Yöntem makalesi

Anahtar Sb2S3performansını etkileyen faktörler-güneş hücreleri bir Sb2S3 ifade ile SbCl3sırasında sensitize-Tioüre karmaşık çözüm-işleme

7.4K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/58062

⸱

16 Temmuz 2018

 ,  ,  , 
1Convergence Research Center for Solar Energy, Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), 2Perovtronics Research Center, School of Energy and Chemical Engineering, Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)

Bu makalede

Özet

Bu eser devrilmesinden sonra Sb2S3 SbCl3kullanarak bir mesoporous TiO2 katman için detaylı deneysel bir işlem sağlar-Sb2S3uygulamalarında karmaşık çözüm Tioüre-duyarlı güneş hücreleri. Bu makalede ayrıca önemli faktörler biriktirme işlemi yöneten belirler.

Özet

SB2S3 nesil güneş hücreleri için benzersiz optik ve elektriksel özellikleri nedeniyle uygulanabilir ortaya çıkan ışık emici biri olarak kabul edilir. Son zamanlarda, biz potansiyel yeni nesil güneş hücreleri Sb2S%3> 6 yüksek bir fotovoltaik verim elde tarafından gösterdi-duyarlı güneş hücreleri basit Tioüre (TU) kullanarak-dayalı karmaşık çözüm yöntemi. Burada, biz güneş hücreleri imalatı SbCl3- TU karmaşık bir çözüm kullanarak bir mesoporous TiO2 (mp-TiO2) katmandaki devrilmesinden sonra Sb2S3 için anahtar deneysel yordamlar açıklar. İlk olarak, SbCl3- TU çözüm N, N- dimethylformamide SbCl3farklı molar oranları, SbCl3 ve TU çözülerek sentezlenir: TU. O zaman, çözüm hazırlanan yüzeyler üzerinde mp-TiO2/TiO2/ oluşan yatırılır-spin kaplama tarafından SnO2 cam katman/F-katkılı engelleme. Son olarak, kristal Sb2S3oluşturmak için örnekleri N2' komplementer-torpido 300 ° C'de dolu Fotovoltaik aygıt performans deneysel parametrelerin etkilerini de ele alınmıştır.

Giriş

Antimon tabanlı chalcogenides (Sb-Chs), SB2S3, Sb2Se3, Sb2(S, Se)3ve CuSbS2, dahil olmak üzere yeni nesil güneş hücreleri1 kullanılabilir gelişmekte olan malzeme olarak kabul edilir ,2,3,4,5,6,7,8. Ancak, fotovoltaik cihazlar üzerinde Sb-Chs ışık emici dayalı henüz mümkün ticarileştirilmesi göstermek için gereken % 10 güç dönüşüm verimliliği (PCE) ulaşılmış.

Bu sınırlamalarının üstesinden gelir, çeşitli yöntem ve teknikler, yüzey işleme thioacetamide kaynaklı1, oda sıcaklığında ifade Yöntem4, bir atom katman ifade tekniği2ve kullanımı gibi uygulanmış olan albüminkolloid nokta kuantum nokta6. Bu çeşitli yöntemler arasında bir kimyasal banyoya ayrışma dayalı çözüm işleme1en yüksek performans sergiledi. Ancak, kimyasal reaksiyon ve tedavi sonrası kesin bir denetim en iyi performans1,3elde etmek için gereklidir.

Son zamanlarda, biz basit bir çözüm-işleme yüksek performanslı Sb2S3için geliştirilen-duyarlı güneş hücreleri bir SbCl3kullanarak-karmaşık çözüm Tioüre (TU)3. Bu yöntemi kullanarak, kaliteli Sb2S%3 6.4 karşılaştırılabilir aygıtı performansını elde etmek için bir güneş hücreye uygulanan kontrollü bir Sb/S oranı sayesinde imal etmek başardık PCE. Ayrıca Sb2S3 tek adım ifade tarafından fabrikasyon beri etkili işlem zamanı azaltmak başardık.

Bu çalışmada, biz mesoporous TiO2 (mp-TiO2) oluşan substrat detaylı deneysel işlemin bir Sb2S3 ifade için tarif / TiO2 katman engelleme (TiO2- BL) / F-katkılı SnO2 () FTO) cam Sb2S3imalatı için-duyarlı güneş hücreleri ile SbCl3- TU karmaşık çözüm-işleme3. Buna ek olarak, bir Sb2S3 ifade sırasında fotovoltaik performansını etkileyen üç önemli faktörler ele tespit ve. Yöntem kavramı diğer derhal tipi güneş hücreleri üzerinde metal katılaşarak alarak kolayca uygulanabilir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. TiO2- BL çözüm sentezi

  1. 50 mL birimi olan 2 şeffaf tüpleri hazırlayın.
  2. 20 mL etanol 1 flakon (V1) ekleyin ve V1 mühür.
  3. V1 bir N2' ye naklet-torpido < 1 ppm bir H2O düzeyde bir nem kontrol sistemi ile dolu.
  4. 1.225 mL ekleyin V1 için titanyum (IV) isopropoxide (TTIP), kullanarak 0,45 µm PVDF filtre ve yavaşça karıştırın karışım en az 30 dakika için.
    Not: Bu adım bir eldiven kutusuna (veya çok düşük nem koşullarında) gerçekleştirilmesi gerekir TTIP neme çok hassas olduğu için. İstenmeyen reaksiyon zaten çözüm içinde oluştuğu için TTIP çözüm şeffaf veya beyaz precipitates içinde çözüm gözlenir değilse bu, kullanılmamalıdır.
  5. Diğer hazır şişede (V2), 18 μL HNO3 (% 70) ekleyin ve H2O 20 mL etanol için 138 μL bir micropipette kullanarak ve yavaşça için en az 30 dakika karışımı ilave edin.
    Not: H2O kullanıldığı için bu adımı bir torpido gözünde gerçekleştirilmesi gerekir değil.
  6. 2 çözümleri V1 çözümde V2 çözüm dökerek karıştırın ve şeffaf 0.1 M TiO2- BL çözüm sentezlemek daha--dan 2 h karıştırın.
    Not: Nihai çözüm şeffaf olması gerekir. Çözüm şeffaf değilse, şeffaf bir çözüm elde edilir kadar resynthesize. Başarılı bir şekilde hazırlanan TiO2- BL çözümleri < %50 nem koşulları, birkaç gün boyunca stabildir.

2. SbCl3- TU çözümler çeşitli SbCl3/TU Molar oranları ile sentezi

Not: Sentez, SbCl3 -nem çok yüksek duyarlılık nedeniyle torpido gözünde gerçekleştirilmelidir.

  1. SbCl3 hisse senedi çözüm [1 mmol / SbCl3 N, N- dimethylformamide (DMF) 1 ml] torpido içinde hazırlamak. Örneğin, SbCl3 6.486 g DMF 30 mL 32.2 mL stok çözüm ekleyin.
  2. TU istenen molar oranı SbCl3/TU. SbCl3- TU çözümle sentezlemek için belirli bir miktar içeren bir flakon hisse senedi çözüm uygun bir miktar eklemek Örneğin, 2 şişe her varsayın 0.1 g TU hisse senedi çözüm için bir şişe ve 0.5637 mL 0.9394 mL diğerine, çözümleri ile SbCl3/TU oranları 1/1,5 ve 1/2.5, sırasıyla sentezlemek için ekleyin.

3. mp-TiO2/TiO2- BL/FTO oluşan yüzey hazırlanması cam

  1. 25 x 25 mm FTO kaplı cam (FTO cam) bir ultrasonik banyo 10 dk, etanol tarafından takip için aseton ile yıkayın.
    Not: fotovoltaik aygıt imal etmek, nerede 5-10 mm x 25 mm FTO yüzeyi tamamen kazınmış önceden desenli FTO cam, kullanın.
  2. Anında FTO cam üzerinde örnek basınçlı hava esen kuru.
  3. UV/O3 FTO cam temizleyici için 20 dk tedavi.
  4. Kat etanol 60 için 5000 devirde FTO camına spin s.
  5. Hemen tekrar ile hazırlanan TiO2- BL çözüm adım 3.4 aynı koşullar altında spin kat.
  6. 200 ° C'de ısıtılmış sıcak tabakta yerleştirerek FTO cam 2 min için Kuru
  7. 3.5 ve 3.6 istenen TiO2- BL kalınlıkta edinmek için adımları yineleyin.
  8. Mp-TiO2 katman TiO2 yapıştırmak (50 nm TiO2 parçacıklar) ve polyester maskesi ile ekran yazdırma yöntemini kullanarak TiO2- BL/FTO camına Kasası.
  9. Mp-TiO2/TiO2- BL/FTO cam 30 dk için 500 ° C'de tavlamak.
  10. Tavlanmış yüzeylerde bir şeffaf sulu 40 mM TiCl4 çözüm içinde oda sıcaklığında soğutma sonra daldırma.
    Not: 40 mM TiCl4 çözüm şeffaf olması gerekir. Eğer önce onlar soğutmalı yüzeylerde TiCl4 çözümde daldırma, onlar kolayca substrat ve çözüm arasında büyük sıcaklık farkı nedeniyle zarar verebilir.
  11. 60 ° C'de bir fırın yüzeylerde aktarmak ve 1 h için depolayabilirsiniz.
  12. Yüzeylerde sıcak su ile birkaç defa durulayın ve anında onları blowingcompressed hava onları kurutun.
    Not: yüzeylerde herhangi bir çatlama önlemek için sıcak su (yaklaşık 60 ° C) kullandığınızda durulama.
  13. Yine 500 ° C'de 30 dk için yüzeylerde tavlamak.

4. Sb2S3 mp-TiO2/TiO2- BL/FTO substrat birikimi cam

  1. UV/O3 yüzeyler temiz yüzeyi temizlemek 20 dk için tedavi ve torpido için aktarmak.
  2. Kat DMF solvent onları SbCl3- TU çözüm ile kaplama dönmeye 60 s rahip için 3000 rpm'de yüzeyler üzerinde spin.
  3. Olarak Boyalı yüzeylerde 5 min için kısmi bir termal ayrışma ve amorf faz oluşumu için 150 ° C'de sıcak tabakta yerleştirerek ısı.
  4. Örnekleri kristal faz oluşumu için 10 min için 300 ° C'de ısıtılmış sıcak bir tabak yerleştirin.
  5. Örnekleri için oda sıcaklığında soğutma sonra bunları eldiven kutusundan kaldırın.

5. imalat Sb2S3-güneş hücreleri hassas

  1. Poly(3-hexylthiophene) (P3HT) 15 mg chlorobenzene için 1 mL ekleyin ve hafifçe onları açık kırmızımsı bir çözüm elde edilir kadar karıştırın.
  2. Sb2S3kat chlorobenzene spin-60 için 3000 rpm'de substrat yatırmış s.
  3. Hemen hazır P3HT çözüm olarak 5.2. adımda kullanılan aynı koşullarda tekrar paltoyla spin.
  4. Örnekleri evaporatör vakum bir odanın içine aktarın.
  5. Depozito 100 nm 1.0 oranı ile altın Å / s.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Şekil 1 Sb2S3 ifade için deneysel bir işlem şematik gösterimi mp-TiO2/TiO2- BL/FTO cam yüzey üzerinde gösterir. Şekil 1 d temel özellikleri ve burada açıklanan yöntemle fabrikasyon tipik bir ürün düzenini gösterir. Ana x-ışını kırınım (XRD) desen de bu bir stibnite Sb2S3 yapısı1,3,

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

TiO2- BL yaygın olduğu bir delik engelleme katman güneş hücreleri olarak kullanılır. Şekil 2' de gösterildiği gibi büyük bir fark TiO2- BL kalınlığına bağlı olarak aygıt performans gözlendi. Eleştirel FTO ve delik taşıma malzemeleri11arasında herhangi bir doğrudan temas önlemek için bir delik engelleme katman olarak görür çünkü bu nedenle, kalınlığı en iyi genel aygıt performansı elde etmek için optimize edilmelidir. Bu optimum kalınlık TiO2...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

Bu eser Daegu Gyeongbuk Enstitüsü bilim ve teknoloji (DGIST) R & D programları ICT, Kore ve Bilim Bakanlığı tarafından desteklenmiştir (hibe No 18-ET-01 ve 18-01-HRSS-04).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Etil alkol, Saf, %>99,5Sigma-Aldrich459836
Titanyum(IV) izopropoksit %97Aldrich205273
Nitik asit, ACS reaktifi, %70Sigma-Aldrich438073
Antimon(III) klorürSigma-Aldrich311375
TiyoüreSigma-AldrichT7875
N, N-Dimetilformamid, susuz, %99,8Sigma-Aldrich227056
50 nm parçacıklı TiO2 macunuShareChemSC-HT040
Poli (3-heksiltiofen)1-MalzemePH0148
KlorobenzenSigma-Aldrich284513
FTO/cam (8 Ohmos/sq)Pilkington
Spin kaplayıcıDONG AH TİCARET A.Ş.ACE-200
Sıcak plakaAS ONE CorporationHHP-411
Torpido gözüKIYONKK-021AS
UV OZON TEMIZLEYICIAHTECH LTSAC-6
FırınWiseThermFP-14
UV/Vis Absorpsiyon spektroskopisiPerkinElmerLambda 750
Çok fonksiyonlu evaporatör torpido gözü ileDAEDONG YÜKSEK TEKNOLOJİLERDDHT-SDP007

Kaynaklar

  1. Choi, Y. C., Lee, D. U., Noh, J. H., Kim, E. K., Seok, S. I. Highly Improved Sb2S3 Sensitized-Inorganic-Organic Heterojunction Solar Cells and Quantification of Traps by Deep-Level Transient Spectroscopy. Advanced Functional Materials. 24 (23), 3587-3592 (2014).
  2. Kim, D. -H., et al. Highly reproducible planar Sb2S3-sensitized solar cells based on atomic layer deposition. Nanoscale. 6 (23), 14549-14554 (2014).
  3. Choi, Y. C., Seok, S. I. Efficient Sb2S3-Sensitized Solar Cells Via Single-Step Deposition of Sb2S3 Using S/Sb-Ratio-Controlled SbCl3-Thiourea Complex Solution. Advanced Functional Materials. 25 (19), 2892-2898 (2015).
  4. Godel, K. C., et al. Efficient room temperature aqueous Sb2S3 synthesis for inorganic-organic sensitized solar cells with 5.1% efficiencies. Chemical Communications. 51 (41), 8640-8643 (2015).
  5. Choi, Y. C., et al. Sb2Se3-Sensitized Inorganic-Organic Heterojunction Solar Cells Fabricated Using a Single-Source Precursor. Angewandte Chemie International Edition. 53 (5), 1329-1333 (2014).
  6. Chen, C., et al. 6.5% Certified Efficiency Sb2Se3 Solar Cells Using PbS Colloidal Quantum Dot Film as Hole-Transporting Layer. ACS Energy Letters. 2 (9), 2125-2132 (2017).
  7. Choi, Y. C., et al. Efficient Inorganic-Organic Heterojunction Solar Cells Employing Sb2(Sx/Se1-x)3 Graded-Composition Sensitizers. Advanced Energy Materials. 4 (7), 1301680(2014).
  8. Choi, Y. C., Yeom, E. J., Ahn, T. K., Seok, S. I. CuSbS2-Sensitized Inorganic-Organic Heterojunction Solar Cells Fabricated Using a Metal-Thiourea Complex Solution. Angewandte Chemie International Edition. 54 (13), 4005-4009 (2015).
  9. Versavel, M. Y., Haber, J. A. Structural and optical properties of amorphous and crystalline antimony sulfide thin-films. Thin Solid Films. 515 (18), 7171-7176 (2007).
  10. Yang, B., et al. Hydrazine solution processed Sb2S3, Sb2Se3 and Sb2(S1-xSex)3 film: molecular precursor identification, film fabrication and band gap tuning. Scientific Reports. 5, 10978(2015).
  11. Peng, B., et al. Systematic investigation of the role of compact TiO2 layer in solid state dye-sensitized TiO2 solar cells. Coordination Chemistry Reviews. 248 (13-14), 1479-1489 (2004).
  12. Chen, C., et al. Accelerated Optimization of TiO2/Sb2Se3 Thin Film Solar Cells by High-Throughput Combinatorial Approach. Advanced Energy Materials. 7 (20), 1700866(2017).
  13. Sung, S. -J., et al. Systematic control of nanostructured interfaces of planar Sb2S3 solar cells by simple spin-coating process and its effect on photovoltaic properties. Journals of Industrial and Engineering Chemistry. 56, 196-202 (2017).
  14. Gong, J., Liang, J., Sumathy, K. Review on dye-sensitized solar cells (DSSCs): Fundamental concepts and novel materials. Renewable & Sustainable Energery Reviews. 16 (8), 5848-5860 (2012).
  15. Jeon, N. J., et al. Solvent engineering for high-performance inorganic-organic hybrid perovskite solar cells. Nature Materials. 13 (9), 897-903 (2014).
  16. Choi, Y. C., Lee, S. W., Jo, H. J., Kim, D. -H., Sung, S. -J. Controlled growth of organic-inorganic hybrid CH3NH3PbI3 perovskite thin films from phase-controlled crystalline powders. RSC Advances. 6 (106), 104359-104365 (2016).
  17. Choi, Y. C., Lee, S. W., Kim, D. -H. Antisolvent-assisted powder engineering for controlled growth of hybrid CH3NH3PbI3 perovskite thin films. APL Materials. 5 (2), 026101(2017).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

SbCl3 TU Kompleks zeltisiMezog zenekli TiO2 BiriktirmeSpin Kaplama Tekni iN2 Tavlama lemiFotovoltaik Verimlilik AnaliziTitanyum Dioksit Bloklama TabakasFTO Cam Altl kTi re Molar OranAntimon Triklor r zeltisi

İlgili makaleler