우리는 결정 구조, 상태, 에너지 수준의 밀도 및 궁극적으로 태양 전지의 성능을 비교하는 무기 / 유기 박막이 페 로브 스카이 트 (perovskite)의 다른 제조 방법의 효과에 대한 광범위한 연구 결과를 제시한다.
하이브리드 유기 / 무기 할로겐화 티탄 석 최근 다른 박막 디바이스 기술을 초과 장치 효율을 달성 할 가능성, 태양 전지 응용 분야에서 큰 관심의 주제이었다. 그러나, 장치의 효율성과 기본 물성에 큰 변화가보고되어있다. 이것은 지금까지 충분히 검토되어 있지 않은 필름을 처리하는 동안 의도하지 않은 변형에 기인한다. 따라서 우리는 우리가 보여 CH 3 NH 3 PBI 3 페 로브 스카이 트의 다수의 형태 및 전자 구조의 광범위한 연구를 수행하는 방법 제조 방법뿐만 아니라, 유리체의 methylammonium 요오드화 납 (II), 요오드화 충격성 등의 혼합비 성막, 결정 구조, 상태 밀도, 에너지 수준, 궁극적으로 태양 전지 성능.
박막 태양 전지 기술에 의한 플렉시블 기판 상에 낮은 재료 소모량 및 적용에 태양 전지 응용 연구에 큰 관심을 끌고있다. 특히, 무기 / 유기 할로겐화물 페 로브 스카이 트 재료를 높은 효율로 이어지는 태양 전지 소자에서 가능한 활성층 인 것으로 입증되었다. 페 로브 스카이 트 (perovskite)는 높은 흡수 계수 1, 높은 전하 이동 (2), 에너지 (3)를 결합 낮은 여기자으로 유리한 특성을 갖추고 있습니다. 페 로브 스카이 트 레이어는 다양한 용액 또는 납 (II) 요오다 이드 (PBI 2) methylammonium오다 이드 (MAI)과 같은 저가의 전구체 물질을 사용하여 기상 기반 제조 방법에 의해 제조 될 수있다. 이 방법은 시판의 실리콘 태양 전지에 비해 낮은 제조 온도를 사용하여 결정 성이 높은 필름을 쉽게 제조 할 수 있습니다.
그것은 웃음이었다이 엑시톤 확산 길이와 전하 이동에 영향을 WN로하는 여러 파라미터는 페 로브 스카이 트의 태양 전지, 특히 필름 형태의 성능에 큰 영향을 미친다. 니가 등. 보여 주었다, 페 로브 스카이 트 막 모폴로지를 향상 따르면 평균 결정 크기, 태양 전지의 성능 향상 -4,5- 관련하여. 형태 (예 : 아세트산 납 (6)의 이용), (II) 분자 첨가제 7 용매 (III)을 선택 (NH 4 CL 등) (ⅳ) 온도, 전구체 재료 (I)의 선택에 의해 영향을받을 것으로 나타났다 및 그 제조 방법, 특히 9 (V)를 선택 (톨루엔 또는 클로로 벤젠과 같은 8) 용매 대기 하에서 어닐링. (4) 17 %를 초과하는 효율이 태양 전지의 1 단계 또는 2 단계, 스핀 코팅과 같은 용액 결과 기반 프로세스 </ SUP> (10)는 진공 증착 페 로브 스카이 태양 전지 동안 11, 12, 15.4 % (13)의 효율을 얻었다.
페 로브 스카이 트 레이어 과잉 PBI이 때문에 결정 입계 (14)에 의한 PBI 2 페 로브 스카이 트 막을 패시베이션 의해 향상된 캐리어 균형 태양 전지의 성능에 유리하다 나타났다. 그러나, 약간의 작업이 페 로브 스카이 트 막 재료의 화학량 효과의 역할을 이해하기 위해 수행되었다.
이 논문에서 우리는 다르게 준비 페 로브 스카이 트 필름의 넓은 범위에 광범위한 연구를 제시하고 표시 방법 제조 방법 및 전구체 화학 양론 영향 형태, 결정, 상태 밀도, 막 조성 및 태양 전지의 성능을 제공합니다. 전체 론적 개요 characteri 필름으로 제작에 이르기까지, 제시장치 성능에 zation 모든 방법.
우리는 처리 조건은 필름 형태에 따르면 막에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이 연구 그룹 많은 동일한 페 로브 스카이 트 재료, 태양 전지의 성능 및 이온화 포텐셜 대한 다른 결과를 게시하는 이유이다.
모든 처리 단계 및 특성화 방법은 습도의 저하를 방지하기 위해 불활성 분위기 (또는 진공) 하에서 수행 될 수 있도록, 재현성을 보장하기 위해, 중요하다. 또한 유리체의 순도 및 공급 업체는 중요한 역할 (안 여기 조사)를 재생할 수 있습니다. 페 로브 스카이 진공 층이 결정 성이 높은 필름을 갖추고 증착 것이 명백하다; 그러나, 비교하여 액 처리 막을 높은 스루풋으로 제조 될 수있다.
전구체 용액에 첨가제와 스핀 코터 그릇에 톨루엔 분위기로 NH 4 CL을 사용하여 우리의 연구에서 가장 재현하고 부드러운 perovskit 제공전자 필름. 한편, 딥 앤드 드롭 코팅 공정이 아닌 거친 표면을 초래할, 또한 단말기 프로그램이 고려되지 않았다. 마지막으로, 진공 처리 된 층은 전체 작은 결정 크기 (~ 100 ㎚)하지만 전체 영화와 매끄러운 표면을 통해 범위의 높은 수준을 갖추고 있습니다. 전구체의 비율을 변화와 샘플 시리즈에서, 우리는 조성뿐만 아니라 막 형성에 큰 영향을 미치는 것을 배웠다. (도 2) XRD로 이들 층을 조사 때, 모든 필름은, 결정 성이 높은 상기 (110) 및 (220)면을 나타내는 14.11 ° 및 28.14 °에서의 반사로 나타낸 유사한 정방 정계 결정 구조를 보여주는 일부 동안에 층은 약한 (002)의 모양과 (004) 반사에 의해 볼 수있는, 조금 더 무질서 보였다. 그러나, XRD 회절 피크의 유의 넓어짐이 관찰되지 않는다. 흥미롭게도, 12.63 °에서 PBI (2)의 분리 단계의 흔적은 없습니다 심지어 통합 PBI 2의 큰 초과하는 양의 발견. 이 PBI (2) XRD에 의해 그것을 발견 할 수 있습니다 별도의 단계 또는 나노 결정 섬하지만 같은 묽은 전면 광고로하지 포함되어 있음을 나타냅니다. 따라서, XRD의 사용이 제한된다.
한편, XPS는 PBI 2 (제조 방법)에 따라 MAI의 부가 량이, 막 중의 질소 비율 리드의 변화로부터 명백한 바와 같이 존재하는 것을 확인한다. 전술 한 바와 같이 차례로이 삽입 필름의 전자 구조에 상당한 영향을 미친다. 지금, UPS에 의해 밝혀 이온화 에너지의 차이의 관찰과 XPS의 결과를 결합하는이 두 현상의 상관 관계를 우리에게 있습니다. 도 6은 측정 IE 값은 해당 막의 조성 (질소 비율 리드)의 함수로서 플롯 결합 플롯을 나타낸다.
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그림 6 : 40 페 로브 스카이 트 Fi를 LMS 세트 전체 데이터를 추출 측정 지점. (XPS에 의해 결정) 질소 함량 리드의 원소 비율 R 특급의 이온화 에너지 의존; 실선은 데이터 선형 파이 t이고, 점선은 ± 0.12 eV의 표준 편차를 표시한다. 바닥에서, 과학 t의 잔차가 표시됩니다. 참조 (16)로부터 허가 재판. 저작권 2015 와일리 – VCH. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
우리는이 두 값 사이에 명확한 선형 상관 관계를 찾을 수 있습니다. PBI를이 풍부한 층이 IE를 증가하면서 우리의 결과는, 따라서, 과량의 MAI와 페 로브 스카이 트 막은 하부 IE를 나타내는 것을 나타낸다. 우리는 6.05 ± 0.10 eV의의 IE를 찾을 수5.4 eV의의 자주 게시 된 IE보다 훨씬 큰 R 특급 = 1, 최적의 몰비합니다. 우리가 다른 페 로브 스카이 트 막 제조의 다양한이 값을 발견하면,이 불일치로 인해 가공 조건으로 될 가능성이 없다. 기인 여기서 사용 상태 기울기의 선형 밀도가 높은 판독 값이 결과 데이터 평가의 차이 라기이다. 이 문제의 광범위한 토론 참조 (17)에서 찾을 수 있습니다. 이는 우리가 변하는 비율 IE의 시프트하지만, 활성화 에너지뿐만 아니라 즉, 광이 막의 밴드 갭의 변화 (E의 g = 1.60 ± 0.02 eV의 데이터는 도시하지 않음)을 찾을 것이 중요하다 (EA)를 동시에 이동합니다.
최대 태양 전지 효율은 약간 문헌 14에서 결과를 확인하고 9.6 %의 전력 변환 효율이 1.02의 몰 비 R (MAI에 PBI 2)에 대해 발견 된PBI이 풍부한 필름 그레인 경계에서 PBI (2)에 의해 페 로브 스카이 트 필름의 보호에 의해 개선 된 캐리어 동작을 갖추고 있습니다. 증가 PBI 2 함량이 200 meV 인에 의해 개방 전압의 감소는 찾을 수 있습니다. 페 로브 스카이 트 물질의 밴드 갭의 변화가, V의 OC의 감소는 페 로브 스카이 트와 PCBM의 계면에서 광 갭 동시 감소하여 오히려 불충분 정공 차단하여 설명되지 않을 수 일어나기 때문에 (IE PCBM = 6.2 EV)에 의한 페 로브 스카이 트 IE의 증가. 동시에 0.8에서 0.7 R> 1.05 감소에 대한 FF는 이러한 연구 결과를 지원한다.
결론적으로 제조 된 다양한 방법에 의해 페 로브 스카이 트 필름의 광범위한 연구를 발표 강한 변형 막 형성, 전자 구조 및 장치의 성능에서 발생하는 것으로 나타났다. 특히 관심 MAI 오 의도적 혼입에 의해 페 로브 스카이 트의 IE를 조절하는 가능성은R PBI 새로운 디바이스 구조의 인터페이스 최적화를 위해 사용할 수있는 2 삽입은. 앞으로의 연구는 더 큰 디바이스 영역을 향해 목표로 고급 제조 기술을 볼 것이다. 다음은 닥터 블레이 딩, 스프레이 기술 및 현재 COPT.centre (유기 생산 기술에 대한 콥트 = 센터)에서 우리 시설에 설치되는 대규모 인쇄 등의 방법을 포함한다.
The authors have nothing to disclose.
저자는 프로젝트 근데-BOOST (EFRE, 프로젝트 코드 NW-1-1-040a)를 통해 노르 트라 인베스트 팔렌의 상태에 의해 재정 지원을 인정하고 싶습니다. 덕분에 2 단계 용액의 제조 및 특성에 대한 지원을 위해 아자르 Jahanbakhsh와 아이 네스 슈미트 (쾰른 모두 대학)으로 이동 처리 된 페 로브 스카이 트 층, 박사 위르겐 Schelter MAI에 물질의 합성 (쾰른 대학)뿐만 아니라 교수 . XRD 측정을위한 박사 RIEDL 및 네다 Pourdavoud (부퍼 탈 모두 대학).
ITO | Rose | < 15 Ω/sq | |
PEDOT:PSS | Heraeus Clevios | P VP .Al 4083 | |
MAI | Synthesized as found in literature | ||
PbI2 | Alfa Aesar | 44314 | 99.999% trace metals basis , -10 mesh beads |
NH4Cl | Suprapure | 101143 | 99995% |
PCBM | Nano C | 99.9% | |
Chlorobenzene | Sigma Aldrich | 270644 | Chromasolv for HPLC (99.9%) |
N,N-Dimethylformamide | Acros Chemicals | 348430010 | Extra dry, stored over molecular sieves (99.8%) |
Toluene | Sigma Aldrich | 244511 | anhydrous |