CH tek değerlikli katyon doping ₃ NH ₃ PBI ₃ Verimli Perovskit Güneş Pilleri için

Bu prosedürün genel amacı, yüksek verimli perovskit güneş pillerine kumaş için monovalent katyon dopingi yoluyla kurşun halojenür perovskitin optoelektronik özelliklerini arttırmaktır. Monovalent katyonların kurşun halojenür perovskit içine dahil edilmesi, bu malzemenin yarı iletken kalitesini ve foto efekt davranışını önemli ölçüde iyileştirir. Perovskit malzemelere rasyonel miktarda düşük maliyetli monovalent katyon katkı maddesi eklemek, yük hareketliliğini arttırır ve enerji bozukluğunu büyüklük sırasına göre azaltır.

Alt tabakayı karşılaştırmaya başlamak için, FTO kaplı bir cam slaytın iletken tarafının 2 / 3'ünü kaplamak için yarı saydam akrilik yapışkan bant kullanın. Daha sonra açıkta kalan alanları çinko tozu ile kaplayın. Alt tabakayı aşındırmak için slaytın üzerine damıtılmış su içinde 2 molar hidroklorik asit çözeltisi dökün.

Sürgünün açıkta kalan kısımlarındaki kalıntıyı silmek için pamuklu çubuk kullanın. Kazınmış FTO alt tabakasını damıtılmış suyla durulayın ve ardından bandı çıkarın. Kazınmış yüzeyi hacimce %2 ağırlıkça alkali sıvı deterjan konsantresi ve su çözeltisinde yıkayın.

FTO substratını sırayla aseton ve izopropanol banyolarında her biri 10 dakika boyunca sonikleştirin. Kazınmış alt tabakayı temizlemeyi bitirmek için FTO alt tabakasını bir oksijen plazma temizleyicide 15 dakika işlemden geçirin. Tüm bloke edici kompakt titanyum oksit tabakasını biriktirmek için, önce kazınmış ve temizlenmiş FTO alt tabakasını 450 santigrat derecede sıcak plaka üzerine yerleştirin.

Temas alanını hemen önceden kesilmiş bir cam sürgü ile örtün ve alt tabakanın 450 santigrat dereceye kadar ısınmasına izin verin. 0.6 mililitre TAA'yı 7 mililitre izopropanol ile karıştırın. Substrat 450 santigrat derece iken, taşıyıcı gaz olarak hava kullanarak sprey piroliz yoluyla TAA çözeltisini substrata uygulayın.

Numunenin 30 dakika boyunca 450 santigrat derecede kalmasına izin verin. Ardından numunenin oda sıcaklığına soğumasını bekleyin. Alt tabaka soğuduktan sonra cam kapağı çıkarın.

Elektron taşıma katmanını biriktirmek için önce 30 nanomolar titanyum oksit macununu etanol ile 2:7 ağırlık oranına kadar seyreltin. Süspansiyonu 30 dakika boyunca sonikleştirin. Daha sonra numuneyi, saniyede 2.000 RPM'lik bir rampa hızı ile 5.000 RPM'de 30 saniye boyunca süspansiyonla kaplayın.

Mezogözenekli bir titanyum oksit filmi elde etmek için titanyum filmi 500 santigrat derecede 30 dakika boyunca annihailleyin. Daha sonra numuneyi 40 milimolar titanyum klorür ve damıtılmış su çözeltisine daldırın. Numuneleri 70 santigrat derecede 20 dakika boyunca işlemden geçirin.

Titanyum klorür ile muamele edilmiş numuneyi 450 santigrat derecede 30 dakika daha annihaile. Numuneyi %1'den daha az neme sahip nitrojen dolu bir torpido gözüne aktarın Düşük su, düşük oksijenli, inert bir atmosferde, 553 miligram kurşun iyodüre 1 mililitre DMF ekleyin. Kurşun iyodür eriyene kadar sürekli karıştırarak karışımı 80 santigrat dereceye ısıtın.

Daha sonra, kurşun iyodür çözeltisinde seçilen monovalent katyon halojenürün 0.02 molar bir çözeltisini hazırlayın. Substrata kurşun iyodür çözeltisi içinde 80 mikrolitre monovalent katyon halojenür uygulayın. Alt tabakayı saniyede 4.000 RPM'lik bir rampa hızıyla 6.500 RPM'de 30 saniye boyunca döndürün.

Elde edilen ince filmi 80 santigrat derecede 30 dakika pişirin. Daha sonra, 40 miligram metilamonyum iyodürü 5 mililitre izopropanol içinde çözün. Kurşun iyodür kaplı alt tabakayı bir spin kaplayıcıya yerleştirin ve 120 mikrolitre MAI solüsyonu uygulayın.

Çözeltinin alt tabaka üzerinde 45 saniye oturmasına izin verin ve ardından alt tabakayı 4.000 RPM'de 20 saniye boyunca MAI ile kaplayın. Perovskit filmi 100 santigrat derecede 45 dakika boyunca annihaile. Tüm taşıma katmanını biriktirmek için önce 72.3 miligram spiro-metoksiTAD'a 1 mililitre klorobenzen ekleyin.

Çözelti şeffaf görünene kadar karışımı çalkalayın. 1 mililitre asetonitril içinde 520 miligram lityum TFSI stok çözeltisi hazırlayın. Daha sonra 17.5 mikrolitre lityum TFSI çözeltisini 28.8 mikrolitre 4-tert-butilpiridin içinde spiro-metoksiTAD çözeltisi ile karıştırın.

Numuneyi bu karışımla 30 saniye boyunca 4.000 RPM'de saniyede 2.000 RPM'lik bir rampa hızıyla döndürün. Numuneyi, güneş pilinin üst kontakları için bir maske deseni ile örtün. Güneş pilinin imalatını bitirmek için numunenin üzerine saniyede 0.01 nanometre hızında 80 nanometrelik bir altın tabakası yerleştirin.

Bozulmamış ve katkı maddesi bazlı perovskitlerin ince filmleri, karşılık gelen kurşun iyodür filmlerle karşılaştırıldı. Katkı maddesi olarak sodyum iyodür kullanıldığında, büyük, asimetrik perovskit kristalleri ile birlikte FESEM tarafından büyük dal şeklindeki kurşun iyodür kristalleri gözlendi. Katkı maddesi olarak bakır iyodür ve gümüş iyodür kullanıldığında, düzgün, iğne deliği içermeyen perovskit tabakaları gözlenmiştir.

X-ışını kırınımı, katyon dopinginin perovskit kristal yapısı üzerinde hiçbir etkisi olmadığını gösterdi. Katkı maddesi olarak sodyum iyodür veya bakır bromür kullanıldığında dönüştürülmemiş kurşun iyodüre karşılık gelen bir tepe gözlenmedi. Kelvin prob kuvveti mikroskobu, katkılı perovskit fermi seviyelerinin değerlik bandına doğru kaydığını gösterdi.

Katkılı numuneler, özellikle sodyum iyodür ve bakır bromür numuneleri için elektron ve tüm hareketliliklerde artan iletkenlik gösterdi. Doldurma faktöründeki kısa devre akımı için de artışlar gözlendi. Bakır bromür ve sodyum iyodür bazlı hücrelerde daha büyük kısa devre akımı artışı, kurşun iyodürün tam dönüşümüne ve gelişmiş yük hareketliliğine bağlandı.

Bakır iyodür ve gümüş iyodür bazlı güneş pilleri için, muhtemelen tek tip iğne deliği olmayan yüzeyleri nedeniyle açık devre voltajında iyileşmeler gözlendi. Sodyum iyodür, bakır bromür ve bakır iyodür bazlı güneş pillerinin güç dönüştürme verimliliklerinin tümü, bozulmamış bir perovskit hücresininkinden önemli ölçüde daha yüksekti. Mezoskopik perovskit güneş pili yapısında bir emici tabaka olarak metilamonyum kurşun halojenür perovskitin çözelti işlemesi ile uyumlu kolay bir doping yöntemi gösterdik.

Kurşun halojenür perovskit malzemelerin optoelektronik ve yapısal özellikleri, üstün fotovoltaik performansa yol açabilen monovalent katyon katkı maddelerinin kontrol miktarları ile ayarlanabilir. Yöntemimiz, fotovoltaik alanındaki araştırmacıların, perovskit ince filmlerin elektronik kalitesini daha da iyileştirmek için perovskit güneş pillerinin diğer konfigürasyonlarında bu tekniği keşfetmelerinin yolunu açtı.