3 perovskiet die geteeld op mesoporeuze TiO 2 film, die is afgezet op de FTO bekleed glas. Dit cijfer is overgenomen uit referentie 18.t = &quot;_ blank&quot;&gt; Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken. <img alt="figuur 4" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig4.jpg" /> Figuur 4: Spoor van monovalente kationen in de CH 3 NH 3 PBI 3 perovskietstructuur. XPS-analyse van ongerepte, CuBr-, CuI-, NaI- en AgI-gebaseerde perovskiet films. Dit cijfer is overgenomen uit referentie 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> <img alt="figuur 5" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig5.jpg" /> Figuur 5: Optische eigenschappen van perovskiet films. (A) De absorptiespectra van perovskiet films afgeleid van ongerepte en additiefbasis loodbronnen gemeten met de PDS techniek. Deinzet toont de overeenkomstige Urbach energieën voor alle monsters. De foutenbalk wordt gedefinieerd door de SD inbouwstap Urbach staart. (B) Vergelijking van de PDS absorptiespectra van ongerepte en CuBr-gebaseerde lood jodide en perovskiet films, alsmede CuBr afgezet op ms-TiO 2 en CuBr alleen films. Dit cijfer is overgenomen uit referentie 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig5large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> <img alt="figuur 6" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig6.jpg" /> Figuur 6: Effect van monovalent kation additieven op het potentieel van perovskiet films oppervlak. CPD lijn profielen opgenomen van ongerept en-additief op basis van perovskiet films met behulp van KPFM. Het beeld AFM topografie wordt getoond op de top. Dit cijfer is overgenomen uit referentie 18<html> . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> <img alt="figuur 7" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig7.jpg" /> Figuur 7: kenmerken Charge transport van perovskiet films. (A) JV karakteristieken van hole-only apparaten (ITO / PEDOT: PSS / Perovskite / Au), gebruikt voor het schatten van de SCLC mobiliteit gat. Merk op dat de stroomdichtheid (J) wordt geschaald met de dikte van het perovskiet lagen. (B) de ontwikkeling van de J v, gH, en μ e voor oorspronkelijke en additiefbasis perovskiet. Dit cijfer is overgenomen uit referentie 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig7large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> t &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="Figuur 8" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig8.jpg" /> Figuur 8: Photovoltaic prestatiekenmerken. (A) Current-spanningskarakteristieken van apparaten onder een belichting van 100 mW / cm2, verkregen met verschillende soorten monovalent kation halogeniden toegevoegd loodbron oplossing. (B) Incident foton naar stroomrendement (IPCE) spectra als een functie van de golflengte van monochromatisch licht van de ongerepte, CuBr-, CuI-, NaI- en AgI gebaseerde perovskiet zonnecellen. Dit cijfer is overgenomen uit referentie 18. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig8large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Soort van monster </td><td>J SC </td><td> V OC </td><td> FF </td><td> PCE </td><td> μ e </td><td> μ h </td><td> E Een e </td><td> E A h </td></tr><tr><td></td><td> (mA cm-2) </td><td> (V) </td><td></td><td> (%) </td><td> (cm 2 / Vs) </td><td> (cm 2 / Vs) </td><td> (MeV) </td><td> (MeV) </td></tr><tr><td> ongerept </td><td> 21.03 </td><td> 0.95 </td><td> 0.70 </td><td> 14.01 </td><td> 0.02 </td><td> 0,008 </td><td> 135 </td><td> 198 </td></tr><tr><td> CuBr </td><td> 22.92 </td><td> 0.95 </td><td> 0.72 </td><td> 15.61 </td><td> 0.05 </td><td&gt; 0,04 </td><td> 88 </td><td> 132 </td></tr><tr><td> Cul </td><td> 21.81 </td><td> 0.99 </td><td> 0.71 </td><td> 15.25 </td><td> 0.02 </td><td> 0,036 </td><td> 94 </td><td> 157 </td></tr><tr><td> NaI </td><td> 22.97 </td><td> 0.9 </td><td> 0.73 </td><td> 15.14 </td><td> 0.04 </td><td> 0.07 </td><td> 77 </td><td> 137 </td></tr><tr><td> AgI </td><td> 19.24 </td><td> 1.02 </td><td> 0.72 </td><td> 14.18 </td><td> 0,005 </td><td> 0,006 </td><td> 105 </td><td> 177 </td></tr></tbody></table> Tabel 1: Photovoltaic en ladingstransport parameters van de PSC. Samenvatting van de fotovoltaïsche parameters uit JV metingen en lading mobiliteiten, samen met de activeringsenergie voor de verstoorde en additiefbasis perovskiet zonnecellen die de beste prestaties te tonen en were fabricated met de twee-staps depositiemethode. Opvallend is dat de statistieken van de fotovoltaïsche parameters volgen dezelfde trend als de best presterende apparaten. Deze tabel is overgenomen uit referentie 18.

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

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

Het algemene doel van deze procedure is het verbeteren van de opto-elektronische eigenschappen van loodhalide-perovskiet door middel van doping met eenenwaardige kationen om zeer efficiënte perovskiet-zonnecellen te vervaardigen. De inbouw van eenenwaardige kationen in loodhalide-perovskiet verbetert de halfgeleiderkwaliteit en het foto-effectgedrag van dit materiaal aanzienlijk. Het toevoegen van een rationele hoeveelheid goedkope eenenwaardige kation-dopants aan perovskietmaterialen verbetert de ladingsmobiliteit en vermindert de energetische wanorde met een factor tien.Om te beginnen met het vergelijken van het substraat, wordt semi-transparante acrylkleefband gebruikt om 2/3 van de geleidende zijde van een FTO-gecoate glazen objectglas af te dekken. Bedek vervolgens de onbedekte gebieden met zinkpoeder. Giet een oplossing van 2 molair zoutzuur in gedestilleerd water over het objectglas om het substraat te etsen.Gebruik een wattenstaafje om het residu van de blootgestelde secties van de slide af te vegen. Spoel het geëtste FTO-substraat met gedestilleerd water en verwijder vervolgens de tape. Was het geëtste oppervlak in een oplossing van 2% gewicht/volume alkalisch vloeibaar detergentconcentraat en water.Sonicateer het FTO-substraat gedurende 10 minuten achtereenvolgens in aceton- en isopropanolbaden. Behandel het FTO-substraat 15 minuten in een zuurstofplasmareiniger om het etsen van het substraat te voltooien. Om de volledige blokkerende compacte titaanoxidelaag te storten, plaatst u eerst het geëtste en gereinigde FTO-substraat op een warmteplaat bij 450 °C.Dek het contactoppervlak onmiddellijk af met een voorgesneden glazen objectglas en laat het substraat opwarmen tot 450 graden Celsius. Meng 0,6 milliliters TAA met 7 milliliters isopropanol. Wanneer het substraat op 450 graden Celsius is, brengt u de TAA-oplossing aan op het substraat via sproeipyrolyse met lucht als dragergas.Laat het monster 30 minuten op 450 °C verblijven. Laat het monster vervolgens afkoelen tot kamertemperatuur. Verwijder de glazen afdekplaat zodra het substraat is afgekoeld.Om de elektrontransportlaag aan te brengen, wordt eerst 30 nanomolaire titaniumoxidepasta verdund met ethanol in een gewichtsverhouding van 2:7. Sonicate de suspensie gedurende 30 minuten. Spin-coat vervolgens het monster met de suspensie gedurende 30 seconden bij 5.000 RPM met een ramp-snelheid van 2.000 RPM per seconde.Gloeien de titaniumfilm bij 500 °C gedurende 30 minuten om een mesoporeuze titaniumoxidefilm te verkrijgen. Dompel de sample vervolgens onder in een 40 millimolaire oplossing van titaniumchloride en gedestilleerd water. Behandel de samples bij 70 °C gedurende 20 minuten.Calcineer het met titaniumchloride behandelde monster gedurende nog eens 30 minuten bij 450 °C. Verplaats het monster naar een met stikstof gevulde glovebox met een luchtvochtigheid van minder dan 1%. Voeg in een inerte atmosfeer met een laag water- en zuurstofgehalte 1 mL DMF toe aan 553 mg loodjodide. Verwarm het mengsel tot 80 °C onder voortdurend roeren totdat het loodjodide is opgelost.Bereid vervolgens een 0,02 molaire oplossing van het gekozen monovalente kationhalide in de loodiodide-oplossing. Breng 80 µL van het monovalente kationhalide in de loodiodide-oplossing aan op het substraat. Spin-coat het substraat gedurende 30 seconden bij 6.500 RPM met een versnellingssnelheid van 4.000 RPM per seconde.Bak de resulterende dunne film 30 minuten lang bij 80 °C. Los vervolgens 40 mg methylammoniumjodide op in 5 mL isopropanol. Plaats het met loodjodide gecoate substraat in een spincoater en breng 120 µL van de MAI-oplossing aan.Laat de oplossing 45 seconden op het substraat rusten en spin-coat het substraat vervolgens met MAI gedurende 20 seconden bij 4, 000 RPM. Anneal de perovskietfilm bij 100 °C gedurende 45 minuten. Om de volledige transportlaag te depositeren, voegt u eerst 1 milliliter chloorbenzeen toe aan 72.3 milligram spiro-methoxyTAD.Schud het mengsel tot de oplossing transparant lijkt. Bereid een voorraadoplossing van 520 mg lithium TFSI in 1 ml acetonitril. Meng vervolgens 17,5 µL van de lithium TFSI-oplossing in 28,8 µL 4-tert-butylpyridine met de spiro-methoxyTAD-oplossing.Breng dit mengsel via spincoating gedurende 30 seconden op het monster aan bij 4.000 RPM met een versnellingssnelheid van 2.000 RPM per seconde. Bedek het monster met een maskpatroon voor de bovencontacten van de zonnecel. Deponeer een goudlaag van 80 nanometer op het monster met een snelheid van 0,01 nanometer per seconde om de fabricage van de zonnecel te voltooien.Dunne films van zuivere en additief-gebaseerde perovskieten werden vergeleken met de overeenkomstige loodjodide-films. Wanneer natriumjodide als additief werd gebruikt, werden met FESEM grote, takvormige loodjodide-kristallen waargenomen, samen met grote, asymmetrische perovskietkristallen. Wanneer koperjodide en zilverjodide als additieven werden gebruikt, werden uniforme, pinhole-vrije perovskietlagen waargenomen.Röntgendiffractie toonde aan dat de kation-dotering geen effect had op de perovskietkristalstructuur. Er werd geen piek waargenomen die overeenkwam met niet-omgezet loodjodide wanneer natriumjodide of koperbromide als additief werd gebruikt. Kelvin probe force microscopy toonde aan dat de Fermi-niveaus van de gedoteerde perovskiet verschoven naar de valentieband.De gedoteerde monsters vertoonden een verhoogde geleidbaarheid in elektron- en totale mobiliteit, in het bijzonder voor de natriumjodide- en koperbromide-monsters. Verhogingen werden ook waargenomen voor de kortsluitstroom in de vulfactor. De grotere toename van de kortsluitstroom in cellen op basis van koperbromide en natriumjodide werd toegeschreven aan de volledige conversie van loodjodide en een verbeterde ladingsmobiliteit.Verbeteringen in de open-klemingsspanning werden waargenomen voor zonnecellen op basis van koperjodide en zilverjodide, waarschijnlijk vanwege hun uniforme,tenvrije oppervlakken. De energieconversie-efficiënties van zonnecellen op basis van natriumjodide, koperbromide en koperjodide waren allemaal aanzienlijk hoger dan die van een ongereineerde perovskietcel. We hebben een eenvoudige doteermethode gedemonstreerd die compatibel is met de oplossingsverwerking van methylammoniumloodhalide-perovskiet als absorberlaag in de mesoscopische perovskietzonnecelstructuur.De opto-elektronische en structurele eigenschappen van loodhalide-perovskietmaterialen kunnen worden aangepast door de hoeveelheden monovalente kation-dotanten te controleren, wat kan leiden tot superieure fotovoltaïsche prestaties. Onze methode baande de weg voor onderzoekers in het veld van de fotovoltaïsche cellen om deze techniek in andere configuraties van perovskiet-zonnecellen te verkennen om de elektronische kwaliteit van perovskiet-dunne films verder te verbeteren.

monovalent-cation-doping-ch3nh3pbi3-for-efficient-perovskite-solar

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Een algemene strategie voor de ontwikkeling van lading-scheiden van halfgeleider nanokristallen composieten inzetbaar voor zonne-energie productie wordt gepresenteerd. We zien dat de assemblage van donor-acceptor nanokristallen domeinen in een nanodeeltje geometrie ontstaat een fotokatalytische functie, terwijl bulk heterojuncties van donor-acceptor nanokristallen films kunnen worden gebruikt voor fotovoltaïsche omzetting.

Oogsten Zonne-energie door middel van Charge-scheiden Nanokristallen en hun Solids

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

Een Time Resolved Microwave Conductivity-techniek voor het onderzoeken van directe en val-gemedieerde recombinatiedynamiek en het bepalen van dragermobiliteiten van dunnefilm halfgeleiders wordt hier gepresenteerd.

Recombinatie Dynamiek in dunne-film Photovoltaic Materials via Tijdopgeloste Magnetron geleidbaarheid

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

Hierin presenteren wij gedetailleerde protocollen voor oplossing-verwerkte zilver-bismut-jodium (Ag-Bi-I) ternaire halfgeleider dunne lagen vervaardigd op TiO2-gecoat transparante elektroden en hun potentiële toepassing als lucht-stable en loodvrij opto-elektronische apparaten.

Oplossing-verwerkte "Zilver-bismut-Iodine" ternaire dunne lagen voor fotovoltaïsche loodvrij absorptieflessen

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 een methode voor monovalente kationdoping van loodhalideperovskiet om de opto-elektronische eigenschappen te verbeteren. Deze techniek verhoogt de ladingmobiliteit en leidt tot efficiëntere perovskietzonnecellen.

Eenwaardig kation Doping van CH

Meer video's verkennen