Monovalente Cation Doping de CH

O objetivo geral deste procedimento é aprimorar as propriedades optoeletrônicas da perovsquita de chumbo halogeneto por meio da dopagem com cátions monovalentes para fabricar células solares de perovsquita altamente eficientes. A incorporação de cátions monovalentes na perovsquita de chumbo halogeneto melhora significativamente a qualidade semicondutora e o comportamento do efeito fotoelétrico desse material. A adição de uma quantidade racional de dopantes de cátions monovalentes de baixo custo aos materiais de perovsquita aumenta a mobilidade de carga e reduz a desordem energética em uma ordem de grandeza.

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

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

Sonicar o substrato FTO por 10 minutos em banhos de acetona e isopropanol, respectivamente. Trate o substrato FTO em um limpador de plasma de oxigênio por 15 minutos para concluir a limpeza do substrato gravado. Para depositar toda a camada compacta de bloqueio de óxido de titânio, coloque primeiro o substrato FTO gravado e limpo sobre uma placa aquecida a 450 graus Celsius.

Cubra imediatamente a área de contato com uma lâmina de vidro pré-cortada e deixe o substrato aquecer até 450 graus Celsius. Misture 0,6 mililitros de TAA com 7 mililitros de isopropanol. Quando o substrato atingir 450 graus Celsius, aplique a solução de TAA ao substrato por pirólise por pulverização, utilizando ar como gás transportador.

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 tiver esfriado.

Para depositar a camada de transporte de elétrons, primeiro dilua a pasta de óxido de titânio 30 nanomolar com etanol numa proporção de massa de 2:7. Sonique a suspensão durante 30 minutos. Em seguida, aplique a suspensão sobre a amostra por spin coating durante 30 segundos a 5.000 RPM, com uma taxa de rampa de 2.000 RPM por segundo.

Realize a calcinação da película de titânio a 500 graus Celsius por 30 minutos para obter uma película de óxido de titânio mesoporosa. Em seguida, imerja a amostra em uma solução de 40 milimolar de cloreto de titânio e água destilada. Trate as amostras a 70 graus Celsius por 20 minutos.

Calcine a amostra tratada com cloreto de titânio a 450 graus Celsius por mais 30 minutos. Transfira a amostra para uma caixa de luvas preenchida com nitrogênio e umidade inferior a 1%. Em uma atmosfera inerte com baixo teor de água e oxigênio, adicione 1 mililitro de DMF a 553 miligramas de iodeto de chumbo. Aqueça a mistura a 80 graus Celsius sob agitação contínua até que o iodeto de chumbo tenha se dissolvido.

Em seguida, prepare uma solução 0,02 molar do haleto de cátion monovalente escolhido na solução de iodeto de chumbo. Aplique 80 microlitros do haleto de cátion monovalente em solução de iodeto de chumbo sobre o substrato. Faça o revestimento por centrifugação do substrato durante 30 segundos a 6.500 RPM, com uma taxa de rampa de 4.000 RPM por segundo.

Leve o filme fino resultante para assar 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 espalhador por centrifugação e aplique 120 microlitros da solução de MAI.

Deixe a solução repousar sobre o substrato por 45 segundos e, em seguida, aplique o revestimento por centrifugação com MAI por 20 segundos a 4.000 RPM. Anneale o filme de perovskita a 100 graus Celsius por 45 minutos. Para depositar a camada de transporte completo, adicione primeiro 1 mililitro de cloreto de benzeno a 72,3 miligramas de spiro-metoxiTAD.

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

Aplicar a amostra com esta mistura por spin coat durante 30 segundos a 4.000 RPM com uma taxa de aceleração de 2.000 RPM por segundo. Cobrir a amostra com uma máscara de padrão para os contatos superiores da célula solar. Depositar uma camada de 80 nanômetros de ouro sobre a amostra a uma taxa de 0,01 nanômetro por segundo para finalizar a fabricação da célula solar.

Camadas finas de perovskitas puras e à base de aditivos foram comparadas às respectivas camadas de iodeto de chumbo. Quando o iodeto de sódio foi usado como aditivo, cristais grandes com formato de ramificações de iodeto de chumbo foram observados por MEVFE, juntamente com cristais de perovskita grandes e assimétricos. Quando o iodeto de cobre e o iodeto de prata foram usados como aditivos, observaram-se camadas uniformes de perovskita livres de poros.

A difração de raios X mostrou que a dopagem com cátions não teve efeito na estrutura cristalina de 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 com sonda Kelvin mostrou que os níveis de Fermi da perovskita dopada se deslocaram em direção à banda de valência.

As amostras dopadas apresentaram aumento na condutividade e nas mobilidades de elétrons e lacunas, 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 completa do iodeto de chumbo e à melhoria da mobilidade de carga.

Foram observadas melhorias na tensão de circuito aberto para células solares baseadas em iodeto de cobre e iodeto de prata, provavelmente devido às suas superfícies uniformes e livres de poros. As eficiências de conversão de potência de células solares baseadas em iodeto de sódio, brometo de cobre e iodeto de cobre foram todas significativamente superiores à de uma célula perovskita pura. Demonstramos um método de dopagem simples que é compatível com o processamento em solução do perovskita halogeneto de chumbo metilamônio como camada absorvedora na estrutura de célula solar perovskita mesoscópica.

As propriedades optoeletrônicas e estruturais dos materiais de perovskita de haleto de chumbo podem ser ajustadas por meio de quantidades controladas de dopantes catiônicos monovalentes, o que pode resultar em desempenho fotovoltaico superior. Nosso método abriu caminho para que pesquisadores da área de fotovoltaicos explorem esta técnica em outras configurações de células solares de perovskita, a fim de melhorar ainda mais a qualidade eletrônica de filmes finos de perovskita.