Одновалентного катиона легирование CH ₃ NH ₃ PbI ₃ Для эффективного перовскита солнечных батарей

Общая цель этой процедуры заключается в улучшении оптоэлектронных свойств перовскита галогенида свинца за счет легирования моновалентными катионами высокоэффективных перовскитных солнечных элементов. Включение одновалентных катионов в перовскит галогенида свинца значительно улучшает качество полупроводников и фотоэффект этого материала. Добавление рационального количества недорогих одновалентных катионных легирующих примесей к перовскитным материалам увеличивает подвижность заряда и снижает энергетический беспорядок на порядок.

Чтобы начать сравнение подложки, используйте полупрозрачную акриловую клейкую ленту, чтобы покрыть 2/3 проводящей стороны предметного стекла с покрытием FTO. Затем обмажьте непокрытые участки цинковым порошком. Залейте горку раствором 2 молярных соляной кислоты в дистиллированной воде, чтобы протравить основание.

С помощью ватной палочки сотрите остатки с открытых участков предметного стекла. Промойте протравленный подложку FTO дистиллированной водой, а затем снимите ленту. Протравленную поверхность промыть в 2%-ном массовом растворе щелочного жидкого моющего концентрата и воды.

Ультразвуком обрабатывайте субстрат FTO в течение 10 минут в ваннах с ацетоном и изопропанолом последовательно. Обработайте подложку FTO в кислородно-плазменном очистителе в течение 15 минут, чтобы завершить очистку протравленной подложки. Чтобы нанести весь блокирующий компактный слой оксида титана, сначала поместите протравленную и очищенную подложку FTO на горячую пластину при температуре 450 градусов Цельсия.

Немедленно накройте место контакта предварительно вырезанным стеклянным предметным стеклом и дайте подложке нагреться до 450 градусов Цельсия. Смешайте 0,6 миллилитра TAA с 7 миллилитрами изопропанола. При температуре подложки 450 градусов Цельсия нанесите раствор TAA на подложку методом распыления пиролиза с использованием воздуха в качестве газа-носителя.

Дайте образцу постоять при температуре 450 градусов Цельсия в течение 30 минут. Затем дайте образцу остыть до комнатной температуры. Снимите стеклянную крышку, как только подложка остынет.

Чтобы нанести слой переноса электронов, сначала разбавьте 30 наномолярную пасту оксида титана этанолом до весового соотношения 2:7. Обработайте суспензию ультразвуком в течение 30 минут. Затем обжмите образец суспензией в течение 30 секунд при 5 000 об/мин со скоростью нарастания 2 000 об/мин в секунду.

Аннигилируйте титановую пленку при температуре 500 градусов Цельсия в течение 30 минут, чтобы получить мезопористую пленку оксида титана. Затем погрузите образец в 40 миллимолярный раствор хлорида титана и дистиллированной воды. Обрабатывайте образцы при температуре 70 градусов Цельсия в течение 20 минут.

Обезвреживайте обработанный хлоридом титана образец при температуре 450 градусов Цельсия в течение еще 30 минут. Перенесите образец в заполненный азотом бардачок с влажностью менее 1%В инертной атмосфере с низким содержанием воды, низким содержанием кислорода добавьте 1 миллилитр ДМФА к 553 миллиграммам йодида свинца. Нагрейте смесь до 80 градусов Цельсия, непрерывно помешивая, пока йодид свинца не растворится.

Затем приготовьте 0,02 молярного раствора выбранного одновалентного галогенида катионов в растворе йодида свинца. Нанесите на подложку 80 микролитров одновалентного галогенида катионов в растворе йодида свинца. Отжимное покрытие подложки в течение 30 секунд при 6 500 об/мин со скоростью нарастания 4 000 об/мин в секунду.

Выпекайте полученную тонкую пленку при температуре 80 градусов Цельсия в течение 30 минут. Далее растворите 40 миллиграммов йодида метиламмония в 5 миллилитрах изопропанола. Поместите подложку, покрытую йодидом свинца, в спин-коатер и нанесите 120 микролитров раствора MAI.

Дайте раствору постоять на подложке в течение 45 секунд, а затем покройте подложку MAI в течение 20 секунд при 4 000 об/мин. Аннигилируйте перовскитную пленку при температуре 100 градусов Цельсия в течение 45 минут. Чтобы нанести весь транспортный слой, сначала добавьте 1 миллилитр хлорбензола к 72,3 миллиграммам спирометоксиТАД.

Встряхивайте смесь до тех пор, пока раствор не станет прозрачным. Приготовьте стоковый раствор из 520 миллиграмм лития TFSI в 1 миллилитре ацетонитрила. Затем смешайте 17,5 микролитров раствора лития TFSI с 28,8 микролитрами 4-трет-бутилпиридина с раствором спирометоксиТАД.

Покройте образец этой смесью в течение 30 секунд при 4 000 об/мин со скоростью нарастания 2 000 об/мин в секунду. Накройте образец шаблоном маски для верхних контактов солнечного элемента. Нанесите на образец слой золота толщиной 80 нанометров со скоростью 0,01 нанометра в секунду, чтобы завершить изготовление солнечного элемента.

Тонкие пленки перовскитов в чистом виде и на основе аддитивных добавок сравнивались с соответствующими пленками йодида свинца. Когда йодид натрия использовался в качестве добавки, FESEM наблюдал большие разветвленные кристаллы йодида свинца вместе с крупными асимметричными кристаллами перовскита. При использовании йодида меди и йодида серебра в качестве добавок наблюдались однородные слои перовскитов без точечных отверстий.

Рентгеновская дифракция показала, что легирование катионами не оказывает влияния на кристаллическую структуру перовскита. При использовании в качестве добавки йодида натрия или бромида меди не наблюдалось пика, соответствующего непреобразованному йодиду свинца. Силовая микроскопия зонда Кельвина показала, что уровни перовскита сместились в сторону валентной зоны.

Легированные образцы показали повышенную проводимость в электронных и цельных подвижностях, особенно в образцах йодида натрия и бромида меди. Также наблюдалось увеличение тока короткого замыкания в коэффициенте заполнения. Большее увеличение тока короткого замыкания в элементах на основе бромида меди и йодида натрия было связано с полной конверсией йодида свинца и улучшением подвижности заряда.

Улучшение напряжения разомкнутой цепи наблюдалось для солнечных батарей на основе йодида меди и йодида серебра, вероятно, из-за их однородных поверхностей без точечных отверстий. Эффективность преобразования энергии солнечных элементов на основе йодида натрия, бромида меди и йодида меди была значительно выше, чем у перовскитного элемента. Мы продемонстрировали метод легкого легирования, совместимый с обработкой раствора перовскита галогенида свинца метиламмония в качестве поглощающего слоя в структуре мезоскопического перовскита солнечной батареи.

Оптоэлектронные и структурные свойства перовскитных материалов на основе галогенида свинца могут быть настроены с помощью контрольных количеств одновалентных катионных легирующих примесей, что может привести к превосходным фотоэлектрическим характеристикам. Наш метод проложил путь исследователям в области фотовольтаики к изучению этого метода в других конфигурациях перовскитных солнечных элементов для дальнейшего улучшения электронного качества перовскитных тонких пленок.