Domieszkowanie kationami monowalentnymiCH3, NH,3PbI3 dla wydajnych perowskitowych ogniw słonecznych

Ogólnym celem tej procedury jest poprawa właściwości optoelektronicznych perowskitu halogenku ołowiu poprzez domieszkowanie kationami monowalentnymi w celu tkaniny wysoce wydajnych perowskitowych ogniw słonecznych. Włączenie kationów jednowartościowych do perowskitu halogenkowo-ołowiowego znacznie poprawia jakość półprzewodników i zachowanie efektu fotograficznego tego materiału. Dodanie racjonalnej ilości tanich monowalentnych domieszek kationowych do materiałów perowskitowych zwiększa ruchliwość ładunku i zmniejsza nieporządek energetyczny o rząd wielkości.

Aby rozpocząć porównywanie podłoża, użyj półprzezroczystej akrylowej taśmy klejącej, aby pokryć 2/3 przewodzącej strony szkiełka szklanego z powłoką FTO. Następnie pokryj odsłonięte obszary proszkiem cynkowym. Wlej roztwór 2 molowych kwasu solnego w wodzie destylowanej na szkiełko, aby wytrawić podłoże.

Użyj bawełnianego wacika, aby wytrzeć pozostałości z odsłoniętych części szkiełka. Wytrawione podłoże FTO spłukać wodą destylowaną, a następnie usunąć taśmę. Umyj wytrawioną powierzchnię w 2% wagowym roztworze alkalicznego płynnego detergentu i wody.

Sonikować substrat FTO przez 10 minut w łaźniach acetonowych i izopropanolowych po kolei. Traktuj substrat FTO w tlenowym urządzeniu do czyszczenia plazmowego przez 15 minut, aby zakończyć czyszczenie wytrawionego podłoża. Aby nałożyć całą blokującą zwartą warstwę tlenku tytanu, najpierw umieść wytrawione i oczyszczone podłoże FTO na płycie grzejnej w temperaturze 450 stopni Celsjusza.

Natychmiast przykryj obszar kontaktu wstępnie wyciętym szkiełkiem podstawowym i pozwól podgrzać się podłożu do 450 stopni Celsjusza. Wymieszaj 0,6 mililitra TAA z 7 mililitrami izopropanolu. Gdy podłoże ma temperaturę 450 stopni Celsjusza, nanieść roztwór TAA na podłoże poprzez pirolizę natryskową przy użyciu powietrza jako gazu nośnego.

Pozostawić próbkę w temperaturze 450 stopni Celsjusza przez 30 minut. Następnie pozwól próbce ostygnąć do temperatury pokojowej. Zdejmij szklaną pokrywę, gdy podłoże ostygnie.

Aby zdeponować warstwę transportującą elektrony, najpierw rozcieńczyć 30-nanomolową pastę tlenku tytanu etanolem w stosunku wagowym 2:7. Sonikować zawiesinę przez 30 minut. Następnie wirować próbkę zawiesiną przez 30 sekund przy 5 000 obr./min z szybkością narastania 2 000 obr./min.

Unicestwiaj folię tytanową w temperaturze 500 stopni Celsjusza przez 30 minut, aby uzyskać mezoporowatą warstwę tlenku tytanu. Następnie zanurzyć próbkę w 40-milimolowym roztworze chlorku tytanu i wody destylowanej. Próbki należy traktować w temperaturze 70 stopni Celsjusza przez 20 minut.

Unicestwić próbkę poddaną działaniu chlorku tytanu w temperaturze 450 stopni Celsjusza przez kolejne 30 minut. Przenieść próbkę do wypełnionego azotem komory rękawicowej o wilgotności mniejszej niż 1%W atmosferze obojętnej o niskiej zawartości wody, tlenu i zawartości tlenu dodaj 1 mililitr DMF do 553 miligramów jodku ołowiu. Podgrzej mieszaninę do 80 stopni Celsjusza, ciągle mieszając, aż jodek ołowiu się rozpuści.

Następnie przygotuj 0,02 molowy roztwór wybranego monowalentnego halogenku kationu w roztworze jodku ołowiu. Nanieść 80 mikrolitrów jednowartościowego halogenku kationu w roztworze jodku ołowiu na podłoże. Wiruj podłoże przez 30 sekund z prędkością 6 500 obr./min z szybkością narastania 4 000 obr./min.

Piecz powstały cienki film w temperaturze 80 stopni Celsjusza przez 30 minut. Następnie rozpuść 40 miligramów jodku metyloamonu w 5 mililitrach izopropanolu. Umieść podłoże pokryte jodkiem ołowiu w powlekarki wirowej i nałóż 120 mikrolitrów roztworu MAI.

Pozostawić roztwór na podłożu na 45 sekund, a następnie wirować podłoże MAI przez 20 sekund przy 4 000 obr./min. Unicestwiaj folię perowskitową w temperaturze 100 stopni Celsjusza przez 45 minut. Aby zdeponować całą warstwę transportową, najpierw dodaj 1 mililitr chlorobenzenu do 72,3 miligramów spiro-metoksyTAD.

Potrząśnij mieszaniną, aż roztwór stanie się przezroczysty. Przygotuj roztwór podstawowy 520 miligramów litu TFSI w 1 mililitrze acetonitrylu. Następnie wymieszać 17,5 mikrolitra roztworu litu TFSI w 28,8 mikrolitrach 4-tert-butylopirydyny z roztworem spiro-metoksyTAD.

Wirować próbkę tą mieszaniną przez 30 sekund przy 4 000 obr./min z szybkością narastania 2 000 obr./min. Przykryj próbkę wzorem maski dla górnych styków ogniwa słonecznego. Umieść 80-nanometrową warstwę złota na próbce z szybkością 0,01 nanometra na sekundę, aby zakończyć wytwarzanie ogniwa słonecznego.

Cienkie warstwy perowskitów pierwotnych i na bazie dodatków porównano z odpowiadającymi im warstwami jodku ołowiu. Gdy jodek sodu został użyty jako dodatek, FESEM zaobserwował duże kryształy jodku ołowiu w kształcie gałęzi wraz z dużymi, asymetrycznymi kryształami perowskitu. Gdy jako dodatki zastosowano jodek miedzi i jodek srebra, zaobserwowano jednolite, pozbawione otworów warstwy perowskitu.

Dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego wykazała, że domieszkowanie kationami nie miało wpływu na strukturę krystaliczną perowskitu. Nie zaobserwowano piku odpowiadającego nieprzekształconemu jodkowi ołowiu, gdy jako dodatek zastosowano jodek sodu lub bromek miedzi. Mikroskopia siły sondy Kelvina wykazała, że poziomy fermiego domieszkowanego perowskitu przesunęły się w kierunku pasma walencyjnego.

Domieszkowane próbki wykazały zwiększoną przewodność w ruchliwości elektronów i całkowitych, szczególnie w próbkach jodku sodu i bromku miedzi. Wzrosty zaobserwowano również dla prądu zwarciowego we współczynniku wypełnienia. Większy wzrost prądu zwarciowego w ogniwach opartych na bromku miedzi i jodku sodu przypisano pełnej konwersji jodku ołowiu i poprawie ruchliwości ładunku.

Poprawę napięcia w obiegu otwartym zaobserwowano w przypadku ogniw słonecznych opartych na jodku miedzi i jodku srebra, prawdopodobnie ze względu na ich jednolite, pozbawione otworków powierzchnie. Sprawność konwersji energii jodku sodu, bromku miedzi i ogniw słonecznych na bazie jodku miedzi była znacznie wyższa niż w przypadku nieskazitelnego ogniwa perowskitowego. Zademonstrowaliśmy łatwą metodę domieszkowania, która jest kompatybilna z przetwarzaniem w roztworze perowskitu halogenku ołowiu metyloamonu jako warstwy absorbera w mezoskopowej strukturze ogniw słonecznych perowskitu.

Właściwości optoelektroniczne i strukturalne perowskitów halogenkowych ołowiu można dostroić za pomocą kontrolnych ilości monowalentnych domieszek kationowych, co może prowadzić do doskonałej wydajności fotowoltaicznej. Nasza metoda utorowała drogę naukowcom zajmującym się fotowoltaiką do zbadania tej techniki w innych konfiguracjach perowskitowych ogniw słonecznych w celu dalszej poprawy jakości elektronicznej cienkich warstw perowskitu.