Name: Trójskładnikowe cienkie warstwy srebrowo-bizmutowo-jodowe przetworzone w roztworze do bezołowiowych absorberów fotowoltaicznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-09-27T14:45:00.000+00:00
Duration: 10 min 19 s
Description: Poznaj metodę wytwarzania cienkich warstw Ag-Bi-I w roztworze jako bezołowiowych absorberów fotowoltaicznych na elektrodach TiO₂. Technika ta umożliwia produkcję ekologicznych ogniw słonecznych.

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

Ta praca była wspierana przez Programy Badawczo-Rozwojowe (R&D) Instytutu Nauki i Technologii (DGIST) Daegu Gyeongbuk Ministerstwa Nauki, ICT i Planowania Przyszłości Korei (18-ET-01). Ta praca była również wspierana przez Koreański Instytut Oceny i Planowania Technologii Energetycznych (KETEP) oraz Ministerstwo Handlu, Przemysł i Energia (MOTIE) Republiki Korei (nr 20173010013200).

1. Przygotowanie podłoży z jałego szkła, domieszkowanego fluorem tlenku cyny (SnO2:F)
<ol>
	<li>Aby oczyścić podłoża z tlenku cyny (FTO) z domieszką fluoru, należy je kolejno poddać sonikacji w roztworze wodnym zawierającym 2% Triton, wodę dejonizowaną (DI), aceton i alkohol izopropylowy (IPA), każdy przez 15 minut.</li>
	<li>Oczyszczone podłoża umieścić w piecu grzewczym w temperaturze 70 °C na 1 godzinę w celu usunięcia resztek IPA.</li>
</ol>
2. Przygotowanie zwartych warstw TiO2 (c-TiO2) do blokowania elektronów
<ol>
	<li>W celu przygotowania roztworu prekursora c-TiO2 należy powoli wsypać 0,74 ml izoproptlenku tytanu (TTIP) do 8 ml bezwodnego etanolu (EtOH), energicznie mieszając, a następnie szybko wstrzyknąć 0,06 ml kwasu solnego (HCl) do roztworu. Powstały roztwór mieszać przez noc w temperaturze pokojowej. 
	UWAGA: Użyj szklanej fiolki o pojemności 20 ml, HCl o stężeniu 35 - 37% i mieszadła magnetycznego.</li>
	<li>Przefiltrować przygotowany roztwór prekursora c-TiO2 za pomocą strzykawki i filtra o wielkości porów 0,2 μm, upuścić go na oczyszczone podłoże FTO, a następnie odlać podłoże z prędkością 3,000 obr./min przez 30 s.</li>
	<li>Podłoża wyżarzać termicznie, podgrzewając je w piecu w temperaturze 500 °C przez 1 godzinę, a następnie pozostawić do ostygnięcia do temperatury pokojowej.</li>
	<li>Namoczyć podłoża w 0,12 M roztworze wodnym czterochlorku tytanu (TiCl4) w temperaturze 70 °C przez 30 minut, a następnie dokładnie umyć je wodą demineralizowaną w celu usunięcia pozostałości TiCl4.</li>
	<li>Wyżarzać termicznie podłoża w temperaturze 500 °C przez 1 godzinę, a następnie pozostawić je do ostygnięcia do temperatury pokojowej w celu międzyfazowego ulepszenia warstwy c-TiO2. Powstałe podłoża pokryte c-TiO2 należy przechowywać w warunkach wypełnionychN2 do czasu użycia.</li>
</ol>
3. Przygotowanie mezoporowatych warstw TiO2 (m-TiO2) w celu poprawy ekstrakcji elektronów
<ol>
	<li>W celu przygotowania roztworu prekursora m-TiO2 należy dodać 1 g pasty nanocząsteczkowej TiO2 o wielkości 50 nm (SC-HT040) do szklanej fiolki o pojemności 10 ml z 3,5 g 2-propanolu i 1 g terpineolu, a następnie mieszać wszystko, aż pasta idealnie się rozpuści. 
	UWAGA: Pasta nanocząsteczkowa TiO2 o wielkości 50 nm jest bardzo lepka i należy się z nią ostrożnie obchodzić za pomocą szpatułki.</li>
	<li>Odlewać spinowo 200 μl przygotowanego roztworu pasty nanocząsteczkowej TiO2 o wielkości 50 nm z prędkością 5 000 obr./min przez 30 s na podłoża FTO pokryte c-TiO2.</li>
	<li>Powstałe podłoża wyżarzać termicznie w piecu w temperaturze 500 °C przez 1 godzinę, a następnie pozostawić do ostygnięcia do temperatury pokojowej.</li>
	<li>Namoczyć podłoża w 0,12 M roztworze wodnym TiCl4 w temperaturze 70 °C przez 30 minut, a następnie całkowicie je umyć wodą demineralizowaną w celu usunięcia pozostałości TiCl4.</li>
	<li>Podłoża wyżarzać termicznie w temperaturze 500 °C przez 1 godzinę, a następnie pozostawić do ostygnięcia do temperatury pokojowej w celu międzyfazowej poprawy warstwy m-TiO2. Powstałe podłoża pokryte c-TiO2 i m-TiO2 należy przechowywać w warunkach wypełnionychN2 do czasu użycia.</li>
</ol>
4. Produkcja cienkich warstw AgBi2i7
<ol>
	<li>Podłoża z gołego szkła należy poddać działaniu lampy ultrafioletowej (UV) o intensywności 45 mA/cm2 za pomocą środka czyszczącego UV do ozonu przez 10 minut, aby upewnić się, że podłoża są czyste i hydrofilowe. Nie należy traktować podłoży FTO pokrytych c- i m-TiO2 środkiem do czyszczenia ozonu UV. 
	UWAGA: Widma dyfrakcji rentgenowskiej (XRD), absorbancji i transformacji Fouriera w podczerwieni (FT-IR) badano przy użyciu cienkich warstw Ag-Bi-I wytwarzanych na podłożach z gołego szkła. Podłoża FTO z powłoką c i m-TiO2 zostały wykorzystane w urządzeniach z ogniwami słonecznymi.</li>
	<li>Energicznie wymieszaj 0,3 g BiI3 (0,5087 mmol), 0,06 g AgI (0,2544 mmol) i 3 ml n-butyloaminy, aż wszystko całkowicie się rozpuści, a następnie przefiltruj mieszaninę strzykawką za pomocą filtra z politetrafluoroetylenu (PTFE) o wielkości porów 0,2 μm.</li>
	<li>Upuść 200 μl roztworu prekursora na podłoża, a następnie odlewać je z prędkością 6 000 obr./min przez 30 s przy kontrolowanej wilgotności poniżej 20%. Powstałą żółtawo-czerwoną warstwę należy natychmiast przenieść do komory rękawicowej wypełnionejN2, gotowej do wyżarzania termicznego.</li>
	<li>Rozpocznij wyżarzanie termiczne powstałej folii w temperaturze pokojowej, następnie podgrzej folię do 150 °C i utrzymuj temperaturę 150 °C przez 30 minut. Szybko schładzaj wyżarzoną folię do temperatury pokojowej. Ostateczny film będzie miał błyszczący i brązowo-kolor. Aby szybko schłodzić wyżarzone podłoże, należy je zdjąć z płyty grzejnej, która była ustawiona na 150 °C.</li>
	<li>W przypadku trójskładnikowych cienkich warstw Ag-Bi-I o innym składzie, takich jak Ag2BiI5, należy zmienić stosunek molowy prekursora AgI doBiI3 z 1:2 na 2:1 i użyć tej samej objętości rozpuszczalnika n-butyloaminy. Wyżarzać powstałą folię metodą opisaną powyżej.</li>
	<li>Aby zbadać zależne od temperatury tworzenie Ag-Bi-I przy użyciu wzorów XRD, widm FT-IR, morfologii powierzchni i widm absorbancji, należy użyć temperatur wyżarzania termicznego 90, 110 i 150 °C dla trójskładnikowych cienkich warstw Ag-Bi-I.</li>
</ol>
5. Produkcja urządzeń do ogniw słonecznych przy użyciu cienkich warstw AgBi2i7
<ol>
	<li>Użyj poli(3-heksylotiofenu) (P3HT) jako materiału transportującego otwory w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych AgBi2I7. Dodać 10 mg P3HT do 1 ml chlorobenzenu, a następnie mieszać mieszaninę w temperaturze 50 °C przez 30 minut, aż P3HT całkowicie się rozpuści. Filtrować za pomocą filtra PTFE o wielkości porów 0,2 μm. Przygotuj i przechowuj P3HT w schowku rękawicowym wypełnionym N2.</li>
	<li>Upuść 100 μl P3HT rozpuszczonego w chlorobenzenie na cienkie warstwy AgBi2I7 wytworzone na podłożach FTO pokrytych c- i m-TiO2, a następnie odlew wirowy podłoża z prędkością 4 000 obr./min przez 30 s w komorze rękawicowej wypełnionej N2. Wyżarzanie termiczne folii P3HT w temperaturze 130 °C przez 10 minut w celu orientacji strukturalnej P3HT.</li>
	<li>Użyj parownika termicznego o szybkości osadzania 0,5 A/s i maski cieniowej o wzorze prętowym, aby osadzać złote elektrody (Au) o grubości 100 nm jako górny kontakt metalu w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych AgBi2i7.</li>
</ol>

<ol><li>Grätzel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Light+and+Shade+of+Perovskite+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">The Light and Shade of Perovskite Solar Cells.</a> Nature Materials. 13, 838-842 (2014).</li>
<li>Green, M. A., Ho-Baillie, A., Snaith, H. J. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/nphoton.2014.134?cacheBust=1508229687919">The emergence of perovskite solar cells.</a> Nature Photonics. 8, 506-514 (2014).</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+%22Journal+of+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells.</a> Journal of American Chemical Society. 131 (17), 6050-6051 (2009).</li>
<li>Burschka, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequential+Deposition+as+a+Route+to+High-Performance+Perovskite-Sensitized+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Sequential Deposition as a Route to High-Performance Perovskite-Sensitized Solar Cells.</a> Nature. 499, 316-319 (2013).</li>
<li>Yang, W. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Iodide+Management+in+Formamidinium-Lead-Halide-Based+Perovskite+Layers+for+Efficient+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Iodide Management in Formamidinium-Lead-Halide-Based Perovskite Layers for Efficient Solar Cells.</a> Science. 356 (6345), 1376-1379 (2017).</li>
<li>Park, B. -W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bismuth+Based+Hybrid+Perovskites+A3Bi2I9+%28A%3A+Methylammonium+or+Cesium%29+for+Solar+Cell+Application%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Bismuth Based Hybrid Perovskites A3Bi2I9 (A: Methylammonium or Cesium) for Solar Cell Application.</a> Advanced Materials. 27 (43), 6806(2015).</li>
<li>Hoye, R. L. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methylammonium+Bismuth+Iodide+as+a+Lead-Free%2C+Stable+Hybrid+Organic-Inorganic+Solar+Absorber%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry%E2%88%92European+Journal%22%5BJournal%5D)">Methylammonium Bismuth Iodide as a Lead-Free, Stable Hybrid Organic-Inorganic Solar Absorber.</a> Chemistry−European Journal. 22 (8), 2605-2610 (2016).</li>
<li>Lyu, M., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-015-0948-y">Organic-Inorganic Bismuth (III)-Based Material: A Lead-Free, Air-Stable and Solution-Processable Light-Absorber beyond Organolead Perovskites.</a> Nano Research. 9 (3), 692-702 (2016).</li>
<li>Mitzi, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organic-Inorganic+Perovskites+Containing+Trivalent+Metal+Halide+Layers%3A+The+Templating+Influence+of+the+Organic+Cation+Layer%5BTitle%5D)+AND+%22Inorganic+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Organic-Inorganic Perovskites Containing Trivalent Metal Halide Layers: The Templating Influence of the Organic Cation Layer.</a> Inorganic Chemistry. 39 (26), 6107-6113 (2000).</li>
<li>Mashadieva, L. F., Aliev, Z. S., Shevelkov, A. V., Babanly, M. B. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838812020063">Experimental Investigation of the Ag-Bi-I Ternary System and Thermodynamic Properties of the Ternary Phases.</a> Journal of Alloys and Compounds. 551, 512-520 (2013).</li>
<li>Kim, Y., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201603608">Pure Cubic-Phase Hybrid Iodobismuthates AgBi2I7 for Thin-Film Photovoltaics.</a> Angewandte Chemie International Edition. 55 (33), 9586-9590 (2016).</li>
<li>Fourcroy, P. H., Palazzi, M., Rivet, J., Flahaut, J., Céolin, R. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0025540879900965">Etude du Systeme AgIBiI3.</a> Materials Research Bulletin. 14 (3), 325-328 (1979).</li>
<li>Kondo, S., Itoh, T., Saito, T. <a target="_blank" href="http://link.aps.org/pdf/10.1103/PhysRevB.57.13235">Strongly Enhanced Optical Absorption in Quench-Deposited Amorphous AgI Films.</a> Physical Review B. 57 (20), 13235-13240 (1998).</li>
<li>Kumar, P. S., Dayal, P. B., Sunandana, C. S. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0040609099006471">On the Formation Mechanism of γ-AgI Thin Films.</a> Thin Solid Films. 357 (2), 111-118 (1999).</li>
<li>Validźić, I. L., Jokanpvić, V., Uskoković, D. P., Nedeljković, J. M. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0254058407004075">Influence of Solvent on the Structural and Morphological Properties of AgI Particles Prepared Using Ultrasonic Spray Pyrolysis.</a> Materials Chemistry and Physics. 107 (1), 28-32 (2008).</li>
<li>Tezel, F. M., Kariper, İA. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/319411022_Effect_of_pH_on_Optic_and_Structural_Characterization_of_Chemical_Deposited_AgI_Thin_Films">Effect of pH on Optic and Structural Characterization of Chemical Deposited AgI Thin Films.</a> Materials Research Ibero-American Journal of Materials. 20 (6), 1563-1570 (2017).</li>
<li>Chai, W. -X., Wu, L. -M., Li, J. -Q., Chen, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Series+of+New+Copper+Iodobismuthates%3A+Structural+Relationships%2C+Optical+Band+Gaps+Affected+by+Dimensionality%2C+and+Distinct+Thermal+Stabilities%5BTitle%5D)+AND+%22Inorganic+Chemistry%22%5BJournal%5D)">A Series of New Copper Iodobismuthates: Structural Relationships, Optical Band Gaps Affected by Dimensionality, and Distinct Thermal Stabilities.</a> Inorganic Chemistry. 46 (21), 8698-8704 (2007).</li>
<li>Konstantatos, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasensitive+Solution-Cast+Quantum+Dot+Photodetectors%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Ultrasensitive Solution-Cast Quantum Dot Photodetectors.</a> Nature. 442, 180-183 (2006).</li>
<li>Mercier, N., Louvaina, N., Bi, W. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2009/ce/b817891g">Structural Diversity and Retro-Crystal Engineering Analysis of Iodometalate Hybrids.</a> CrystEngComm. 11 (5), 720-734 (2009).</li>
<li>Zhu, X. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+Mono-+versus+Di-ammonium+Cation+of+2%2C2%27-Bithiophene+Derivatives+on+the+Structure+of+Organic-Inorganic+Hybrid+Materials+Based+on+Iodo+Metallates%5BTitle%5D)+AND+%22Inorganic+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Effect of Mono- versus Di-ammonium Cation of 2,2'-Bithiophene Derivatives on the Structure of Organic-Inorganic Hybrid Materials Based on Iodo Metallates.</a> Inorganic Chemistry. 42 (17), 5330-5339 (2003).</li>
<li>Zhu, H., Pan, M., Johansson, M. B., Johansson, E. M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+Photon-to-Current+Conversion+in+Solar+Cells+Based+on+Light-Absorbing+Silver+Bismuth+Iodide%5BTitle%5D)+AND+%22ChemSusChem%22%5BJournal%5D)">High Photon-to-Current Conversion in Solar Cells Based on Light-Absorbing Silver Bismuth Iodide.</a> ChemSusChem. 10 (12), 2592-2596 (2017).</li>
<li>Turkevych, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photovoltaic+Rudorffites%3A+Lead-Free+Silver+Bismuth+Halides+Alternative+to+Hybrid+Lead+Halide+Perovskites%5BTitle%5D)+AND+%22ChemSusChem%22%5BJournal%5D)">Photovoltaic Rudorffites: Lead-Free Silver Bismuth Halides Alternative to Hybrid Lead Halide Perovskites.</a> ChemSusChem. 10 (19), 3754-3759 (2017).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Dostarczyliśmy szczegółowy protokół wytwarzania roztworów trójskładnikowych półprzewodników Ag-Bi-I, które mają być wykorzystywane jako bezołowiowe absorbery fotowoltaiczne w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych o mezoskopowej architekturze urządzeń. Warstwy c-TiO2 zostały utworzone na podłożach FTO, aby uniknąć wycieku elektronów wpływających do elektrod FTO. Warstwy m-TiO2 zostały sekwencyjnie uformowane na podłożach FTO pokrytych c-TiO2 w celu poprawy ekstrakcji elektronów generowany...

Nieorganiczne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne przetwarzane w roztworze były szeroko badane przez wielu badaczy poszukujących możliwości bezpośredniego przekształcania światła słonecznego w energię elektryczną1,2,3,4,5. Wraz z rozwojem syntezy materiałów i architektury urządzeń, perowskity na bazie halogenków ołowiu zostały uznane za najlepsze absorbery ogniw słonecznych o sprawności konwersji mocy (PCE) większej niż 22%5. Rosną jednak obawy dotyczące stosowania toksycznego ołowiu, a także problemów ze stabilnością samego perowskitu ołowiowo-halogenkowego.
Ostatnio doniesiono, że hybrydowe perowskity na bazie bizmutu mogą być formowane przez włączenie jednowartościowych kationów do jednostki kompleksu jodku bizmutu i że mogą one być używane jako absorbery fotowoltaiczne w mezoskopowych architekturach ogniw słonecznych6,7,8. Ołów w perowskitach można zastąpić bizmutem, który ma 6s2 zewnętrzna samotna para; Jednak do tej pory tylko konwencjonalne metodologie halogenku ołowiu były stosowane dla hybrydowych perowskitów na bazie bizmutu o złożonej strukturze krystalicznej, pomimo faktu, że mają one różne stopnie utlenienia i właściwości chemiczne9. Ponadto perowskity te mają słabą morfologię powierzchni i wytwarzają stosunkowo grube warstwy w kontekście zastosowań w urządzeniach cienkowarstwowych; w związku z tym mają słabą wydajność fotowoltaiczną z wysoką energią przerwy energetycznej (> 2 eV)6,7,8. W związku z tym staraliśmy się znaleźć nową metodę produkcji cienkowarstwowych półprzewodników na bazie bizmutu, które są przyjazne dla środowiska, stabilne powietrznie i mają niską energię przerwy energetycznej (< 2 eV), biorąc pod uwagę konstrukcję i metodologię materiału.
Prezentujemy przetworzone w roztworze cienkie warstwy trójskładnikowe Ag-Bi-I, które mogą być krystalizowane do AgBi2I7 i Ag2BiI5, dla półprzewodników bezołowiowych i stabilnych powietrze10,11. W tym badaniu dla kompozycji AgBi2I7 n-butyloamina jest stosowana jako rozpuszczalnik do jednoczesnego rozpuszczania prekursorów jodku srebra (AgI) i jodku bizmutu (BiI3). Mieszaninę wirowo i wyżarza w temperaturze 150 °C przez 30 minut w komorze rękawicowej wypełnionej N2; Następnie folie są hartowane do temperatury pokojowej. Powstałe cienkie folie są koloru brązowo-czarnego. Ponadto morfologia powierzchni i skład krystaliczny układów trójskładnikowych Ag-Bi-I są kontrolowane przez temperatury wyżarzania i stosunek prekursorów AgI/BiI3. Powstałe cienkie warstwy AgBi2i7 wykazują strukturę krystaliczną w fazie sześciennej, gęstą i gładką morfologię powierzchni z dużymi ziarnami o wielkości 200 - 800 nm oraz optyczną przerwę energetyczną 1,87 eV, która zaczyna absorbować światło o długości fali 740 nm. Niedawno doniesiono, że optymalizując skład kryształów i architekturę urządzenia, trójskładnikowe cienkowarstwowe ogniwa słoneczne Ag-Bi-I mogą osiągnąć PCE na poziomie 4,3%.

<table><tbody><tr><td>Jodek bizmutu(III), Puratronic, 99,999% (na bazie metali)</td><td>Afa Aesar</td><td>7787-64-6</td><td>przechowywany w stanie wypełnionym N2</td></tr><tr><td>Jodek srebra, Premion, 99,999% (na bazie metali)</td><td>Afa Aesar</td><td>7783-96-2</td><td>przechowywany w stanie wypełnionym N2</td></tr><tr><td>Butylamina 99,5%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>109-73-9</td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>9002-93-1</td><td></td></tr><tr><td>Alkohol izopropylowy (IPA)</td><td>Duksan</td><td>67-63-0</td><td>Elektryczny</td></tr><tr><td>izoproptlenek tytanu(IV)</td> o wysokiej czystości <td>Sigma-Aldrich</td><td>546-68-9</td><td>&ge; 97,0%</td></tr> <tr><td>Alkohol etylowy</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>64-17-5</td><td>200 proof, odczynnik ACS, &ge; 99,5%</td></tr><tr><td>Kwas solny</td><td>SAMCHUN</td><td>7647-01-0</td><td>Ekstra czysty</td></tr><tr><td>czterochlorek tytanu (TiCl4)</td><td>sharechem pasta</td><td></td><td></td></tr><tr><td>nanocząsteczkowa TiO2 o wielkości 50 nm</td><td>sharechem</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2-propanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>67-63-0</td><td>bezwodny, 99,5%</td></tr><tr><td>Terpineol</td><td>Merck</td><td>8000-41-7</td><td></td></tr><tr><td>Piec grzewczy</td><td>Dyfrakcja</td> rentgenowska (XRD) plazmy tlenowej (O2) WiseTherm <td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>Dyfraktometr Rigaku Miniflex 600 z licznikiem scyntylacyjnym NaI i wykorzystujący monochromatyzowane promieniowanie Cu-K&alpha (1,5406 i długość fali).</td><td></td></tr><tr><td>Podczerwień z transformacją Fouriera (FTIR)</td>Skaningowy mikroskop elektronowy <td>Bruker</td><td></td><td>Bruker Tensor 27</td></tr><tr><td>z emisją polową (FE-SEM)</td><td>Hitachi</td><td></td><td>Hitachi SU8230</td></tr><tr><td>Widma UV-Vis</td><td>PerkinElmer PerkinElmer</td><td></td><td>Spektrofotometr LAMBDA 950 Spektroskopia</td></tr><tr><td>fotoelektronów w ultrafiolecie (UPS)</td><td>Instrumenty</td><td></td> RBD <td>PHI5500 system Multi-Technique</td></tr></tbody></table>

trójskładnikowe cienkie warstwy "srebrowo-bizmutowo-jodowe" przetworzone w roztworze do bezołowiowych absorberów fotowoltaicznych

Solution-Processed "Silver-Bismuth-Iodine" Ternary Thin Films for Lead-Free Photovoltaic Absorbers

Hybrydowe perowskity na bazie bizmutu są uważane za obiecujące fotoaktywne półprzewodniki do przyjaznych dla środowiska i stabilnych powietrznie zastosowań ogniw słonecznych. Jednak słaba morfologia powierzchni i stosunkowo wysokie energie pasma wzbronionego ograniczyły ich potencjał. Jod srebra bizmutu (Ag-Bi-I) jest obiecującym półprzewodnikiem do urządzeń optoelektronicznych. W związku z tym demonstrujemy wytwarzanie cienkich warstw trójskładnikowych Ag-Bi-I przy użyciu przetwarzania roztworu materiałowego. Powstałe cienkie warstwy wykazują kontrolowaną morfologię powierzchni i optyczne przerwy energetyczne w zależności od temperatury wyżarzania termicznego. Ponadto doniesiono, że układy trójskładnikowe Ag-Bi-I krystalizują do AgBi2I7, Ag2BiI5 itd. zgodnie ze stosunkiem prekursorów chemicznych. Cienkie warstwy AgBi2I7 przetworzone w roztworze wykazują strukturę krystaliczną w fazie sześciennej, gęstą, pozbawioną otworków morfologię powierzchni o ziarnistościach o wielkości od 200 do 800 nm oraz pośrednią przerwę energetyczną 1,87 eV. Powstałe w ten sposób cienkie warstwy AgBi2i7 wykazują dobrą stabilność powietrza i wykresy pasma energetycznego, a także morfologie powierzchni i optyczne przerwy energetyczne odpowiednie dla bezołowiowych i stabilnych powietrzem jednozłączowych ogniw słonecznych. Całkiem niedawno uzyskano ogniwo słoneczne o sprawności konwersji energii 4,3% poprzez optymalizację składu kryształów Ag-Bi-I i architektury urządzeń ogniw słonecznych.

Stwierdzono, że trójskładnikowe systemy Ag-Bi-I, uznawane za obiecujące półprzewodniki, krystalizują się w różnych składach, takich jak AgBi2I7, AgBiI4 oraz Ag2BiI510, w zależności od stosunku molowego AgI do BiI3. Wcześniejsze badania wykazały, że formy kryształów bryłowych o różnych składach trójskładnikowych systemów Ag-Bi-I można uzyskać eksperymentalnie poprzez zmianę stosunku molowego AgI i BiI...

Tutaj prezentujemy szczegółowe protokoły dla przetwarzanych w roztworze cienkich warstw półprzewodnikowych srebra, bizmutu i jodu (Ag-Bi-I) wytwarzanych na przezroczystych elektrodach pokrytych TiO2 oraz ich potencjalnego zastosowania jako stabilnych i bezołowiowych urządzeń optoelektronicznych.

Trójskładnikowe cienkie warstwy "srebrowo-bizmutowo-jodowe" przetworzone w roztworze do bezołowiowych absorberów fotowoltaicznych

Bismuth-based hybrid perovskites are regarded as promising photo-active semiconductors for environment-friendly and air-stable solar cell applications. ...

Ta metoda może pomóc w znalezieniu odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące sposobu wytwarzania trójskładnikowych półprzewodników srebrowo-bizmutowo-jodowych do przyjaznych dla środowiska cienkowarstwowych ogniw słonecznych i adaptacji aplikacji. Główną zaletą tej techniki jest wytwarzanie roztworu srebra, bizmutu i jodu, który jest następnie wykorzystywany jako bezołowiowy absorber fotowoltaiczny w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych o mikroskopijnej architekturze urządzenia. Technika ta ma potencjalne zastosowania w produkcji przyjaznych dla środowiska cienkowarstwowych ogniw słonecznych, ponieważ trójskładnikowe półprzewodniki srebrowo-bizmutowo-jodowe są bezołowiowymi, stabilnymi powietrzem absorberami fotowoltaicznymi.Aby rozpocząć przygotowywanie roztworu prekursora do zwartych warstw dwutlenku tytanu, umieść 8 mililitrów bezwodnego etanolu w 20-mililitrowej szklanej fiolce i zacznij energicznie mieszać. Dodaj 0,74 mililitra izopropotlenku tytanu do mieszającego etanolu kroplami. A następnie szybko dodaj 0,06 mililitra stężonego kwasu solnego.Mieszaj mieszaninę przez 12 do 24 godzin w temperaturze pokojowej, aby uzyskać roztwór prekursora. Następnie sonikować goły substrat FTO o wymiarach jeden cal na jeden cal przez 15 minut w 2% wodnym roztworze oktoksynolu-9, acetonu i alkoholu izopropylowego. Czyste podłoże suszyć w piekarniku w temperaturze 70 stopni Celsjusza przez godzinę i pozostawić do ostygnięcia do temperatury pokojowej na powietrzu.Następnie zamocuj podłoże na uchwycie do powlekania wirowego. Napełnij strzykawkę o pojemności 1 mililitra lub 3 mililitrów kompaktowym roztworem prekursorowym warstwy dwutlenku tytanu i podłącz filtr strzykawkowy o długości 0,2 nanometra. Przefiltrować roztwór do małej fiolki.Nałożyć 200 mikrolitrów przefiltrowanego roztworu prekursora na podłoże, aby całkowicie je pokryć. Wiruj podłoże z prędkością 3000 obr./min przez 30 sekund. Wyżarzaj folię w piekarniku w temperaturze 500 stopni Celsjusza przez godzinę.Następnie wyłącz ogrzewanie i pozwól podłożu ostygnąć w powietrzu do temperatury pokojowej, co zwykle trwa około sześciu godzin. Następnie zanurzyć powlekane podłoże w wodnym roztworze czterochlorku tytanu o stężeniu 0,12 molowym. Namocz podłoże w piekarniku o temperaturze 70 stopni Celsjusza przez 30 minut.Następnie dokładnie spłucz podłoże w wodzie dejonizowanej, aby usunąć resztki czterochlorku tytanu. Wyżarzaj folię w temperaturze 500 stopni Celsjusza przez godzinę, a następnie pozwól jej ostygnąć do temperatury pokojowej na powietrzu. Po ostygnięciu przechowuj kompaktowe podłoże pokryte dwutlenkiem tytanu pod gazowym azotem do późniejszego wykorzystania.Aby rozpocząć przygotowywanie roztworu prekursora dla mezoporowatej warstwy nanocząstek dwutlenku tytanu w szklanej fiolce o pojemności 5 mililitrów, połącz 0,5 grama 50-nanometrowej pasty nanocząsteczkowej dwutlenku tytanu z 1,75 grama alkoholu izopropylowego i 0,5 grama terpineolu. Dodaj mieszadło do fiolki i mieszaj, aż pasta całkowicie się rozpuści. Zwykle trwa to około godziny.Następnie utrwalić kompaktowe podłoże FTO pokryte dwutlenkiem tytanu na powlekarce wirowej i nanieść 200 mikrolitrów roztworu nanocząstek na powierzchnię podłoża. Wiruj podłoże z prędkością 5000 obr./min przez 30 sekund. Powlekane podłoże wyżarzać w piekarniku w temperaturze 500 stopni Celsjusza przez godzinę i pozostawić do ostygnięcia do temperatury pokojowej.Następnie namocz podłoże w wodnym roztworze czterochlorku tytanu o stężeniu 0,12 molowym w temperaturze 70 stopni Celsjusza przez 30 minut. Dokładnie spłucz podłoże wodą dejonizowaną. Wyżarzaj go w temperaturze 500 stopni Celsjusza przez godzinę i pozwól mu ostygnąć do temperatury pokojowej w powietrzu.Podłoże pokryte zwartymi i mezoporowatymi warstwami dwutlenku tytanu należy przechowywać pod gazowym azotem do późniejszego wykorzystania. Aby rozpocząć przygotowywanie cienkich warstw jodobismuthatu srebra, heptajodyku dibizmutu srebra, w komorze rękawicowej wypełnionej azotem przy niskiej wilgotności połącz 0,3 grama jodku bizmutu-trzy, 0,06 grama jodku srebra i 3 mililitry n-butyloaminy. Energicznie wirować mieszaninę, aż ciała stałe w większości się rozpuszczą, a następnie strzykawką przefiltrować roztwór prekursora przez filtr politetrafluoroetylenowy o średnicy 0,2 mikrometra.Następnie utrwal żądane podłoże na powlekarce wirowej i nałóż 200 mikrolitrów przefiltrowanego roztworu prekursora. Wiruj podłoże z prędkością 6000 obr./min przez 30 sekund. Umieść podłoże na płycie grzejnej i podgrzej je do 150 stopni Celsjusza.Wyżarzaj folię w tej temperaturze przez 30 minut, a następnie szybko wyjmij ją z płyty grzejnej, aby ją ugasić. W schowku rękawicowym wypełnionym azotem wymieszaj 10 miligramów P3HT i 1 mililitr chlorobenzenu. Mieszaj mieszaninę w temperaturze 50 stopni Celsjusza przez 30 minut, aby całkowicie rozpuścić P3HT, a następnie przefiltruj mieszaninę za pomocą filtra strzykawkowego z PTFE o średnicy 0,2 mikrometra.Następnie utrwal podłoże FTO pokryte hepatiodkiem dibizmutu srebra na zwartym i mezoporowatym dwutlenku tytanu na powlekarce spinowej. Nanieść 100 mikrolitrów roztworu P3HT na podłoże i obtoczyć podłoże wirowo z prędkością 4000 obr./min lub 30 sekund. Wyżarzaj folię P3HT na płycie grzejnej podgrzanej do 130 stopni Celsjusza przez 10 minut.Poczekaj, aż podłoże ostygnie do temperatury pokojowej w schowku na rękawiczki. Na koniec użyj parownika termicznego, aby osadzić 100 nanometrów złota z prędkością 0,5 angstrema na sekundę na podłożu, aby utworzyć górne złote styki ogniwa słonecznego. Tą metodą wyprodukowano trójskładnikowe cienkie warstwy srebra, 1:2, 1:1 i 2:1 stosunku molowego jodku srebra do jodku bizmutu-3 wynoszące 1:2, 1:1 i 2:1.Film w skali 1:2 pokazywał pojedynczy pik pod kątem około 42 stopni, co wskazuje na sześcienną strukturę. Dla filmów 1:1 i 2:1 zaobserwowano rozszczepienie pików, co wskazuje na strukturę heksagonalną. Film 1:2 pochłaniał dłuższe fale niż film 2:1.Co więcej, film 1:2 miał gładką powierzchnię z dużymi ziarnami, podczas gdy na filmie 2:1 obserwowano cząsteczki nadmiaru jodku srebra. Film w skali 1:2 został więc wybrany do dalszych badań. Dyfrakcja rentgenowska wykazała, że do całkowitej krystalizacji warstwy 1:2 w fazie sześciennej wymagana jest temperatura wyżarzania wynosząca 150 stopni Celsjusza.Film utrzymywał się w powietrzu przez co najmniej 10 dni. Spektroskopie FTIR sugerowały, że resztkowa n-butyloamina pozostawała słabo skompleksowana z jodkiem bizmutu-3 i jodkiem srebra w niższych temperaturach wyżarzania, hamując tworzenie się bloków budulcowych srebro-bizmut-jod. Ziarna stawały się większe i gęściej upakowane wraz ze wzrostem temperatury wyżarzania.Folie wyżarzane w temperaturze 150 stopni Celsjusza miały również najbardziej odpowiednie właściwości absorpcyjne do stosowania w ogniwach słonecznych. Ogólnie rzecz biorąc, warstwa heptaiodku dibizmutu srebra wyżarzona w temperaturze 150 stopni Celsjusza wykazała odpowiednie właściwości energetyczne do stosowania w ogniwach słonecznych. Technika ta toruje drogę naukowcom zajmującym się cienkowarstwowymi ogniwami słonecznymi przetwarzanymi w roztworze do dalszego opracowywania metodologii trójskładnikowych półprzewodników srebrowo-bizmutowo-jodowych w zastosowaniach takich jak bezołowiowe i stabilne powietrzem cienkowarstwowe ogniwa słoneczne.Próbując wykonać tę procedurę, możesz użyć kontrolowanej wilgotności poniżej 20% do wirowego powlekania podłoża roztworem prekursora srebra i jodu bizmutu. Jeśli wirujesz roztwór prekursora o wilgotności 30% lub wyższej, zobaczysz żółtawy kolor ze względu na wysoce reaktywny i fotograficzny Jeśli nie możesz kontrolować wilgotności w powlekarce wirowej, możesz wirować roztwór prekursora w komorze rękawicowej wypełnionej N. Należy jednak pamiętać, że po zakończeniu należy całkowicie wyczyścić schowek na rękawiczki.

solution-processed-silver-bismuth-iodine-ternary-thin-films-for-lead

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Polikrystaliczne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne z krzemu na szkle są wytwarzane poprzez osadzanie warstw krzemu domieszkowanego borem i fosforem, a następnie krystalizację, pasywację defektów i metalizację. Pułapkowanie światła oparte na plazmonice wprowadza się poprzez formowanie nanocząsteczek Ag na powierzchni ogniwa krzemowego pokrytego reflektorem dyfuzyjnym, co skutkuje wzrostem prądu światła o ok. 45%.

Ogniwa słoneczne z cienkich warstw polikrystalicznego krzemu z plazmonicznym wspomaganiem pułapkowania światła

Przedstawiono ogólną strategię opracowania kompozytów nanokryształów półprzewodnikowych z separacją ładunku, które można wykorzystać w produkcji energii słonecznej. Wykazano, że zgrupowanie domen nanokryształów typu donora i akceptora w obrębie pojedynczej nanocząstki nadaje jej funkcję fotokatalityczną, podczas gdy heterozłącza objętościowe (bulk-heterojunctions) w filmach z nanokryształów typu donora i akceptora mogą być wykorzystywane do fotowoltażnej konwersji energii.

Pozyskiwanie energii słonecznej za pomocą nanocryształów rozdzielających ładunki oraz ich ciał stałych

Ten protokół opisuje syntezę i osadzanie roztworu nieorganicznych nanokryształów warstwa po warstwie w celu wytworzenia cienkiej warstwy elektroniki na powierzchniach nieprzewodzących. Atramenty stabilizowane rozpuszczalnikiem mogą wytwarzać kompletne urządzenia fotowoltaiczne na podłożach szklanych poprzez powlekanie wirowe i natryskowe po wymianie ligandów i spiekaniu po osadzaniu.

Produkcja w pełni przetworzonych w roztworze nieorganicznych nanokrystalicznych urządzeń fotowoltaicznych

Prezentujemy obszerne badanie na temat efektów różnych metod wytwarzania organicznych/nieorganicznych cienkich warstw perowskitu, porównując struktury krystaliczne, gęstość stanów, poziomy energii i ostatecznie wydajność ogniw słonecznych.

Wpływ metod wytwarzania perowskitów hybrydowych na tworzenie filmu, strukturę elektronową i wydajność ogniw słonecznych

Tutaj prezentujemy protokół do dostosowania właściwości przetworzonego w roztworze CH3NH3PbI3 poprzez włączenie monowalentnych dodatków kationowych w celu uzyskania wysoce wydajnych perowskitowych ogniw słonecznych.

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

Tutaj prezentujemy protokół syntezy prekursorów CH3NH 3 I i CH3NH 3Br oraz późniejszego tworzenia bezotworkowych, ciągłych cienkich warstw CH3NH3PbI3-xBrx do zastosowania w wysokowydajnych ogniwach słonecznych i innych urządzeniach optoelektronicznych.

Proces niskociśnieniowego roztworu wspomaganego parą wodną do przestrajalnych warstw perowskitowych z halogenku metyloamonowo-ołowiowego bez otworków

Przedstawiono protokół syntezy hybrydowych perowskitowych atramentów kropek perowskitowych z nieorganiczno-ołowiowo-halogenkowym do druku atramentowego oraz protokół przygotowania i drukowania atramentów z kropkami kwantowymi w drukarce atramentowej z technikami postcharakteryzacji.

Druk atramentowy Wszystkie nieorganiczne atramenty perowskitowe halogenkowe do zastosowań fotowoltaicznych

W tym protokole opisujemy szczegółową procedurę eksperymentalną wytwarzania solidnego kontaktu w nanoskali między siecią srebrnych nanoprzewodów a warstwą buforową CdS w cienkowarstwowym ogniwie słonecznym CIGS.

Wytwarzanie wytrzymałego kontaktu w nanoskali między elektrodą z nanodrutu srebrnego a warstwą buforową CdS w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych Cu(In,Ga)Se2

Ta praca demonstruje łatwą syntezę w temperaturze pokojowej koloidalnych, ograniczonych kwantowo nanopłytek perowskitu halogenku ołowiu metodą wspomaganą przez ligand. Zsyntetyzowane nanopłytki krwi wykazują spektralnie wąskie cechy optyczne i ciągłą dostrajalność widmową w całym zakresie widzialnym poprzez zmianę składu i grubości.

Łatwa synteza koloidalnych nanopłytek perowskitu halogenku ołowiu poprzez recypitację wspomaganą ligandem

Ta praca opisuje kompletny proces produkcji cienkich absorberów tellurku kadmu/tellurku selenu/tellurku kadmu dla zwiększenia wydajności. Proces wykorzystuje zautomatyzowany system próżniowy in-line do osadzania sublimacyjnego w bliskiej przestrzeni, który jest skalowalny, od produkcji urządzeń badawczych o małej powierzchni, a także modułów na dużą skalę.

Ultracienkie ogniwa słoneczne CdSeTe/CdTe osadzane sublimacyjnie w bliskiej przestrzeni dla zwiększenia gęstości prądu zwarciowego i fotoluminescencji

Opisujemy metodę wyżarzania w podczerwieni używaną do syntezy perowskitów i mezoskopowych warstw TiO2. Parametry wyżarzania są zróżnicowane i zoptymalizowane pod kątem obróbki na szkle z tlenku cyny (FTO) domieszkowanym fluorem i politereftalanu etylenu pokrytym tlenkiem indu cyny (ITO PET), co w efekcie zapewnia urządzeniom sprawność konwersji mocy &gt;20%.

Błyskawiczne wyżarzanie w podczerwieni do przetwarzania perowskitowych ogniw słonecznych

Poznaj metodę wytwarzania cienkich warstw Ag-Bi-I w roztworze jako bezołowiowych absorberów fotowoltaicznych na elektrodach TiO₂. Technika ta umożliwia produkcję ekologicznych ogniw słonecznych.

Trójskładnikowe cienkie warstwy "srebrowo-bizmutowo-jodowe" przetworzone w roztworze do bezołowiowych absorberów fotowoltaicznych

Przeglądaj więcej filmów