Monovalente Cation Doping de CH ₃ NH ₃ PBI ₃ For eficientes células solares Perovskita

O objetivo geral deste procedimento é melhorar as propriedades optoeletrônicas da perovskita de haleto de chumbo por meio da dopagem de cátions monovalentes para células solares de perovskita altamente eficientes. A incorporação de cátions monovalentes na perovskita de haleto de chumbo melhora significativamente a qualidade do semicondutor e o comportamento do efeito fotográfico deste material. A adição de uma quantidade racional de dopantes catiônicos monovalentes de baixo custo aos materiais de perovskita aumenta a mobilidade da carga e reduz a desordem energética em uma ordem de magnitude.

Para começar a comparar o substrato, use fita adesiva acrílica semitransparente para cobrir 2/3 do lado condutor de uma lâmina de vidro revestida com FTO. Em seguida, cubra as áreas descobertas com pó de zinco. Despeje uma solução de ácido clorídrico 2 molar em água destilada sobre a lâmina para gravar o substrato.

Use um cotonete para limpar o resíduo das seções expostas da lâmina. Enxágue o substrato FTO gravado com água destilada e remova a fita. Lave a superfície gravada em uma solução de 2% de peso por volume de concentrado de detergente líquido alcalino e água.

Sonicar o substrato FTO por 10 minutos cada em banhos de acetona e isopropanol em sequência. Trate o substrato FTO em um limpador de plasma de oxigênio por 15 minutos para terminar de limpar o substrato gravado. Para depositar toda a camada compacta de óxido de titânio de bloqueio, primeiro coloque o substrato FTO gravado e limpo na placa quente a 450 graus Celsius.

Cubra imediatamente a área de contato com uma lâmina de vidro pré-cortada e deixe o substrato aquecer a 450 graus Celsius. Misture 0,6 mililitros de TAA com 7 mililitros de isopropanol. Com o substrato a 450 graus Celsius, aplique a solução de TAA no substrato por pirólise por pulverização usando ar como gás de arraste.

Deixe a amostra permanecer a 450 graus Celsius por 30 minutos. Em seguida, deixe a amostra esfriar até a temperatura ambiente. Remova a tampa de vidro assim que o substrato esfriar.

Para depositar a camada de transporte de elétrons, primeiro dilua a pasta de óxido de titânio de 30 nanomolares com etanol para uma proporção de peso de 2:7. Sonicar a suspensão durante 30 minutos. Em seguida, gire a amostra com a suspensão por 30 segundos a 5.000 RPM com uma taxa de rampa de 2.000 RPM por segundo.

Aniquile o filme de titânio a 500 graus Celsius por 30 minutos para produzir um filme de óxido de titânio mesoporoso. Em seguida, mergulhar a amostra numa solução 40 milimolar de cloreto de titânio e água destilada. Trate as amostras a 70 graus Celsius por 20 minutos.

Aniquile a amostra tratada com cloreto de titânio a 450 graus Celsius por mais 30 minutos. Transfira a amostra para um porta-luvas cheio de nitrogênio com umidade inferior a 1%Em uma atmosfera inerte com baixo teor de água e oxigênio, adicione 1 mililitros de DMF a 553 miligramas de iodeto de chumbo. Aqueça a mistura a 80 graus Celsius, mexendo continuamente até que o iodeto de chumbo se dissolva.

Em seguida, prepare uma solução molar de 0,02 do haleto catiônico monovalente escolhido na solução de iodeto de chumbo. Aplique 80 microlitros do haleto catiônico monovalente em solução de iodeto de chumbo no substrato. Gire o substrato por 30 segundos a 6.500 RPM com uma taxa de rampa de 4.000 RPM por segundo.

Asse o filme fino resultante a 80 graus Celsius por 30 minutos. Em seguida, dissolva 40 miligramas de iodeto de metilamônio em 5 mililitros de isopropanol. Coloque o substrato revestido com iodeto de chumbo em um revestidor giratório e aplique 120 microlitros da solução MAI.

Deixar a solução repousar sobre o substrato durante 45 segundos e, em seguida, centrifugar o revestimento com MAI durante 20 segundos a 4 000 RPM. Aniquile o filme de perovskita a 100 graus Celsius por 45 minutos. Para depositar toda a camada de transporte, primeiro adicione 1 mililitro de clorobenzeno a 72,3 miligramas de espiro-metoxiTAD.

Agite a mistura até que a solução pareça transparente. Prepare uma solução-mãe de 520 miligramas de lítio TFSI em 1 mililitro de acetonitrila. Em seguida, misture 17,5 microlitros da solução de lítio TFSI em 28,8 microlitros de 4-terc-butilpiridina com a solução de espiro-metoxiTAD.

Centrifugar a amostra com esta mistura durante 30 segundos a 4 000 RPM com uma taxa de rampa de 2 000 RPM por segundo. Cubra a amostra com um padrão de máscara para os contatos superiores da célula solar. Deposite uma camada de ouro de 80 nanômetros na amostra a uma taxa de 0,01 nanômetros por segundo para terminar de fabricar a célula solar.

Filmes finos de perovskitas puras e à base de aditivos foram comparados com os filmes de iodeto de chumbo correspondentes. Quando o iodeto de sódio foi usado como aditivo, grandes cristais em forma de ramo de iodeto de chumbo foram observados pela FESEM junto com grandes cristais de perovskita assimétricos. Quando o iodeto de cobre e o iodeto de prata foram usados como aditivos, foram observadas camadas de perovskita uniformes e sem orifícios.

A difração de raios X mostrou que a dopagem catiônica não teve efeito sobre a estrutura cristalina da perovskita. Nenhum pico correspondente ao iodeto de chumbo não convertido foi observado quando iodeto de sódio ou brometo de cobre foi usado como aditivo. A microscopia de força da sonda Kelvin mostrou que os níveis de fermi de perovskita dopada se deslocaram em direção à banda de valência.

As amostras dopadas apresentaram aumento da condutividade em elétrons e mobilidades inteiras, particularmente para as amostras de iodeto de sódio e brometo de cobre. Aumentos também foram observados para a corrente de curto-circuito no fator de preenchimento. O maior aumento da corrente de curto-circuito em células à base de brometo de cobre e iodeto de sódio foi atribuído à conversão total de iodeto de chumbo e à melhoria da mobilidade da carga.

Melhorias na tensão de circuito aberto foram observadas para células solares à base de iodeto de cobre e iodeto de prata, provavelmente por causa de suas superfícies uniformes sem orifícios. As eficiências de conversão de energia das células solares à base de iodeto de sódio, brometo de cobre e iodeto de cobre foram notavelmente maiores do que as de uma célula de perovskita intocada. Demonstramos um método de dopagem fácil que é compatível com o processamento em solução de perovskita de haleto de chumbo metilamônio como uma camada absorvedora na estrutura da célula solar de perovskita mesoscópica.

As propriedades optoeletrônicas e estruturais dos materiais de perovskita de haleto de chumbo podem ser ajustadas por quantidades de controle de dopantes catiônicos monovalentes, o que pode levar a um desempenho fotovoltaico superior. Nosso método abriu caminho para pesquisadores no campo da energia fotovoltaica explorarem essa técnica em outras configurações de células solares de perovskita para melhorar ainda mais a qualidade eletrônica dos filmes finos de perovskita.