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Chemistry

Solution-traité « Silver-Bismuth-iode » ternaire minces pour absorbeurs photovoltaïques sans plomb

Published: September 27, 2018 doi: 10.3791/58286
Automatic Translation
1,2, 1, 1
1Convergence Research Center for Solar Energy, Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), 2Department of Chemistry and Research Institute for Convergence of Basic Sciences, Hanyang University

Summary

Ici, nous présentons des protocoles détaillés pour traitées-solution argent-bismuth-iode (Ag-Bi-I) ternaire semiconductor fabriquées sur TiO2couches minces-enduit des électrodes transparentes et leurs applications potentielles comme stable à l’air et sans plomb dispositifs optoélectroniques.

Abstract

Pérovskites hybride à base de bismuth sont considérées comme prometteuses photo-actifs semiconducteurs pour des applications de cellule solaire respectueuse de l’environnement et stable à l’air. Cependant, mauvaises surfaces morphologies et énergies bandgap relativement élevés ont limité leur potentiel. Argent-bismuth-iode (Ag-Bi-I) est un semi-conducteur prometteur pour dispositifs optoélectroniques. Par conséquent, nous démontrons la fabrication des Ag-Bi-I ternaires films minces à l’aide de traitement de la solution matérielle. Les films minces qui en résulte pièce morphologies de surface contrôlées et minimiséedans optique selon leur thermique température de recuit. En outre, il a été rapporté que Ag-Bi-I systèmes ternaires se cristallisent à amelie2j’ai7, Ag2BiI5, etc. en fonction du rapport des précurseurs chimiques. La solution-traité amelie2j’ai7 films minces présentent une structure cristalline cubique-phase, morphologies surfaces denses, pinhole-free avec des grains d’une taille allant de 200 à 800 nm et une à bande interdite indirecte de 1,87 eV. La résultante d’amelie2j’ai7 films minces Voir la bonne stabilité et énergie des diagrammes de bande de l’air, ainsi que de surface morphologies et optique minimiséedans convenant sans plomb et stable à l’air simple-jonction des cellules solaires. Très récemment, une cellule solaire avec efficacité de conversion énergétique de 4,3 % a été obtenue en optimisant les compositions de cristal Ag-Bi-I et les architectures de dispositif de pile solaire.

Introduction

Solution-traité des cellules solaires minces inorganiques ont été largement étudiés par de nombreux chercheurs qui cherchent à convertir la lumière du soleil directement en électricité1,2,3,4,5. Avec le développement de l’architecture matérielle de synthèse et dispositif, pérovskites axée sur l’iodure de plomb ont été signalés à être les meilleurs absorbeurs de cellules solaires avec une efficacité de conversion énergétique (PCE) supérieure à 22 %5. Toutefois, il se développent préoccupations au sujet de l’utilisation du plomb toxique, ainsi que des problèmes de stabilité de perovskite de plomb-halogénure lui-même.

On a récemment signalé que hybride basé sur bismuth pérovskites peuvent se former en incorporant des cations monovalents dans une unité complexe iodure de bismuth et que ceux-ci peuvent être utilisés comme absorbeurs photovoltaïques mésoscopique photopile architectures6, 7,8. Le plomb dans les pérovskites peut être remplacé avec du bismuth, qui a la 6 s2 doublet externe ; Cependant, méthodologies d’halogénure plomb jusqu’ici seulement conventionnels ont servi à pérovskites hybride à base de bismuth avec les structures cristallines complexes, malgré le fait qu’ils ont des États d’oxydation différents et propriétés chimiques9. En outre, ces pérovskites ont des morphologies surfaces pauvres et produisent des films relativement épaisses dans le contexte d’applications de périphérique minces ; par conséquent, ils ont une piètre performance photovoltaïque avec bande interdite haute énergie (> 2 eV)6,7,8. Ainsi, nous avons cherché à trouver une nouvelle méthode pour produire axée sur le bismuth minces semi-conducteurs qui sont respectueuses de l’environnement, stable à l’air, et ont de l’énergie faible bande interdite (< 2 eV), compte tenu de la conception matérielle et la méthodologie.

Nous présentons la solution-traitées Ag-Bi-I ternaires minces, qui peuvent être cristallisé à amelie2j’ai7 et Ag2BiI5, pour les semi-conducteurs sans plomb et stable à l’air10,11. Dans cette étude pour le Julien2, j’ai7 composition, n-butylamine est utilisé comme solvant pour dissoudre simultanément l’iodure d’argent (AgI) et de bismuth iodure (BiI3) précurseurs. Le mélange est spin-cast et recuits à 150 ° C pendant 30 min dans un N2-remplis la boîte à gants ; par la suite, les films sont trempés à température ambiante. Les films minces qui en résultent sont brun-noir en couleur. En outre, la morphologie de la surface et la composition de cristal des systèmes ternaires Ag-Bi-I sont contrôlés par la température de recuit et rapport précurseur AgI/BiI3. La résultante d’amelie2j’ai7 films minces présentent une structure cristalline de phase cubique, morphologies surfaces denses et lisses avec gros grains de 200 à 800 nm en taille et un espace de bande optique de 1,87 eV commence à absorber la lumière de longueur d’onde de 740 nm . Récemment, il a été signalé qu’en optimisant les compositions de cristal et l’architecture de l’appareil, Ag-Bi-I ternaires couche mince des cellules solaires peut atteindre un PCE de 4,3 %.

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Protocol

1. préparation du verre nu, dopé au fluor oxyde d’étain (SnO2: F) substrats

  1. Pour nettoyer le verre nu, substrats d’oxyde d’étain dopé au fluor (FTO), les ultrasons séquentiellement dans une solution aqueuse contenant 2 % Triton, désionisée (DI) l’eau, l’acétone et l’alcool isopropylique (IPA), chacun pendant 15 min.
  2. Mettre les substrats nettoyés dans le four de chauffage à 70 ° C pendant 1 h supprimer le IPA résiduelle.

2. préparation de TiO Compact2 couches (c-TiO2) pour bloquer les électrons

  1. Pour la préparation d’une solution de précurseur de2 c-TiO, supprimez 0,74 mL de titane isopropylate (faite) lentement en 8 mL d’éthanol anhydre (EtOH) tout en remuant vigoureusement et puis rapidement injecter 0,06 mL d’acide chlorhydrique (HCl) dans la solution. Agiter la solution résultante du jour au lendemain à la température ambiante.
    Remarque : Utiliser un flacon de verre de 20 mL, une concentration de 35 à 37 % de HCl et un agitateur magnétique.
  2. Filtrer la solution de précurseur de2 c-TiO préparés à l’aide d’une seringue et un filtre à 0,2 µm-pores, déposez-le sur le substrat FTO nettoyé et puis rotation moulé le substrat à 3 000 tr/min pendant 30 s.
  3. Thermiquement-recuire les substrats en les chauffant au four à 500 ° C pendant 1 h et puis laissez-les refroidir à température ambiante.
  4. Tremper les substrats dans une solution aqueuse à 0,12 M titane tétrachlorure (TiCl4) à 70 ° C pendant 30 min et puis laver soigneusement avec l’eau distillée pour enlever tout résidu de TiCl4.
  5. Thermiquement-recuire les substrats à 500 ° C pendant 1 h et puis laissez-les refroidir à température ambiante pendant une amélioration interfaciale de la couche2 de c-TiO. Stocker le résultat c-TiO2-enduit de substrats en N2-rempli les conditions jusqu'à l’utilisation.

3. préparation de mésoporeux TiO2 couches (m-TiO2) pour améliorer l’Extraction des électrons

  1. Pour la préparation d’une solution de précurseur de2 m-TiO, ajoutez 1 g de 50 nm de moyennes TiO2 NANOPARTICULE coller (SC-HT040) pour un flacon de verre de 10 mL avec 3,5 g de propanol-2 et 1 g de terpinéol et puis tout mélanger jusqu'à ce que la pâte soit parfaitement dissout.
    Remarque : Les 50 nm taille TiO2 pâte nanoparticule est très visqueux et doit être manipulés avec précaution à l’aide d’une spatule.
  2. Spin-cast 200 µL de la 50 nm taille TiO2 NANOPARTICULE pâte solution préparée à 5 000 tr/min pendant 30 s sur le c-TiO2-enduit de substrats de la FTO.
  3. Thermiquement-recuire les substrats qui en résulte dans un four à 500 ° C pendant 1 h et puis laissez-les refroidir à température ambiante.
  4. Tremper les substrats dans la solution aqueuse, 0,12 M TiCl4 à 70 ° C pendant 30 min et puis lavez-les complète à l’aide de l’eau distillée pour enlever tout résidu de TiCl4.
  5. Thermiquement-recuire les substrats à 500 ° C pendant 1 h et puis laissez-les refroidir à température ambiante pendant une amélioration interfaciale de la couche de2 m-TiO. Magasin la résultant c-TiO2- et m-TiO2-enduit de substrats en N2-rempli les conditions jusqu'à utilisation.

4. fabrication d’amelie2j’ai7 Films minces

  1. Traiter les substrats de verre nu sous une lampe ultraviolette (UV) avec une intensité de 45 mA/cm2 avec une ozone UV nettoyant pendant 10 min pour s’assurer que les substrats sont propres et hydrophile. Ne pas traiter le c - et m-TiO2-enduit de substrats FTO avec l’ozone UV nettoyant.
    NOTE : diffraction des rayons x (DRX), absorbance, transformée de Fourier spectres et infrarouges (IR-TF) ont été étudiés à l’aide d’Ag-Bi-I films minces fabriquées sur des substrats de verre nu. Le c - et m-TiO2-substrats revêtus de FTO ont été utilisées pour les dispositifs de la cellule solaire.
  2. Vigoureusement vortex 0,3 g de BiI3 (0.5087 mmol), 0,06 g de mga (0.2544 mmol), et 3 mL de n-butylamine jusqu'à ce que tout soit complètement dissout et de filtre de seringue puis le mélange en utilisant un 0,2 µm-pores polytétrafluoroéthylène (PTFE) du filtre.
  3. Déposer 200 µL de la solution de précurseur sur les substrats et puis rotation moulé à 6 000 tr/min pendant 30 s avec une humidité contrôlée inférieure à 20 %. Transférer immédiatement le film rouge-jaunâtre qui en résultent à un N2-rempli de boîte à gants prêt pour recuit.
  4. Commencer le recuit thermique du film qui en résulte à température ambiante, puis chauffer le film à 150 ° C et maintenir une température de 150 ° C pour 30 min. étancher rapidement le film recuit à température ambiante. Le film final aura une couleur brun-noir et brillante. Pour rapidement étancher le substrat recuit, retirez-la de la plaque chauffante qui a été fixée à 150 ° C.
  5. Pour Ag-Bi-I ternaires minces d’une composition différente, par exemple, Ag2BiI5, le rapport molaire de précurseur de l’AgI par BiI3 de 1:2 à 2:1 et utiliser le même volume de solvant n-butylamine. Recuire le film résultant à l’aide de la méthode décrite ci-dessus.
  6. Pour étudier la fonction de la température Ag-Bi-I formation à l’aide de schémas XRD, spectres FT-IR, surfaces morphologies et spectres d’absorbance, utiliser des températures de recuit thermiques de 90, 110 et 150 ° C pour les films minces ternaires de l’Ag-Bi-I.

5. fabrication de cellules solaires conçoit à l’aide de julien2j’ai7 Films minces

  1. Utilisez poly(3-hexylthiophene) (P3HT) comme matériau de trou-transport à la Dario2j’ai7 couche mince des cellules solaires. Ajouter 10 mg de P3HT à 1 mL de chlorobenzène et puis remuez le mélange à 50 ° C pendant 30 min jusqu'à ce que le P3HT a parfaitement dissout. Filtrer à l’aide d’un filtre en PTFE 0,2 µm-pores. Préparer et stocker le P3HT dans un N2-remplis la boîte à gants.
  2. Déposer 100 µL de la P3HT dissous dans chlorobenzène sur la amelie2j’ai7 couches minces fabriquées sur le c - et m-TiO2-FTO substrats revêtus et puis essorage-cast les substrats à 4 000 tr/min pendant 30 s dans un N2-remplis la boîte à gants. Thermiquement-recuire le film P3HT à 130 ° C pendant 10 min pour l’orientation structurelle du P3HT.
  3. Utiliser un évaporateur thermique avec une vitesse de déposition de 0.5 Å / s et un bar modèle masque d’ombre à déposer 100 électrodes nm d’épaisseur or (Au) comme un métal haut de la page contact de julien27 couche mince des cellules solaires.

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Representative Results

Il a été signalé que les Ag-Bi-I systèmes ternaires, qui sont considérées comme prometteuses de semi-conducteurs, sont cristallisées dans des compositions différentes, comme Julien2j’ai7, AgBiI4et Ag2BiI510, conformément à le rapport molaire des MGA à BiI3. Des études antérieures ont montré que les formes cristallines en vrac avec diverses compositions de systèmes ternaires Ag-Bi-I peuvent être expérimentalement synthétisés en changeant le rapport molaire d’IgA et BiI3 et que chaque composition a un différent du modèle XRD10.

Contrairement aux cristaux en vrac, nous avons cherché à développer la solution-traitées Ag-Bi-I ternaires minces, qui peuvent être utilisés directement comme une couche active dans des dispositifs optoélectroniques. Dans cette étude, n-butylamine a été utilisé comme solvant pour dissoudre en même temps AgI et BiI3 et ensuite préparé chaque Ag-Bi-I minces avec un rapport molaire différent des MGA BiI3 (1:2, 1:1 et 2:1). Tout d’abord, nous avons effectué des mesures de drx sur chaque film (Figure 1). Les patrons de XRD pour l’Ag-Bi-I minces préparées avec un rapport molaire de 1:2 (AgI:BiI3) montrent un pic unique à 2θ ~ 42 ° ; Ceci indique que amelie2j’ai7 a une composition cristalline avec une structure cubique (groupe d’espace Fd3m, a = b = c = 12.223 Å). Cependant, fractionnement de la crête était évident dans la région de 2θ ~ 42° quand le rapport molaire de AgI:BiI3 a dépassé de 1:1, et le film avec un rapport molaire de 2:1 a montré que l’Ag2BiI5 a une structure hexagonale (groupe d’espace R3m, a = b = 4.350 Å c = 20.820 Å)10,12.

Nous avons aussi mesuré l’absorption UV-Vis de l' amelie2j’ai7 et Ag2BiI5 couches minces qui ont été établis sur les substrats de verre (Figure 2 a). Une fois que les spectres d’absorption ont été normalisées, la amelie2j’ai7 couches minces absorbe les longueurs d’onde plus longues, jusqu'à ~ 740 nm, que l’Ag2BiI5 couches minces. La figure 2 affiche les images de microscopie électronique (MEB) balayage vue de dessus de chaque film. La morphologie de la surface de l' amelie2j’ai7 film mince peut être vu clairement, avec gros grains et une couleur brun foncé (Figure 2 b). Toutefois, l’Ag2BiI5 film mince montre des particules légères sur les grains, qui résultent de l’excès AgI13,14,15,16et une couleur brune clair ( Figure 2c). Nous, par conséquent, choisi d’utiliser la amelie2j’ai7 composition pour complément d’étude, car il est plus adapté aux fines optoélectronique argentique en termes d’absorption de la lumière et de la morphologie de surface que l’Ag2BiI5 composition .

Figure 3 a montre que le modèle XRD expérimental de la solution-traité amelie2j’ai7 couches minces est compatible avec les modèles XRD déclarées et calculées d’amelie2j’ai7 cristaux sans formation de secondaire phases. Tel que mentionné précédemment, nous a confirmé que la amelie2j’ai7 couches minces a une structure cubique (groupe d’espace Fd3m, a = b = c = 12.223 Å). En outre, la amelie2j’ai7 film est hautement humidité - et stable à l’air sans modification structurelle lorsqu’il est conservé dans l’air pendant 10 jours ; Cela est compréhensible puisque AgI est extrêmement stable dans une solution aqueuse (Figure 3 b)13,14,15,16.

Figure 4 a montre une série de motifs XRD pour Ag-Bi-I minces en fonction de la température de recuit en N2-rempli les conditions. Nous avons confirmé que Ag-Bi-je commence à cristalliser au-dessus de 90 ° C sous la forme de la phase cubique, comme en témoigne le (111), (400) et des pics (440) à 13°, 29° et 42°, respectivement (c.-à-d., ceux qui correspondent aux astérisques Figure4 a). Les pics XRD dans les régions de petit angle (2θ < 10°) réduites significativement la température a augmenté et enfin disparu à 150 ° C, avec l’augmentation graduelle des diffractions de phase cubique ; Cela indique que la amelie2j’ai7 du film a été entièrement cristallisé dans la phase cubique17. Les spectres FTIR ont été mesurées afin d’étudier la formation des systèmes Ag-Bi-I en détail (Figure 4 b). Le film comme préparés et non étuvé a montré les signaux FTIR pour N-H étier (3200-3600 cm-1), C.-H. étirement (2980-2850 cm-1) et N-H cintrage (1450-1650 cm-1) qui résulte de la n-butylamine18. Bien que le film comme préparés était ensuite recuit à 90 ° C, au-dessus du point d’ébullition du n-butylamine (77-79 ° C), les spectres FTIR montrent encore les pics associés, bien qu’ils ont considérablement diminuées. Cela indique que la n-butylamine restant a été faiblement lié au BiI3 et AgI sous la forme d’un complexe aux halogénures métalliques-amine, supprimant la formation de blocs de construction Ag-Bi-I par edge-, vertex shader ou partage du visage19. Ces signaux FTIR a disparu comme la température a augmenté plus loin ; Il s’agit d’expliquer par le retrait de la n-butylamine qui était lié au BiI3 et AgI complexes et qui est étroitement liée à la cristallisation des Amelie2j’ai7. Nous avons également examiné les morphologies de surface des films Ag-Bi-I recuits à chaque température comme le montre la Figure 4 c. Lorsque la température augmente au-dessus de 110 ° C, les films Ag-Bi-I progressivement commencent à se cristalliser dans la phase cubique avec petits grains et cristalliser entièrement avec des morphologies surfaces denses et homogène dont les gros grains avec une taille de 200 à 800 nm (c.-à-d., le nombre de cristallisation par unité de surface était de 4,08 x 108 # / cm2) à 150 ° C.

Nous avons mesuré l’absorption optique des Ag-Bi-I films minces à l’aide de la spectroscopie UV-Vis afin d’étudier les changements dans les propriétés optiques en fonction de la température de recuit. Figure 5 a montre une différence considérable dans l’absorption avant et après le recuit thermique du film. Le film comme préparés ont montré une couleur jaunâtre et présentait un spectre d’absorption avec un pic d’exciton claire et nette à 474 nm20. Les spectres d’absorption des films ont été radicalement décalée vers le rouge comme la température de recuit a augmenté et, enfin, nous avons obtenu un spectre d’absorption suffisamment absorbant dans la gamme de lumière visible (350-740 nm). L’écart de bande optiqueE(g) la amelie2j’ai7 couches minces recuit à 150 ° C a été obtenue de l’intrigue de Tauc à l’aide de l' équation αhv ~ (hv-Eg)1/2, où α est la coefficient d’absorption et hv est l’énergie des photons. Ici, Eg a été établi à 1,87 eV (Figure 5 b). Nous avons également utilisé la spectroscopie photoélectronique UV (UPS) avec He j’ai (21,22 eV) photon lines par une lampe à décharge pour enquêter sur l’énergie de Fermi (E,f) et le niveau d’énergie (Ev) bande valence de la résultante d’amelie2j’ai 7 film (Figure 5C). Pour cette mesure de UPS, le film a été préparé sur un substrat d’or. L’Ef a été déterminée en utilisant l’énergie de coupure (Ecoupure) comme illustré à la Figure 5 c et a été évaluée à 5,05 eV selon l’équation suivante : Ef = 21,22 eV (il j’ai)-Ecoupure . Extrapolation linéaire dans la région d’énergie de liaison faible donne Ev−Ef et, par conséquent, Ev a été établie à 6,2 eV. L’énergie de bande de conduction (E-c) a été évaluée à l’aide de l’écart de bande optique obtenue à partir de l’intrigue Tauc, qui a permis de dessiner un diagramme de Θnergies schématique de l' amelie2I7 film, comme illustré à la Figure 5 d de .

Figure 1
Figure 1 : différentes compositions cristallines de transformés solution Ag-Bi-I ternaires minces. Cette vue montre XRD profils de Ag-Bi-I films minces fabriquées à l’aide de divers rapports molaires de MGA à BiI3 après le recuit à 150 ° c (1) 1:2, (2) 1:1 et (3) 2:1. Les patrons de référence XRD amelie2j’ai7 et Ag2BiI5 proviennent de PDF no 00-034-1372 et PDF carte no 00-035-1025, respectivement. La zone en pointillé indique le modèle XRD principal utilisé pour identifier les différentes cristallisations des films minces ternaires de l’Ag-Bi-I. Ce chiffre a été modifié par les travaux de Kim et al. 1. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : Comparaison des solution transformés amelie2j’ai7 et Ag2BiI5 films minces. (a) ce panneau montre les spectres d’absorption UV-Vis normalisées d’amelie2j’ai7 et Ag2BiI5 couches minces. Les deux autres panneaux sont haut-voir des images de SEM de (b), Julien2j’ai7 et (c), Ag2BiI5 couches minces, préparé sur des substrats de verre avec différents rapports molaires des précurseurs AgI de BiI3. Les incrustations dans les groupes b et c montrent des images de photo de chaque film mince. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : Crystal structure et air stabilité de solution-traité amelie2j’ai des films minces7 . (a) ce panneau montre les données expérimentales de pic XRD d’une amelie2j’ai7 couches minces. La référence et les données calculées de XRD pour amelie2j’ai7 proviennent de carte PDF no 00-034-1372 et programme informatique VESTA, respectivement. (b) ce panneau montre les résultats d’une étude sur la stabilité de l’air de julien2j’ai7 couches minces à l’aide de la mesure XRD. La DRX d’amelie2j’ai7 a été mesurée avant et après l’échantillon a été stockée dans l’air pendant 10 jours. Ce chiffre a été modifié par les travaux de Kim et al. 1. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 : changement structurel de l’Ag-Bi-I ternaires minces avec un thermique différent température de recuit. Ces panneaux montrent (un) spectres XRD, les spectres (b), FTIR et (c) haut-voir des images de SEM de solution-traitées Ag-Bi-I minces en fonction de la température de recuit thermique. Les astérisques dans le panneau une indiquent la DRX cristallisé principaux pics d’amelie2j’ai7. Ce chiffre a été modifié par les travaux de Kim et al. 1. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5 : Bandgap optique et l’énergie de la bande diagrammes d’amelie2j’ai des films minces7 . Les deux panneaux supérieurs montrent (un) spectres UV-Vis et (b) Tauc parcelles de Ag-Bi-I ternaires films minces avec une température de recuit différente. (c) ce panneau montre les données de l’onduleur dans une région de haute énergie de liaison d’une amelie2j’ai7 couches minces recuit à 150 ° C. (d) il s’agit d’une représentation d’un diagramme de bande d’énergie d’une amelie2j’ai7 couches minces calculé en utilisant le Tauc intrigue et UPS. Ce chiffre a été modifié par les travaux de Kim et al. 1. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

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Discussion

Nous avons fourni un protocole détaillé pour la fabrication de la solution de Ag-Bi-I semi-conducteurs ternaires, qui devront être exploités comme absorbeurs de plomb photovoltaïques en couche mince des cellules solaires avec des architectures de dispositif mésoscopique. c-TiO2 couches sont forment sur des substrats de la FTO pour éviter les fuites d’électrons qui se jettent dans les électrodes de la FTO. m-TiO2 couches se forment successivement sur c-TiO2-enduit de substrats de la FTO pour améliorer les extractions d’électrons générées par les absorbeurs photovoltaïques (c'est-à-dire, les films minces de l’Ag-Bi-I). Les deux c-TiO2 et m-TiO2 ont été traités avec TiCl4 solutions aqueuses pour passiver les pièges de surface2 TiO ; Cela conduit à l’amélioration interfaciale de chaque couche de2 TiO. La solution Ag-Bi-I précurseur a été enduit de spin avec l’humidité maintenue en dessous de 20 % ; C’est parce que la butylamine solvant a un point d’ébullition bas et est très réactif avec l’humidité de l’air, qui pourrait fortement influencer la morphologie de la surface. Les films minces de rouge-jaunâtre qui en résultent sont thermiquement recuit dans un N2-remplis la boîte à gants afin d’obtenir les résultantes brun-noir et brillants minces d’amelie2j’ai7. Quand recuit dans des conditions ambiantes, les films minces de l’Ag-Bi-I a montré les couleurs rougeâtres et morphologies brumeux, résultant de l’oxydation de l’iodure de bismuth. Pour compléter la fabrication de dispositifs, P3HT a spin-cast sur amelie2j’ai7 couches minces, suivies d’un dépôt d’or (Au), de fonctionner comme une couche trou-transport et électrode supérieure, respectivement.

Comme le montre la Figure 1 et Figure 2, Ag-Bi-I systèmes ternaires sont cristallisées dans des compositions différentes, comme Julien2j’ai7 et Ag2BiI5, selon les ratios différents précurseurs de l’AgI et BiI3. Les conditions thermiques de recuit influencent les écoulements, granulométries et morphologie de la surface des préparés comme Ag-Bi-I films minces. Études antérieures sur Ag-Bi-I systèmes ternaires axées sur la synthèse et l’analyse des cristaux en vrac ; Cependant, nous avons signalé pour la première fois que amelie2j’ai7 couches minces peuvent être préparées en utilisant un procédé de spin-revêtement à base de solution et ensuite utilisés avec succès comme un absorbeur de plomb de cellule solaire11. Récemment, de nombreux chercheurs ont suivi ce travail afin de développer la qualité du matériau lui-même, ainsi que la cellule solaire performance21,22.

Il n’y a encore place pour la poursuite du développement de solution-traitées Ag-Bi-I ternaires minces cellules solaires en termes de qualité des matériaux et ingénierie d’architecture périphérique. Beaucoup de papiers relies aux matériaux ternaires Ag-Bi-I ont récemment été publiés dans des revues et, par conséquent, nous pensons que davantage recherche sur les systèmes ternaires Ag-Bi-I fera des progrès considérables dans le domaine de la solution-traité et respectueux de l’environnement des cellules solaires minces.

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Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Ce travail a été soutenu par la Daegu Gyeongbuk Institut de Science et technologie (DGIST) programmes de recherche et développement (R & D) du ministère de la Science, TIC et futur Planning de Corée (18-ET-01). Ce travail a été également soutenu par l’Institut d’évaluation de la Energy Technology Corée et Planning(KETEP) et le ministère du commerce, industrie & Energy(MOTIE) de la République de Corée (n° 20173010013200).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bismuth(III) iodide, Puratronic, 99.999% (metals basis) Afa Aesar 7787-64-6 stored in N2-filled condition
Silver iodide, Premion, 99.999% (metals basis) Afa Aesar 7783-96-2 stored in N2-filled condition
Butylamine 99.5% Sigma-Aldrich 109-73-9
Triton X-100 Sigma-Aldrich 9002-93-1
Isopropyl alcohol (IPA) Duksan 67-63-0 Electric High Purity GRADE
Titanium(IV) isopropoxide Sigma-Aldrich 546-68-9 ≥97.0%
Ethyl alcohol Sigma-Aldrich 64-17-5 200 proof, ACS reagent, ≥99.5%
Hydrochloric acid SAMCHUN 7647-01-0 Extra pure
Titanium tetrachloride (TiCl4) sharechem
50nm-sized TiO2 nanoparticle paste sharechem
2-propanol Sigma-Aldrich 67-63-0 anhydrous, 99.5%
Terpineol Merck 8000-41-7
Heating oven WiseTherm
Oxygen (O2) plasma AHTECH
X-ray diffraction (XRD) Rigaku Rigaku Miniflex 600 diffractometer with a NaI scintillation counter and using monochromatized Cu-Kα radiation
(1.5406 Å wavelength).
Fourier transform infrared (FTIR) Bruker Bruker Tensor 27
field-emission scanning electron microscope (FE-SEM) Hitachi Hitachi SU8230
UV-Vis spectra PerkinElmer PerkinElmer LAMBDA 950
Spectrophotometer
Ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) RBD Instruments PHI5500 Multi-Technique system

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Chimie numéro 139 iodure de Bismuth iodure d’argent Ag-Bi-I ternaire minces processus de solution semiconductor non-toxique absorbeur photovoltaïque
Solution-traité « Silver-Bismuth-iode » ternaire minces pour absorbeurs photovoltaïques sans plomb
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Oh, J. T., Kim, D. H., Kim, Y.… More

Oh, J. T., Kim, D. H., Kim, Y. Solution-Processed "Silver-Bismuth-Iodine" Ternary Thin Films for Lead-Free Photovoltaic Absorbers. J. Vis. Exp. (139), e58286, doi:10.3791/58286 (2018).

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