Biz kristal yapıları, devletler, enerji düzeyleri yoğunluğu ve sonuçta güneş pili performansını karşılaştırarak organik / inorganik Perovskite ince filmlerin farklı imalat yöntemleri etkileri üzerine kapsamlı bir çalışma sunulmuştur.
Hibrid organik / inorganik halide perovskit son zamanlarda diğer ince film cihaz teknolojileri aşan cihaz verimliliği elde etmek için potansiyeli olan, güneş pili uygulamaları alanında büyük ilgi bir konu olmuştur. Bununla birlikte, cihaz, verimlilik ve fiziksel özellikleri büyük değişiklikler bildirilmiştir. Bu yeterince şimdiye kadar araştırılmamıştır filmin işlenmesi sırasında kasıtsız varyasyonları, kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, gösterdiğimiz CH3 NH3 PBI 3 perovskit çok sayıda morfolojik ve elektronik yapı kapsamlı bir çalışma yürüttüler kadar hazırlama yöntemi olarak başlangıç maddeleri metilamonyum iyodür ve kurşun (II) iyodit darbe özellikleri gibi karışım oranı film oluşumu, kristal yapısı, durum yoğunluğu, enerji seviyeleri ve sonuçta güneş pili performansı.
İnce film fotovoltaik teknolojileri nedeniyle esnek yüzeylerde düşük malzeme tüketimi ve uygulanabilirliği güneş pili uygulamalarında araştırma önemli bir ilgi var. Özellikle, inorganik / organik halojenür perovskit malzemelerin yüksek verimliliklere gelen güneş pili cihazları uygun bir aktif tabakalar olduğu kanıtlanmıştır. Perovskit yüksek soğurma katsayısı 1, yüksek yük taşıyıcı mobilitesi 2, ve enerji 3 bağlayıcı düşük eksiton olarak avantajlı özelliklere sahiptir. Perovskit tabakaları çeşitli çözelti ya da kurşun (II) iyodit (PBI 2) ve metilamonyum iyodür (MAI) gibi düşük maliyetli ön-madde malzemeleri kullanılarak buhar fazlı göre üretim yöntemleri ile üretilebilir. Bu şekilde piyasada mevcut silikon güneş hücreleri ile karşılaştırıldığında düşük üretim sıcaklıkları kullanılarak yüksek kristal filmlerin kolay hazırlanmasını sağlar.
Bu Sho olmuşturo exciton difüzyon uzunluğu ve yük taşıyıcı hareketlilik etkiler olarak wn o birkaç parametre, perovskit güneş pilleri, en önemlisi filmin morfolojisi performansı üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. Nie ve ark. göstermiştir ki, perovskit filmlerin morfolojisi iyileştirilmesi kapsamı ve ortalama kristal boyutu, güneş pili performans artışı 4, 5 gözeterek. Morfolojisi (örneğin kurşun asetat 6 kullanılması), (II) molekül katkı 7, çözücü, (iii) bir seçim, (NH4CI) gibi (IV) 'ün termal ön-madde malzemesi (I)' in tercih etkilendiği gösterilmiştir ve hazırlama yöntemi 9, özellikle (h) bir seçim (tolüen ya da klorobenzen 8) gibi bir çözücü atmosferi altında tavlama. % 17 4 aşan etkinliklerine sahip olan güneş hücreleri tek aşamalı ya da iki aşamalı bir iplik kaplama sonuç gibi solüsyon bazlı işlemler </ sup>, 10, vakum tevdi Perovskite güneş hücreleri iken 11, 12% 15,4 13 verimlilik elde.
Perovskit tabakalar bu aşırı PBI 2 bağlı tane sınırlarında 14 de PBI 2 ile perovskit filmin pasifleştirilmesi tarafından geliştirilmiş bir taşıyıcı dengesi solar hücre performansı için avantajlıdır gösterilmiştir. Ancak, küçük iş perovskit film malzemelerinin üzerinde stokiyometri etkilerinin rolünü anlamak için yapılmıştır.
Bu yazıda farklı hazırlanmış Perovskite filmlerin geniş bir yelpazede kapsamlı bir çalışma sunmak ve göstermek nasıl hazırlama yöntemleri ve haberci stokiyometrisi etkisi morfolojisi, kristal yapı, durum yoğunluğu, filmin bileşimi ve güneş pili performansı. Bütünsel bir bakış characteri film fabrikasyon arasında değişen sunulmuşturCihaz performansı kıymetleştirme tüm yol.
Biz işleme koşulları filmi morfolojisi ve film kapsama üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Bu araştırma grupları bir sürü aynı Perovskite malzemeler için güneş pili performansı ve iyonizasyon potansiyeli ile ilgili farklı sonuçlar yayınlamak nedenidir.
Tüm işlem adımları ve karakterizasyon yöntemleri nem bozulmasını önlemek için, durağan bir atmosfer (ya da vakum) altında gerçekleştirilebilir için yeniden üretilebilirlik sağlamak için, bu önemlidir. Ayrıca kullanılan bileşiklere saflığı ve satıcı önemli bir rol (değil burada incelenmiştir) oynarlar. Vakum Perovskite katmanlar yüksek kristalin uzun metrajlı film yatırılan olduğu açıktır; Bununla birlikte, karşılaştırmalı olarak, çözelti, işleme filmler yüksek bir verimle imal edilebilir.
Habercisi çözeltisi içinde bir katkı ve spin kaplayıcı kapta toluen atmosferi olarak NH4CI kullanarak Çalışmamızda, en tekrarlanabilir ve pürüzsüz perovskit sağlanane filmler. Öte yandan, daldırma ve damla kaplama prosesleri oldukça sert yüzeyler yol ve daha fazla cihaz uygulaması için dikkate alınmamıştır. Son olarak, vakum işlenmiş tabakalar genel olarak daha küçük kristal boyutları (~ 100 nm) ama bütün film ve pürüzsüz yüzeyleri boyunca kapsama yüksek derecesi ile donatılmıştır. haberci oranı değişen örnek seriden, biz kompozisyon yanı sıra film oluşumu üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu öğrendim. (Şekil 2) XRD bu katmanlar araştırılırken Ancak, tüm film, kristallik derecesi yüksek ve (110) ve (220), uçak temsil 14.11 ° ve 28.14 ° 'de yansımalar ile gösterilen benzer bir dörtgen bir kristal yapısını göstermektedir bazı ise katmanlar zayıf (002) görünüm ve (004) yansımalar tarafından görülebilir ki, biraz daha düzensiz görünüyordu. Bununla birlikte, XRD difraksiyon anlamlı genişletilmesi görülmektedir. Şaşırtıcı, 12.63 ° PBI 2 ayrı aşamadan hiçbir iz vardır Hatta dahil PBI 2 büyük aşırı miktarlarda bulundu. Bu PBI 2 XRD ile saptanamayan kılan ayn bir faz ya nanokristal adalar ama seyreltik geçiş, AS dahil olduğunu gösterir. Bu nedenle, XRD kullanımı sınırlıdır.
Öte yandan, XPS PBI 2 ya da (fabrikasyon yöntemine bağlı olarak) MAI ek miktarlarda film azot oranına yol değişimlerinden belirgin olarak mevcut olduğunu teyit etmektedir. Daha önce de belirtildiği gibi sırayla Bu geçiş filmin elektronik yapısı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Şimdi, UPS tarafından ortaya iyonizasyon enerjileri farklılıklar gözlenmesi ile XPS bulgularını birleştirerek, bu iki olguyu ilişkilendirmek için bize sağlar. Şekil 6, ölçülen IE değeri bu zarın bileşimi (azot oranına yol) 'in bir fonksiyonu olarak çizilir Birleştirilen grafiğini göstermektedir.
Şekil 6 "src =" / files / ftp_upload / 55084 / 55084fig6.jpg "/>
Şekil 6: 40 perovskit fi LMS seti tam veri Çıkarılan ölçüm noktaları. (XPS ile belirlendiği gibi), azot içeriğine kurşun element oranı R exp iyonizasyon enerjisi Bağımlılığı; Düz çizgi verilerine doğrusal fi t ve kesikli çizgiler ± 0.12 eV standart sapmasını işaretleyin. En altta, fi t artıkları gösterilmiştir. Referans 16 izniyle. Telif hakkı 2015 Wiley-VCH. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Biz bu iki değer arasında açık bir doğrusal ilişki bulmak. Bir PBI 2 zengin tabaka IE artarken bizim sonuçlarımız, bu nedenle, fazla MAI ile Perovskite filmi daha düşük IE sergilediğini göstermektedir. Biz 6.05 ± 0.10 eV bir IE bulmak5.4 eV genellikle geçme IE önemli ölçüde daha büyük bir R, Mdeney = 1, optimal mol oranı. biz farklı hazırlanmış Perovskite filmlerin çeşitli için bu değeri bulmak gibi bu tutarsızlık nedeniyle işlem koşulları olması muhtemel değildir. Nedeniyle burada kullanılan devletler eğimin doğrusal yoğunluğu yüksek okuma değerlerine neden verilerin değerlendirilmesi farklılıklardan ziyade. Bu konuda geniş bir tartışma referans 17 bulunabilir. Bunun değişen oranı ile EE bir kaydırma ama aktivasyon enerjisi sadece olduğu anlamına gelir, optik bu filmlerin bandaralıklı bir değişiklik (örneğin = 1.60 ± 0.02 eV, veriler gösterilmemiştir) bulmak dikkat etmek önemlidir (EA) aynı anda değiştirir.
Maksimum güneş pili verimi literatüründe 14 hafif bulguları teyit% 9.6 bir güç dönüşüm verimliliği ile 1,02 mol oranı R (MAI için PBI 2) için tespit edildiPBI 2 zengin filmler tane sınırlarında PBI 2 tarafından perovskit filmin pasivasyon tarafından geliştirilmiş bir taşıyıcı davranışı bulunmaktadır. Artan PBI 2 içeriği ile 200 MeV tarafından açık devre geriliminin bir azalma bulunabilir. Perovskite malzemenin bandaralıklı hiçbir değişiklik, V OC azalma perovskitin ve PCBM arayüzünde fotovoltaik boşluğu eşzamanlı azalma değil yetersiz delik engelleme ile izah edilemez oluşur beri (IE PCBM = 6.2 eV) nedeniyle Perovskite IE artış. Eş zamanlı 0.8 0.7 R> 1.05 düşüşler FF bu bulguları destekler mahiyettedir.
Sonuç olarak, hazırlık çeşitli yöntemler tarafından yapılan Perovskite filmlerin kapsamlı bir çalışma sundu ve güçlü varyasyonlar film oluşumu, elektronik yapısı ve cihaz performansında meydana geldiğini gördük. Özellikle ilgi çekici MAI o kasıtlı katılmasıyla perovskitin IE ayarlamak için olasılıkr PBI roman cihaz mimarilerinde arayüz optimizasyonu için kullanılan 2 geçiş reklamları. Gelecekteki çalışmalar büyük cihaz alanlara doğru hedefliyoruz daha gelişmiş hazırlama teknikleri bakacağız. Bunlar doktor bıçaklama, püskürtme teknikleri ve şu anda COPT.centre (organik üretim teknolojileri için COPT = center) bizim tesisimizde yüklü büyük ölçekli baskı gibi yöntemler içerir.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar Proje PERO-BOOST (EFRE, proje kodu NW-1-1-040a) aracılığıyla Kuzey Ren-Vestfalya devlet tarafından mali destek kabul etmek istiyorum. Teşekkür 2 adımlı çözümün imalat ve karakterizasyonu ile yardım için Azar Jahanbakhsh ve Ines Schmidt (Köln ikisi Üniversitesi) gitmek işlenmiş Perovskite katmanları, Dr. Jürgen Schelter MAI malzeme sentezi için (Köln Üniversitesi) yanı sıra Prof . XRD ölçümleri için Dr. Riedl ve Neda Pourdavoud (Wuppertal hem Üniversitesi).
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 |