Doktora Burs M. Abdi-Jalebi teşekkür Nava Teknoloji Limited. MI Dar ve M.Grätzel Bilim ve Teknoloji King Abdulaziz City (KACST) ve mali destek için İsviçre Ulusal Bilim Vakfı (SNSF) teşekkür ederim. Yazarlar XPS ölçümleri gerçekleştirmek için Moleküler Dr. Pierre Mettraux ve Hibrid Malzeme Karakterizasyonu Merkezi, EPFL teşekkür etmek istiyorum. A.Sadhanala minnetle Hint-UK APEX projeden maddi destek kabul eder. SP Senanayak Newton Bursu için Royal Society Londra kabul eder. RH Arkadaş, M. Abdi-Jalebi ve A. Sadhanala EPSRC destek kabul etmek istiyorum.

1. sentezi ve Saf ve Katkı tabanlı CH 3 birikmesi, NH 3 PBI 3 NOT: Tüm çözümler nem ve oksijen kontrollü koşullar altında bir argon eldiven kutusunun içinde hazırlanmıştır (H 2 O seviye: &lt;1 ppm ve O 2 düzeyi: &lt;10 ppm). <ol><li> 80 ° C&#39;de sabit karıştırma altında, N, N-dimetilformamid (DMF) 1 mL PBI 2 553 mg (1.2 M) içinde çözülür. </li><li> PBI 2 çözeltisine tek değerli bir katyondur halojenürlerin 0.02 M ekleyin. </li><li> Spin-kaplama 4000 rpm&#39;lik bir rampa ile 6500 rpm&#39;de 30 saniye için alt-tabaka (örneğin, gözenekli-TiO2) üzerinde elde edilen sarı, saydam bir çözelti. </li><li> 30 dakika boyunca 80 ° C&#39;de bir sıcak plaka üzerinde film pişirilir. </li><li> 5 mL izopropanol içinde metilamonyum iyodür (MAI), 40 mg eritin. </li><li> Spin-kaplama, iki aşamalı bir protoc Oluşan talebi iyodid filmleri üzerine MAI çözeltisi yeterli miktardayükleme süresi 45 sn içeren ol 4,000 rpm&#39;de iplik 20 saniye izledi. </li><li> 45 dakika boyunca 100 ° C&#39;de bir sıcak plaka üzerinde eğirme ile kaplanmış perovskit filmler yeniden birleşir. </li></ol> 2. Güneş Pili Üretimi <ol><li> Yüzey hazırlığı <ol><li> Kalıp, flüor katkılı kalay oksit (FTO) kaplı bir cam. <ol><li> Yarı saydam yapışkan bant ile FTO cam aktif alanı kapsayacak. </li><li> FTO substratların ortaya çıkarılan alanlarda çinko (Zn) toz dökün. </li><li> damıtılmış su içinde hidroklorik asit 2 M (HCI) hazırlayın. </li><li> Zn tozu ile kaplıdır FTO cam parçası üzerine HCI solüsyonu dökülür. </li><li> Su ile FTO yıkayın ve bandı çıkarın. </li></ol></li><li> substratlar Temizleme <ol><li> deterjan (ağ / hac)% 2 ile FTO cam yıkayın. </li><li> 10 dakika boyunca aseton ve izopropanol (IPA) kazınmış FTO substratlar sonikasyon. </li><li> Bir ultrav ile FTO yüzeylerde tedaviiolet / O 3 15 dakika süreyle temizleyici. </li></ol></li></ol></li><li> Bir delik bloke tabakanın uygulanması <ol><li> IPA 7 mL titanyum diisopropoxide bis (asetilasetonat) (TAA), 0.6 mL ekleyin. </li><li> 450 ° C&#39;de bir ocak temizlenmeli ve desenli FTO yüzeyler koyun ve ısıtma önce temas alanını kapsar. </li><li> Piroliz taşıyıcı gaz olarak O 2 kullanılarak ortaya çıkarılan alan üzerine TAA çözümü püskürtün. </li><li> 30 dakika boyunca 450 ° C &#39;de numuneler bırakın. </li></ol></li><li> Bir elektron taşıma katmanının Biriktirme <ol><li> (: 7 ağırlık oranı 2), etanol ticari TiO2 macun (30 nm partikül boyutu) seyreltin. </li><li> 30 dakika boyunca sonike ile TiO2 seyreltme homojenize edilir. </li><li> Spin-ceket 2.000 rpm bir rampa ile 5000 rpm&#39;de 30 sn için kompakt TiO2 katmanları ile hazırlanan numunelerin üzerine titanyum seyreltme. </li><li> 30 dakika süre ile 500 ° C &#39;de titanya filmler tavlanmasıMin. </li><li> 20 dakika boyunca 70 ° C&#39;de damıtılmış su içinde TiCl4 bir 40 mM çözelti elde gözenekli TiO2 filmler tedavi edin. </li><li> 450 at TiCI4 enjekte edilmiş filmler tavlama 30 dakika ° C. </li></ol></li><li> Perovskit tabakanın uygulanması Not: titanya tabakaları ile FTO substratlar işlem sürecinin geri kalanı için &lt;% 1 bir nem kuru hava kutusuna aktarılmıştır. <ol><li> Spin-kaplama 4000 rpm&#39;lik bir rampa ile 6500 rpm&#39;de 30 saniye boyunca gözenekli TiO 2 üzerine (takviyelerle olmadan) hazırlanan kurşun iyodür çözümler. </li><li> 30 dakika boyunca 80 ° C&#39;de bir sıcak plaka üzerinde film pişirilir. </li><li> Spin-kaplama 2,000 rpm&#39;de bir rampa ile 4,000 rpm&#39;de 20 saniye için iplik ardından yükleme süresi 45 sn içeren bir iki-aşamalı bir protokol kullanarak elde edilen talebi iyodid filmler halinde MAI çözeltisi yeterli miktarda. </li><li> Bir hotpla spin kaplı Perovskite filmler tavlama45 dakika boyunca 100 ° C &#39;de te. </li></ol></li><li> Delik taşıma katmanı birikmesi <ol><li> klorobenzen 1 ml spiro-OMeTAD 72.3 mg ekleyin ve çözüm şeffaf hale gelinceye kadar çalkalayın. </li><li> asetonitril LiTFSI 520 mg ekleyerek bis (trifluorometilsülfonil) imit (LiTFSI) içindeki bir stok çözeltisi yapın. </li><li> LiTFSI stok çözeltisi 17.5 uL ve spiro-OMeTAD çözeltisine 4-tert -butylpyridine (TBP) &#39;nin 28.8 uL ekleyin. </li><li> 2000 rpm&#39;lik bir rampa ile 4,000 rpm&#39;de 30 saniye için yukarıda çözelti-kaplama dönerler. </li></ol></li><li> Üst temas Termal buharlaşma <ol><li> örnekleri Maske ve evaporatör vakum odasına koyun. </li><li> 0.01 nm / s &#39;lik bir oranda altın 80 Nm buharlaştırın. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Polman, A., Knight, M., Garnett, E. C., Ehrler, B., Sinke, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photovoltaic+materials+-+present+efficiencies+and+future+challenges.">Photovoltaic materials - present efficiencies and future challenges.</a> Science. 352, 307 (2016).</li><li>Green, M. A., Ho-Baillie, A., Snaith, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+emergence+of+perovskite+solar+cells.">The emergence of perovskite solar cells.</a> Nat. Photonics. 8 (7), 506-514 (2014).</li><li>Stranks, S. D., Snaith, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal-halide+perovskites+for+photovoltaic+and+light-emitting+devices.">Metal-halide perovskites for photovoltaic and light-emitting devices.</a> Nat. Nanotechnol. 10 (5), 391-402 (2015).</li><li>Snaith, H. H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perovskites:+The+Emergence+of+a+New+Era+for+Low-Cost,+High-Efficiency+Solar+Cells.">Perovskites: The Emergence of a New Era for Low-Cost, High-Efficiency Solar Cells.</a> The J. Phys. Chem. Lett. 4 (21), 3623-3630 (2013).</li><li>Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasaka, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organometal+halide+perovskites+as+visible-light+sensitizers+for+photovoltaic+cells.">Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells.</a> J. Am. Chem. Soc. 131 (17), 6050-6051 (2009).</li><li>Kim, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lead+iodide+perovskite+sensitized+all-solid-state+submicron+thin+film+mesoscopic+solar+cell+with+efficiency+exceeding+9%.">Lead iodide perovskite sensitized all-solid-state submicron thin film mesoscopic solar cell with efficiency exceeding 9%.</a> Sci. rep. 2, 591 (2012).</li><li>Jeon, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compositional+engineering+of+perovskite+materials+for+high-performance+solar+cells.">Compositional engineering of perovskite materials for high-performance solar cells.</a> Nature. 517 (7535), 476-480 (2014).</li><li>Li, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+vacuum+flash-assisted+solution+process+for+high-efficiency+large-area+perovskite+solar+cells.">A vacuum flash-assisted solution process for high-efficiency large-area perovskite solar cells.</a> Science. 353 (6294), 58-62 (2016).</li><li>Manser, J. S., Kamat, P. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Band+filling+with+free+charge+carriers+in+organometal+halide+perovskites.">Band filling with free charge carriers in organometal halide perovskites.</a> Nat. Photonics. 8 (9), 737-743 (2014).</li><li>Xing, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-Range+Balanced+Electron-+and+Hole-Transport+Lengths+in+Organic-Inorganic+CH3NH3PbI3.">Long-Range Balanced Electron- and Hole-Transport Lengths in Organic-Inorganic CH3NH3PbI3.</a> Science. 342 (6156), 344-347 (2013).</li><li>Stranks, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron-Hole+Diffusion+Lengths+Exceeding+1+Micrometer+in+an+Organometal+Trihalide+Perovskite+Absorber.">Electron-Hole Diffusion Lengths Exceeding 1 Micrometer in an Organometal Trihalide Perovskite Absorber.</a> Science. 342 (6156), 341-344 (2013).</li><li>Pazos-Outon, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photon+recycling+in+lead+iodide+perovskite+solar+cells.">Photon recycling in lead iodide perovskite solar cells.</a> Science. 351 (6280), 1430-1433 (2016).</li><li>Saliba, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cesium-containing+Triple+Cation+Perovskite+Solar+Cells:+Improved+Stability,+Reproducibility+and+High+Efficiency.">Cesium-containing Triple Cation Perovskite Solar Cells: Improved Stability, Reproducibility and High Efficiency.</a> Energy Environ. Sci. 9 (6), (2016).</li><li>Pellet, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mixed-organic-cation+perovskite+photovoltaics+for+enhanced+solar-light+harvesting.">Mixed-organic-cation perovskite photovoltaics for enhanced solar-light harvesting.</a> Angew. Chemie - Int. Ed. 53 (12), 3151-3157 (2014).</li><li>Hao, F., Stoumpos, C. C., Chang, R. P. H., Kanatzidis, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anomalous+band+gap+behavior+in+mixed+Sn+and+Pb+perovskites+enables+broadening+of+absorption+spectrum+in+solar+cells.">Anomalous band gap behavior in mixed Sn and Pb perovskites enables broadening of absorption spectrum in solar cells.</a> J. Am. Chem. Soc. 136 (22), 8094-8099 (2014).</li><li>Dar, M. I., Abdi-Jalebi, M., Arora, N., Gr&#228;tzel, M., Nazeeruddin, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+Engineering+of+CH+3+NH+3+PbI+3+Structures+for+High-Efficiency+Solar+Cells.">Growth Engineering of CH 3 NH 3 PbI 3 Structures for High-Efficiency Solar Cells.</a> Adv. Energy Mater. 6 (2), 1501358 (2016).</li><li>Ibrahim Dar, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+the+Impact+of+Bromide+on+the+Photovoltaic+Performance+of+CH3+NH3+PbI3+Solar+Cells.">Understanding the Impact of Bromide on the Photovoltaic Performance of CH3 NH3 PbI3 Solar Cells.</a> Adv. Mater. 27 (44), 7221-7228 (2015).</li><li>Abdi-Jalebi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+Monovalent+Cation+Halide+Additives+on+the+Structural+and+Optoelectronic+Properties+of+CH+3+NH+3+PbI+3+Perovskite.">Impact of Monovalent Cation Halide Additives on the Structural and Optoelectronic Properties of CH 3 NH 3 PbI 3 Perovskite.</a> Adv. Energy Mater. 6 (10), 1502472 (2016).</li><li>Yin, W. J., Shi, T., Yan, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unusual+defect+physics+in+CH3NH3PbI3+perovskite+solar+cell+absorber.">Unusual defect physics in CH3NH3PbI3 perovskite solar cell absorber.</a> Appl. Phys. Lett. 104 (6), 063903/1-063903/4 (2014).</li><li>Agiorgousis, M. L., Sun, Y. Y., Zeng, H., Zhang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strong+Covalency-Induced+Recombination+Centers+in+Perovskite+Solar+Cell+Material+CH+3+NH+3+PbI+3.">Strong Covalency-Induced Recombination Centers in Perovskite Solar Cell Material CH 3 NH 3 PbI 3.</a> J. Am. Chem. Soc. 136 (41), 14570-14575 (2014).</li><li>Andaji Garmaroudi, Z., Abdi-Jalebi, M., Mohammadi, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+facile+low+temperature+route+to+deposit+TiO2+scattering+layer+for+efficient+dye-sensitized+solar+cells.">A facile low temperature route to deposit TiO2 scattering layer for efficient dye-sensitized solar cells.</a> RSC Adv. 6 (75), (2016).</li><li>Abdi-Jalebi, M., Mohammadi, M. R., Fray, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Double-Layer+TiO2+Electrodes+with+Controlled+Phase+Composition+and+Morphology+for+Efficient+Light+Management+in+Dye-Sensitized+Solar+Cells.">Double-Layer TiO2 Electrodes with Controlled Phase Composition and Morphology for Efficient Light Management in Dye-Sensitized Solar Cells.</a> J. of Clust. Sci. 25 (4), 1029-1045 (2014).</li><li>Abdi-Jalebi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+a+Mesoporous+Titania-Perovskite+Interface+on+the+Performance+of+Hybrid+Organic-Inorganic+Perovskite+Solar+Cells.">Impact of a Mesoporous Titania-Perovskite Interface on the Performance of Hybrid Organic-Inorganic Perovskite Solar Cells.</a> The J. Phys. Chem. Lett. 7 (16), 3264-3269 (2016).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Mezoskopik perovskit güneş hücreleri tipik bir mimari malzemeleri, bir dizi dönel kaplı iletken bir alt-tabaka ve bir termal olarak buharlaştırıldı metal kontağa (Şekil 1) arasında olan, bu çalışma bölgesi kullanılmıştır. Gözenekli TiO2 tabakalar yüzey tuzakları pasifleştirme ve elektron aktarım katmanı ve soğurucu malzeme 21, 22 arasındaki arabirim artırdığı bildirilmiştir TiCl4 ile muamele edildi. perovskit tabaka daha sonra ardışık iki aşamalı yerleştirme tekniği kullanılarak kaplanmıştır. İkinci aşamada, izotop öne halid tam dönüşümü yüksek ışık emme 16, 17 elde etmek için gerekli olduğunu ve tek değerli katyon halojenür katkı maddeleri (örneğin, Nal ve CuBr) tam bir dönüşüme neden olduğunu göstermiştir. Ayrıca, gözenekli titanyum tabakasının tam kapsama wperovskitin ith aşırı tabakasının delik taşıma katmanı (örneğin, Spiro OMETAD) ve elektron taşıma katmanı (örneğin, gözenekli TiO2) 23 arasındaki potansiyel rekombinasyon ortadan kaldırmak için hayati önem taşımaktadır. Biz tek değerlikli katyon halojenürler (örneğin, Cul ve AGI) eklenerek cihaz için daha yüksek bir açık devre gerilimine yol açar Perovskite kapatma tabakasının yüzey kaplama artırabilir resimli. Bizim yöntemin en önemli avantajı biz ücretleri yoğunluğunu, şarj taşıma ve emici tabakanın iletkenliği artırmak için CH 3 NH 3 PBI 3 yapıya tek değerlikli katyonların dahil doping adımdır. Bir önceki bölümde belirtildiği gibi, yukarıda belirtilen güçlendiriciler önemli ölçüde elektron ve delik hareketlilik hem gelişmiş. Buna ek olarak, hem de perovski enerjik bozuklukta yük iletimi aktivasyon enerjisi dikkate değer bir azalmate filmi, tek değerli bir katyondur katkılama ile elde edilmiştir. Bu çalışmada, bir güneş pili yapısı perovskit mezoskopik bir emici tabaka olarak CH3 NH3 PBI 3 katkı yapılmasını mümkün bir yöntem gösterilmiştir. Monovalan katyon halojenürler fotovoltaik performansını artırmak amacıyla ayarlamak için CH 3 NH 3 PBI 3 Perovskite filmi, morfolojik optik ve elektriksel özellikleri kullanılmıştır. Bu nedenle, PBI 3 NH3 CH3 ardışık iki aşamalı birikimi talebi kaynak Pb 2+ benzer iyonik yarıçapına sahiptir, üç farklı, tek değerlikli katyonlar (örneğin, Na +, Cu +, Ag +), dahil . Bunun bir sonucu olarak, CH3 NH3 PBI 3 yapısal ve optoelektronik özelliklerinde belirgin bir gelişme imal edilmiş güneş pilleri için daha yüksek PCE&#39;lerde yol açan bu katkı maddeleri varlığında meydana geldi. Bu nedenle, bizim iş hidaha perovskit ince filmlerin elektronik kalitesini artırmak amacıyla perovskit güneş hücreleri (örneğin, düzlemsel mimarisi) tüm diğer düzenekler de kullanılabilir, bir emici katman olarak CH3 NH3 PBI 3 doping için kolay bir yol ghlights. https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/260187: Bu kağıdı temel veri mevcuttur.

Şu anda, dünyanın enerji ihtiyacının (yani,% 85) baskın kısmı küresel ısınmaya kolaylaştırır ve çevremize 1 zararlı etkileri vardır petrol, kömür ve doğal gaz yanması, tarafından besleniyor. Bu nedenle, enerji CO2 Tarafsızım kaynağa geliştirilmesi büyük ilgi konusudur. Fotovoltaik (PV) bu gereksinimi karşılamak için ideal bir enerji dönüşüm sürecidir. Ancak, maliyet ve verimlilik, PV teknolojisinin geniş benimsenmesine başlıca engeller olarak, geliştirilmesi gerekmektedir. Böyle Perovskite güneş pilleri (PSC) gibi yeni malzemeler, dayalı PV teknolojileri Yükselen, daha düşük maliyetle ve daha fazla verimlilik kombinasyonu var. Bu, silikon tabanlı meslektaşları 2, 3 göre ucuz ve kolay hazır yanı sıra ile hızlı malzeme ve düşük enerjili işleme yollarının kullanılması ile elde edilir4. 22&#39;den fazla% 3.8 den% güç dönüşüm verimliliği (PCE) &#39;de olağanüstü bir gelişme, PV mimarisi 5, 6, 7, 8 yılında ilk ortaya çıktığı tarihten itibaren hibrid organik-inorganik kurşun halide perovskitin için rapor edilmiştir. Böyle bir üstün performans son derece keskin bant kenarı ile güçlü ışık emilimi kaynaklanan, çok düşük enerjik bozukluk, kolayca büyük difüzyon uzunlukları ile serbest taşıyıcılar içine ayırmak zayıf bağlı eksitonlar ve melez organik-inorganik foton geri dönüşüm özelliği 9, 10, 11, 12 perovskit talebi halid. Bu malzemeler ABX 3 kristalleri oluşturmak üzere organik halid ve metal halide tuzları kristalize olan Perovskite aile içinde kategorize edilir </sub&gt; X, bir anyondur yapısı ve A ve B, farklı boyutlarda katyonları (bir B daha büyük olmak üzere) vardır. Bir site için bildirilen katyonlar metilamonyum (MA), formamidinium (FA) ve sezyum (Cs) arasında; Bu katyonlar bir kombinasyonu 14, yüksek performans 13 göstermektedir. Bundan başka, B sitesinde iki değerlikli katyon ana aday kalay ile ikame edilmiş olabilir kurşun, olduğu; bandaralıklı başarıyla-kırmızı kaymıştır 15 Perovskite karışık bir kurşun-kalay içinde 1000&#39;den fazla nm olabilir. Iyodür (I) &#39;in bromid (Br) oluşan bir karışım asil 16, 17 olarak tanıtılmıştır burada Benzer şekilde, X-Alanı işgalcilere yaygın olarak incelenmiştir. Nedenle, kimyasal kompozisyonu değiştirerek perovskitteki yapısal, morfolojik ve optoelektronik özellikleri işlemek için son derece makuldür. Rağmen bu gelişmiş crystalline kalitesi ve perovskit filmin makroskopik tekdüzelik verimli cihazlar 18 ulaşmak için kilit parametreler, polikristal etki, kökeni ve perovskit emiciler elektronik kusurların rolü ve şarj toplama katmanları rolü üzerine arasındaki sınırların etkisi Perovskite güneş pillerinde kayıp işlemleri henüz tam olarak anlaşılmış değildir. Perovskite yapıda elektronik kusurları doğası ile ilgili olarak, ya da iletim ve değerlik bantlarında devletlerin sürekliliği içinde çok yakın olan devletler, neden böyle ben veya Pb boş olarak kusurları, birçok rapor edildiği fotovoltaik cihazların 19 üzerinde olumsuz bir elektronik etkiye sahip olabilir. Buna ek olarak, kurşun katyonları ve perovskit düzlemde iyodid anyon arasında güçlü bir kovalent bağ etkileşimi iç kusurlar varlığına yol (örneğin, Pb dimerler ve trimerler I koordine altında), creat hangicihazın 20 çalışması sırasında şarj rekombinasyon merkezleri olarak hareket bant kenarı içinde e siteleri. Burada, katkılama CH3 etkisini araştırmak NH3 PBI, Na +, Cu +, Ag +, Pb 2+ daha düşük valanslı metal iyonları da dahil olmak üzere tek-değerli katyon halojenürler 3 perovskit. Bu nedenle, ön-madde perovskit çözeltisi içine halide bazlı tuzlarının bir rasyonel bir miktarda (örneğin, Nal, CuBr, Cul ve AGI) ilave edilerek, bu katyonları içerirler. Kristal muhtemel olan bu katyonlar Pb 2+ benzer iyonik yarıçapları, bu yüzden yer değiştirilmesi doping var. Biz, bu katyonların mevcudiyeti güçlü morfolojisi ve perovskit tabakasının kapsama hem etki göstermiştir. Buna ek olarak, bu katyonlar (örneğin, Na +, Ag +) varlığı X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve significan ile teyit edilmiştirperovskitin Fermi düzeyindeki t değişikliği Kelvin prob kuvvet mikroskobu (KPFM) ile ölçüldü. sırayla yatırılır Perovskite güneş pilleri içine bu katyonlar birleşmeyle, biz (% 15.6% 14 karşılaştırmak) PSC fotovoltaik verimliliğinde bir iyileşme sağlanmıştır. Nedenle, yük taşıma en üst düzeye çıkarmak ve en yüksek PV performansa ulaşmak için yüzey tuzakları pasifleştiren güneş enerjisi hücresi mimarisinde soğurucu katman (örneğin, perovskit) yapısal ve optoelektronik özellikleri artırmak için esastır.

<table><tbody><tr><td>Fluorine doped Tin Oxide (FTO)-coated glass</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>735264-1EA</td><td>Resistivity&amp;asymp;13 &amp;Omega;/sq</td></tr><tr><td>Zinc powder</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>96454</td><td>Molecular Weight 65.39&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Hydrochloric acid&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>84415</td><td>&amp;ge;37 wt. %</td></tr><tr><td>Hellmanex detergent&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>Z805939-1EA</td><td>pkg of 1 L&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate)&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>325252</td><td>75&amp;nbsp;wt. % in isopropanol</td></tr><tr><td>Titania Paste</td><td>DYESOL</td><td>MS002300</td><td>30 NR-D Transparent Titania Paste</td></tr><tr><td>Lead(II) iodide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>211168</td><td>99 wt. %</td></tr><tr><td>&lt;em&gt;N,N&lt;/em&gt;-Dimethylformamide&amp;nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>437573</td><td>ACS reagent, &amp;ge;99.8%</td></tr><tr><td>Methylammonium iodide</td><td>DYESOL</td><td>MS101000</td><td>Powder&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>SpiroMeOTAD</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>792071</td><td>99% (HPLC)</td></tr><tr><td>Bis(trifluoromethane)sulfonimide lithium salt</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>544094</td><td>99.95% trace metals basis&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>4-&lt;em&gt;tert&lt;/em&gt;-Butylpyridine</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>142379</td><td>Purity: 96%</td></tr><tr><td>Chlorobenzene</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>284513</td><td>anhydrous, 99.8%</td></tr><tr><td>2-Propanol (IPA)</td><td>Sigma-Aldrich&amp;nbsp;</td><td>278475</td><td>anhydrous, 99.5%&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>2860</td><td>absolute alcohol, without additive, &amp;ge;99.8%</td></tr></tbody></table>

monovalent cation doping of ch3nh3pbi3 for efficient perovskite solar cells

Burada, optik, Eksitonik ayarlamak için ve elektriksel özellikler CH3 NH3 PBI 3 perovskit olarak tek değerli bir katyondur katkıların ilave göstermektedir. Doping olasılığı Cu +, Na +, Ag + gibi Pb 2+ benzer iyonik yarıçapları, tek değerli bir katyondur halojenürler eklenerek araştırılmıştır. Fermi düzeyindeki bir değişim ve izotop düşük enerjik bozukluğu ile birlikte alt bandaralıklı optik soğurma dikkate değer bir azalma, elde edilmiştir. Toplu delik hareketlilik ve katkı esaslı Perovskite cihaz içinde nakil aktivasyon enerjisinin önemli bir azalma bir emir-of-büyüklük geliştirme elde edildi. Bu katyonların mevcudiyetinde bahsedilen geliştirilmiş özelliklere izdiham perovskit güneş hücresinin fotovoltaik parametreleri bir donanım yol açmıştır. AGI açık devre gerilimi 70 mV artış ve 2 mA / cm 2 impNaI- ve CuBr bazlı güneş hücreleri için fotoakım yoğunluğunda yönelik iyileştirme bozulmamış cihaza göre elde edilmiştir. Çalışmalarımız CH 3 NH 3 PBI 3 perovskitin ve sonraki cihazların optoelektronik kalitesinde daha iyileştirmeler için önünü açıyor. Bu kristalleşme içinde takviye kirliliklerin rolü üzerine araştırmalar için yeni bir yol vurgular ve Perovskite yapılarda elektronik kusur yoğunluğunu kontrol eder.

Saha emisyon taramalı elektron mikroskobu (FESEM) fabrikasyon Perovskite güneş hücreleri hem kesitsel görüntüler kaydetmek için (Şekil 1) ve yatırılan PBI 2 ve CH 3 NH 3 PBI 3 filmlerin üstten görünüm görüntülerini (Şekil 2) kullanıldı. X-ışını difraksiyonu (XRD) ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) perovskit filmlerin yapısal özelliklerini karakterize etmek için kullanıldı (Şekil 3 ve 4). Fototermal saptırma Spektroskopisi (PDS) Kelvin prob kuvvet mikroskopisi (KPFM) (Şekil 5 ve 6), sırasıyla perovskit filmler, optik ve elektriksel özelliklere araştırmak için kullanıldı. Ayrıca, uzay yükü sınırlı akım (KHAK) dayalı sıcaklığa bağlı toplu taşıma ölçümleri Perovskite cihazlar (Şekil 7) üzerinde gerçekleştirildi. Son olarak, standart photovoltaimal cihazların IC ölçümü (Şekil 8 ve Tablo 1) gerçekleştirilmiştir. Üst görünümü dayalı PBI 2 ve CH 3 NH 3 PBI 3 Şekil 2&#39;de gösterilen gözenekli TiO2 tabakasının (mp-TiO2) biriken, perovskitin morfolojisi üzerine katkı etkisi nerede resimli edildi SEM görüntüleri PBI 2 büyük dalı şeklinde kristaller Nal tabanlı örnek elde edilmiştir. Bu izotop daha büyük asimetrik kristallerinin oluşumuna yol açtı. Ayrıca, CuI- ve ağı tabanlı örnekleri için tek tip ve deliksiz perovskit kapatma tabakası elde (Şekil 2c ve 2e). CH 3 NH 3 PBI 3 ve PBI 2 dönüşüm CH 3 içine NH 3 PBI kristal yapısına tek değerli katyon halide katkı etkisini araştırmak3, X-ışını difraksiyonu (Şekil 3) yapıldı. Nihai perovskit kristal yapısı, tüm örnekler için aynı kalan, ancak, 2θ kırılma tepe = 12.6, dönüşmemiş PBI 2&#39;ye karşılık gelen, Nal ve CuBr katkı mevcudiyetinde ortadan kaldırıldı belirgindir. Şekil 4&#39;te gösterildiği gibi, CH3 olan bu tek değerli katyonların varlığını doğrulamak için NH3 PBI 3 perovskit filmler biz XPS analizi gerçekleştirilmiştir. Cu konsantrasyonu tahmin edilemeyen ise XPS verileri temelinde, muhtemelen iyodid (I 3P1 / 2) ve bakır yakınlığı (Cu 2P1 için, perovskit filmleri içinde Na Ag iyonlarının varlığını gösterdi / 2) zirveleri. Perovskit absorpsiyon spektrumu tek değerli bir katyondur katkı etkisi PDS ile ölçülmüştür Şekil 5a&#39;da, &#39;de gösterilmiştir.Katkı maddesi temelli CH3 NH3 PBI 3 saf numune ile karşılaştırıldığında alt-bant boşluklu bir emme olduğu açıktır. Bundan başka, bir emme kuyruk bakır halit (Şekil 5B) içsel emme kökenli Cu-bazlı örnekleri gözlenmiştir. Emilim kuyruk son Perovskite filmlerde Cu katyonların varlığını teyit rağmen, bunun PDS arasında karşılaştırma dayanarak, açıktır Cul-tabanlı onların birleşme tam olmadığını, PBI 2 ve CH 3 NH 3 PBI 3. Buna ek olarak, malzemenin enerji bozukluğun derecesi bir ölçüsüdür Urbach enerjisi (AB), bozulmamış NaI-, CuBr-, CuI- ve AGI tabanlı izotop için tahmini ve değerler 15.6 olan edildi, 11.8, 12.8, 13.5 ve 15.2 meV, sırasıyla (Şekil 5a ve ek). elektrikli ilgili yukarıda belirtilen ilave maddelerin etkisini araştırmak içinCH 3 NH 3 PBI 3 onic yapısı, biz çizgi profillerinin temas potansiyeli farkı (CPD) ölçüldü KPFM, gerçekleştirdi. Bu, Şekil 6&#39;da gösterilen perovskitin yüzeyi iş fonksiyonu (Φ) karşılık gelir. CPD (yani, 0,1 V) &#39;de net bir kayma bozulmamış bir Perovskite Fermi seviyesi valans doğru kaydığını göstermektedir karşılaştırıldığında Perovskite katkı tabanlı. Perovskitin Fermi seviyesi bu değişiklik yer değiştirilmesi P-doping birine atfedilebilir (örneğin, tek değerli katyonların X + ile 2 + Pb yerine) perovskit kristalin yüzeylerinde veya yüzey pasivasyon. PBI 3 ücretleri yoğunluğuna ve CH 3 NH 3 kendi taşıma özelliklerine doping etkisini araştırmak için, biz sıcaklığa bağlı toplu taşıma ölçümleri gerçekleştirildi (Şekil 7a </strong&gt;). Daha sonra tam elektron ve delik sadece saf ve katkı esaslı Perovskite cihazların uzay şarj sınırlı akım (KHAK) dayalı (μ SCL) dökme yük gemisi hareketliliği tahmin. Iletkenlik ve hem elektron ve delik hareketlilik dikkate değer bir artış özellikle bozulmamış perovskitin (Tablo 1) ile karşılaştırıldığında Nal ve CuBr örnekleri için, elde edildi. Ücret hareketlilik ve iletkenlik iyileşme kısa devre akımı (J sc) &#39;de donanımıyla tutarlı ve Şekil 7b gösterilen fabrikasyon güneş pilleri faktörü (FF) doldurmak dikkat çekicidir. Ayrıca, elektron ve net bir azalma katkı esaslı perovskitin için elde edildi sıcaklığa bağlı toplu taşıma ölçümleri kullanılarak delik hem yük taşınması (E A) aktivasyon enerjisini tahmin. Bu gelişme için doping ve doldurma th taşıyıcıların yüksek yoğunluk atfedilirulaşım engeli önemli bir düşüş ile sonuçlanır e taşıma tuzaklar. Biz yukarıda belirtilen tek değerli bir katyondur halojenürler karşılık gelen JV eğrileri ve Şekil 8a ve Tablo 1 &#39;de özetlenmiştir fotovoltaik parametrelere dayalı perovskit güneş hücreleri ile imal edilmiştir. Açık devre geriliminde önemli bir gelişme, CuI- (0.99 V) ve AgI- (1.02 V) için ideal bir yüzey kaplama güneş hücreleri göre (Şekil 2c ve 2e) her ikisi için de elde edilmiştir. Ayrıca, CuBr- ve Nal-tabanlı güneş pilleri için kısa devre akımı (≈2 mA cm -2) kayda değer bir artış elde edilmiştir, CH 3 NH 3 PBI 3 içine PBI 2 tam dönüşümü atfedilen edilebilir. Bu iyileştirme, Şekil 8B&#39;de gösterilen bir olay foton-akım dönüşüm verimi (IPCE) spektrumları ile doğrulandı. Son olarak, Higher güç dönüşüm verimliliği (PCE)% 15,2,% 15,6 ve% 15,3 seviyeleri NaI-, CuBr- için elde edildi ve Cul-tabanlı cihazlar sırasıyla, bozulmamış perovskit güneş pili için% 14,0 değerine karşılaştırın. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig1.jpg" /> Şekil 1: Mezoskopik Perovskite güneş pili mimarisi. Aşağıdaki yapıya sahip komple bir cihaz SEM kesit mikrografı: FTO / kompakt TiO2 / gözenekli-TiO2 / CH 3 NH 3 PBI 3 / Spiro-OMeTAD / Au. <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig2.jpg" /> Şekil 2: kurşun iyodür ve Perovskite yapıların morfolojik analizi. PBI 2 (sol taraf) ve CH 3 NH 3 PBI 3 üst görünüm SEM görüntüleri (sağ taraf) yapıları: (a) bozulmamış, ( <st<html> Rong&gt; b) CuBr-, (c) CuI-, (d) NaI- ve gözenekli TiO2 tevdi (e) ağı tabanlı perovskit örnekleri FTO -kaplı. Bu rakam 18 referans çoğaltılamaz edilmiştir. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/55307/55307fig3.jpg" /> Şekil 3: perovskit KRİSTAL tek değerli bir katyondur halojenür katkı etkisi. Saf ve katkı bazlı CH3 X-ışını difraksiyon spektrumu, NH3 PBI 3 bu FTO kaplı cam üzerinde biriken gözenekli TiO2 film üzerinde yetiştirilir perovskit. Bu rakam 18 referans çoğaltılamaz edilmiştir.t = &quot;_ blank&quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/55307/55307fig4.jpg" /> Şekil 4: CH 3 NH 3 PBI 3 Perovskite yapısı tek değerlikli katyonların İz. bozulmamış, CuBr-, CuI-, NaI- ve AGI merkezli Perovskite filmlerin XPS analizi. Bu rakam 18 referans çoğaltılamaz edilmiştir. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/55307/55307fig5.jpg" /> Şekil 5: Perovskite filmlerin optik özellikleri. (A) bozulmamış ve katkı esaslı kurşun kaynaklardan elde edilen Perovskite filmlerin absorpsiyon spektrumları PDS tekniği kullanılarak ölçülen.içerlek tüm numuneler için karşılık gelen Urbach enerjileri gösterir. hata çubuğu Urbach kuyruk uydurma SD ile tanımlanır. (B) saf ve CuBr bazlı kurşun iyodür ve perovskit filmler, hem de CuBr PDS absorpsiyon spektrumlarının karşılaştırması ms-TiO 2 ve CuBr okunur filmler üzerine bırakılır. Bu rakam 18 referans çoğaltılamaz edilmiştir. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/55307/55307fig6.jpg" /> Şekil 6: perovskit filmlerin yüzey potansiyeli tek değerli bir katyondur katkı etkisi. KPFM kullanarak bozulmamış ve katkı esaslı Perovskite filmlerden kaydedilen GBM satır profilleri. AFM topografya görüntü üstünde gösterilir. Bu rakam 18 referans çoğaltılamaz olmuştur<html> . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 7," src="/files/ftp_upload/55307/55307fig7.jpg" /> Şekil 7: Perovskite filmlerin şarj taşıma özellikleri. (A) delik-sadece cihazlar (İTO / PEDOT: PSS / Perovskit / Au) JV özellikleri KHAK delik hareketliliğini tahmin etmek için kullanılan,. akım yoğunluğu (J) perovskit tabakaların kalınlığı ölçekli unutmayın. (B) J sc eğilimler, bozulmamış ve katkı esaslı perovskitin için h ve μ e u. Bu rakam 18 referans çoğaltılamaz edilmiştir. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig7large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> t &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="Şekil 8," src="/files/ftp_upload/55307/55307fig8.jpg" /> Şekil 8: Fotovoltaik performans özellikleri. (A) 100 mW / cm2&#39;lik bir aydınlatma altında cihazların akım-gerilim özellikleri, kurşun kaynağı çözeltisine ilave tek değerli bir katyondur halojenürler farklı kullanılarak elde edilmiştir. Bozulmamış CuBr-, CuI-, NaI- ve AGI tabanlı perovskit güneş hücreleri için monokromatik ışığın dalga boyunun bir fonksiyonu olarak, (b) Olay foton-akım verimi (IPCE) spektrumlarını göstermektedir. Bu rakam 18 referans çoğaltılamaz edilmiştir. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55307/55307fig8large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Numune Türü </td><td>J SC </td><td> V OC </td><td> FF </td><td> PCE </td><td> μ e </td><td> μ h </td><td> E A E </td><td> E A h </td></tr><tr><td></td><td> (mA cm-2) </td><td> (V) </td><td></td><td> (%) </td><td> (cm2 / Vs) </td><td> (cm2 / Vs) </td><td> (meV) </td><td> (meV) </td></tr><tr><td> bozulmamış </td><td> 21.03 </td><td> 0.95 </td><td> 0.70 </td><td> 14.01 </td><td> 0.02 </td><td> 0.008 </td><td> 135 </td><td> 198 </td></tr><tr><td> CuBr </td><td> 22.92 </td><td> 0.95 </td><td> 0.72 </td><td> 15.61 </td><td> 0.05 </td><td&gt; 0.04 </td><td> 88 </td><td> 132 </td></tr><tr><td> Cul </td><td> 21,81 </td><td> 0.99 </td><td> 0.71 </td><td> 15.25 </td><td> 0.02 </td><td> 0.036 </td><td> 94 </td><td> 157 </td></tr><tr><td> Nal </td><td> 22.97 </td><td> 0.9 </td><td> 0.73 </td><td> 15.14 </td><td> 0.04 </td><td> 0.07 </td><td> 77 </td><td> 137 </td></tr><tr><td> AGI </td><td> 19.24 </td><td> 1.02 </td><td> 0.72 </td><td> 14.18 </td><td> 0.005 </td><td> 0.006 </td><td> 105 </td><td> 177 </td></tr></tbody></table> Tablo 1: PSC Fotovoltaik ve şarj taşıma parametreleri. En iyi performans gösteren ve bozulmamış ve katkı esaslı Perovskite güneş hücreleri için aktivasyon enerjisi ile birlikte JV ölçümler ve şarj hareketlilik elde edilen fotovoltaik parametrelerinin Özeti f edildiİki adımlı biriktirme yöntemi kullanılarak abricated. Fotovoltaik parametrelerin istatistik iyi performans gösteren cihazlar aynı trendi takip dikkat çekicidir. Bu tablo referans 18 çoğaltılamaz edilmiştir.

Watch this Scientific Journal Video about Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells at JoVE.com

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Burada, yüksek verimli perovskit güneş hücreleri elde etmek için tek değerli bir katyondur katkı maddelerinin dahil edilmesi yoluyla çözelti işleme CH3 NH3 PBI 3 özelliklerini ayarlamak için bir protokol mevcut.

CH tek değerlikli katyon doping<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; Verimli Perovskit Güneş Pilleri için

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

monovalent-cation-doping-ch3nh3pbi3-for-efficient-perovskite-solar

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

16.5K Görüntüleme.  University of Cambridge.  Burada, yüksek verimli perovskit güneş hücreleri elde etmek için tek değerli bir katyondur katkı maddelerinin dahil edilmesi yoluyla çözelti işleme CH3 NH3 PBI 3 özelliklerini ayarlamak için bir protokol mevcut. 

Video: Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal inks. For the photoactive absorber layer, colloidal CdTe and CdSe nanocrystals (3-5 nm) are synthesized using an inert hot injection technique and cleaned with precipitations to remove excess starting reagents. Similarly, gold nanocrystals (3-5 nm) are synthesized under ambient conditions and dissolved in organic solvents. In addition, precursor solutions for transparent conductive indium tin oxide (ITO) films are prepared from solutions of indium and tin salts paired with a reactive oxidizer. Layer-by-layer, these solutions are deposited onto a glass substrate following annealing (200-400 &#176;C) to build the nanocrystal solar cell (glass/ITO/CdSe/CdTe/Au). Pre-annealing ligand exchange is required for CdSe and CdTe nanocrystals where films are dipped in NH4Cl:methanol to replace long-chain native ligands with small inorganic Cl- anions. NH4Cl(s) was found to act as a catalyst for the sintering reaction (as a non-toxic alternative to the conventional CdCl2(s) treatment) leading to grain growth (136&#177;39 nm) during heating. The thickness and roughness of the prepared films are characterized with SEM and optical profilometry. FTIR is used to determine the degree of ligand exchange prior to sintering, and XRD is used to verify the crystallinity and phase of each material. UV/Vis spectra show high visible light transmission through the ITO layer and a red shift in the absorbance of the cadmium chalcogenide nanocrystals after thermal annealing. Current-voltage curves of completed devices are measured under simulated one sun illumination. Small differences in deposition techniques and reagents employed during ligand exchange have been shown to have a profound influence on the device properties. Here, we examine the effects of chemical (sintering and ligand exchange agents) and physical treatments (solution concentration, spray-pressure, annealing time and annealing temperature) on photovoltaic device performance.

This protocol describes the synthesis and solution deposition of inorganic nanocrystals layer by layer to produce thin film electronics on non-conductive surfaces. Solvent-stabilized inks can produce complete photovoltaic devices on glass substrates via spin and spray coating following post-deposition ligand exchange and sintering.

Tam Çözüm İşlenmiş İnorganik nanokristal Fotovoltaik Cihazlarının İmalatı

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

Mühendislik

Influence of Hybrid Perovskite Fabrication Methods on Film Formation, Electronic Structure, and Solar Cell Performance

Hybrid organic/inorganic halide perovskites have lately been a topic of great interest in the field of solar cell applications, with the potential to achieve device efficiencies exceeding other thin film device technologies. Yet, large variations in device efficiency and basic physical properties are reported. This is due to unintentional variations during film processing, which have not been sufficiently investigated so far. We therefore conducted an extensive study of the morphology and electronic structure of a large number of CH3NH3PbI3 perovskite where we show how the preparation method as well as the mixing ratio of educts methylammonium iodide and lead(II) iodide impact properties like film formation, crystal structure, density of states, energy levels, and ultimately the solar cell performance.

We present an extensive study on the effects of different fabrication methods for organic/inorganic perovskite thin films by comparing crystal structures, density of states, energy levels, and ultimately the solar cell performance.

Film Oluşumunda Hybrid Perovskit Fabrikasyon Yöntemleri, Elektronik Yapısı ve Güneş Pili Performans Etkisi

Hybrid organic/inorganic halide perovskites have lately been a topic of great interest in the field of solar cell applications, with the potential to ...

Kimya

Low Pressure Vapor-assisted Solution Process for Tunable Band Gap Pinhole-free Methylammonium Lead Halide Perovskite Films

Organo-lead halide perovskites have recently attracted great interest for potential applications in thin-film photovoltaics and optoelectronics. Herein, we present a protocol for the fabrication of this material via the low-pressure vapor assisted solution process (LP-VASP) method, which yields ~19% power conversion efficiency in planar heterojunction perovskite solar cells. First, we report the synthesis of methylammonium iodide (CH3NH3I) and methylammonium bromide (CH3NH3Br) from methylamine and the corresponding halide acid (HI or HBr). Then, we describe the fabrication of pinhole-free, continuous methylammonium-lead halide perovskite (CH3NH3PbX3 with X = I, Br, Cl and their mixture) films with the LP-VASP. This process is based on two steps: i) spin-coating of a homogenous layer of lead halide precursor onto a substrate, and ii) conversion of this layer to CH3NH3PbI3-xBrx by exposing the substrate to vapors of a mixture of CH3NH3I and CH3NH3Br at reduced pressure and 120 &#176;C. Through slow diffusion of the methylammonium halide vapor into the lead halide precursor, we achieve slow and controlled growth of a continuous, pinhole-free perovskite film. The LP-VASP allows synthetic access to the full halide composition space in CH3NH3PbI3-xBrx with 0&#160;&#8804; x&#160;&#8804; 3. Depending on the composition of the vapor phase, the bandgap can be tuned between 1.6 eV&#160;&#8804; Eg&#160;&#8804; 2.3 eV. In addition, by varying the composition of the halide precursor and of the vapor phase, we can also obtain CH3NH3PbI3-xClx. Films obtained from the LP-VASP are reproducible, phase pure as confirmed by X-ray diffraction measurements, and show high photoluminescence quantum yield. The process does not require the use of a glovebox.

Here, we present a protocol for the synthesis of CH3NH3I and CH3NH3Br precursors and the subsequent formation of pinhole-free, continuous CH3NH3PbI3-xBrx thin films for the application in high efficiency solar cells and other optoelectronic devices.

Alçak basınç buhar destekli çözüm işlemini Tunable Grup Gap iğne deliği-Alerjik Methylammonium kurşun Halide Perovskite filmler için

Organo-lead halide perovskites have recently attracted great interest for potential applications in thin-film photovoltaics and optoelectronics. Herein, ...

Recombination Dynamics in Thin-film Photovoltaic Materials via Time-resolved Microwave Conductivity

A method for investigating recombination dynamics of photo-induced charge carriers in thin film semiconductors, specifically in photovoltaic materials such as organo-lead halide perovskites is presented. The perovskite film thickness and absorption coefficient are initially characterized by profilometry and UV-VIS absorption spectroscopy. Calibration of both laser power and cavity sensitivity is described in detail. A protocol for performing Flash-photolysis Time Resolved Microwave Conductivity (TRMC) experiments, a non-contact method of determining the conductivity of a material, is presented. A process for identifying the real and imaginary components of the complex conductivity by performing TRMC as a function of microwave frequency is given. Charge carrier dynamics are determined under different excitation regimes (including both power and wavelength). Techniques for distinguishing between direct and trap-mediated decay processes are presented and discussed. Results are modelled and interpreted with reference to a general kinetic model of photoinduced charge carriers in a semiconductor. The techniques described are applicable to a wide range of optoelectronic materials, including organic and inorganic photovoltaic materials, nanoparticles, and conducting/semiconducting thin films.

A Time Resolved Microwave Conductivity technique for investigating direct and trap-mediated recombination dynamics and determining carrier mobilities of thin film semiconductors is presented here.

Zaman çözülmesi Mikrodalga İletkenlik aracılığıyla İnce film Fotovoltaik Malzemeler rekombinasyon Dinamikleri

A method for investigating recombination dynamics of photo-induced charge carriers in thin film semiconductors, specifically in photovoltaic materials ...

Flash Infrared Annealing for Perovskite Solar Cell Processing

Organic&#8211;inorganic perovskites have an impressive potential for the design of next generation solar cells and are currently considered for upscaling and commercialization. Currently, perovskite solar cells rely on spin-coating which is neither practical for large areas nor environmentally friendly. Indeed, one of the conventional and most effective lab-scale methods to induce perovskite crystallization, the antisolvent method, requires an amount of toxic solvent that is difficult to apply on larger surfaces. To solve this problem, an antisolvent-free and rapid thermal annealing process called flash infrared annealing (FIRA) can be used to produce highly crystalline perovskite films. The FIRA oven is composed of an array of near-infrared halogen lamps with an illumination power of 3,000 kW/m2. A hollow aluminum body enables an effective water-cooling system. The FIRA method allows the synthesis of perovskite films in less than 2 s, achieving efficiencies &#62;20%. FIRA has a unique potential for the industry because it can be adapted to continuous processing, is antisolvent-free, and does not require lengthy, hour-long annealing steps.

We describe a flash infrared annealing method used for the synthesis of perovskite and mesoscopic-TiO2 films. Annealing parameters are varied and optimized for processing on fluorine-doped tin oxide (FTO) glass and indium tin oxide-coated polyethylene terephthalate (ITO PET), subsequently giving devices power conversion efficiencies &#62;20%.

Perovskit Güneş Pili İşleme için Flaş Kızılötesi Tavlama

Organic&#8211;inorganic perovskites have an impressive potential for the design of next generation solar cells and are currently considered for upscaling ...

Çevre

Key Factors Affecting the Performance of Sb2S3-sensitized Solar Cells During an Sb2S3 Deposition via SbCl3-thiourea Complex Solution-processing

Sb2S3 is considered as one of the emerging light absorbers that can be applied to next-generation solar cells because of its unique optical and electrical properties. Recently, we demonstrated its potential as next-generation solar cells by achieving a high photovoltaic efficiency of &#62; 6% in Sb2S3-sensitized solar cells using a simple thiourea (TU)-based complex solution method. Here, we describe the key experimental procedures for the deposition of Sb2S3 on a mesoporous TiO2 (mp-TiO2) layer using a SbCl3-TU complex solution in the fabrication of solar cells. First, the SbCl3-TU solution is synthesized by dissolving SbCl3 and TU in N,N-dimethylformamide at different molar ratios of SbCl3:TU. Then, the solution is deposited on as-prepared substrates consisting of mp-TiO2/TiO2-blocking layer/F-doped SnO2 glass by spin coating. Finally, to form crystalline Sb2S3, the samples are annealed in an N2-filled glove box at 300 &#176;C. The effects of the experimental parameters on the photovoltaic device performance are also discussed.

Key Factors Affecting the Performance of Sb2S3-sensitized Solar Cells During an Sb2S3 Deposition via SbCl3-thiourea Complex Solution-processing

This work provides a detailed experimental procedure for the deposition of Sb2S3 on a mesoporous TiO2 layer using a SbCl3-thiourea complex solution for applications in Sb2S3-sensitized solar cells. This article also determines key factors governing the deposition process.

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

Sb2S3 is considered as one of the emerging light absorbers that can be applied to next-generation solar cells because of its unique optical and electrical ...

A Modular Microfluidic Technology for Systematic Studies of Colloidal Semiconductor Nanocrystals

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light emitting diodes (LEDs) and photovoltaics (PVs). Among this material group, inorganic/organic perovskites have demonstrated significant improvement and potential towards high-efficiency, low-cost PV fabrication due to their high charge carrier mobilities and lifetimes. Despite the opportunities for perovskite QDs in large-scale PV and LED applications, the lack of fundamental and comprehensive understanding of their growth pathways has inhibited their adaptation within continuous nanomanufacturing strategies. Traditional flask-based screening approaches are generally expensive, labor-intensive, and imprecise for effectively characterizing the broad parameter space and synthesis variety relevant to colloidal QD reactions. In this work, a fully autonomous microfluidic platform is developed to systematically study the large parameter space associated with the colloidal synthesis of nanocrystals in a continuous flow format. Through the application of a novel translating three-port flow cell and modular reactor extension units, the system may rapidly collect fluorescence and absorption spectra across reactor lengths ranging 3 - 196 cm. The adjustable reactor length not only decouples the residence time from the velocity-dependent mass transfer, it also substantially improves the sampling rates and chemical consumption due to the characterization of 40 unique spectra within a single equilibrated system. Sample rates may reach up to 30,000 unique spectra per day, and the conditions cover 4 orders of magnitude in residence times ranging 100 ms - 17 min. Further applications of this system would substantially improve the rate and precision of the material discovery and screening in future studies. Detailed within this report are the system materials and assembly protocols with a general description of the automated sampling software and offline data processing.

Detailed herein are the operation and assembly protocols of a modular microfluidic screening platform for the systematic characterization of colloidal semiconductor nanocrystal syntheses. Through fully adjustable system arrangements, highly efficient spectra collection may be carried out across 4 orders of magnitude reaction time scales within a mass transfer-controlled sampling space.

Kolloidal yarı iletken Nanocrystals sistematik çalışmalar için modüler bir mikrosıvısal teknolojisi

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light ...

Solution-Processed "Silver-Bismuth-Iodine" Ternary Thin Films for Lead-Free Photovoltaic Absorbers

Bismuth-based hybrid perovskites are regarded as promising photo-active semiconductors for environment-friendly and air-stable solar cell applications. However, poor surface morphologies and relatively high bandgap energies have limited their potential. Silver-bismuth-iodine (Ag-Bi-I) is a promising semiconductor for optoelectronic devices. Therefore, we demonstrate the fabrication of Ag-Bi-I ternary thin films using material solution processing. The resulting thin films exhibit controlled surface morphologies and optical bandgaps according to their thermal annealing temperatures. In addition, it has been reported that Ag-Bi-I ternary systems crystallize to AgBi2I7, Ag2BiI5, etc. according to the ratio of the precursor chemicals. The solution-processed AgBi2I7 thin films exhibit a cubic-phase crystal structure, dense, pinhole-free surface morphologies with grains ranging in size from 200 to 800 nm, and an indirect bandgap of 1.87 eV. The resultant AgBi2I7 thin films show good air stability and energy band diagrams, as well as surface morphologies and optical bandgaps suitable for lead-free and air-stable single-junction solar cells. Very recently, a solar cell with 4.3% power conversion efficiency was obtained by optimizing the Ag-Bi-I crystal compositions and solar cell device architectures.

Herein, we present detailed protocols for solution-processed silver-bismuth-iodine (Ag-Bi-I) ternary semiconductor thin films fabricated on TiO2-coated transparent electrodes and their potential application as air-stable and lead-free optoelectronic devices.

Çözüm işlenen "Gümüş-bizmut-iyot" Üçlü ince filmler için kurşunsuz fotovoltaik emiciler

Bismuth-based hybrid perovskites are regarded as promising photo-active semiconductors for environment-friendly and air-stable solar cell applications. ...

Inkjet Printing All Inorganic Halide Perovskite Inks for Photovoltaic Applications

A method for synthesizing photoactive inorganic&#160;perovskite quantum dot inks and an inkjet printer deposition method, using the synthesized inks, are demonstrated. The ink synthesis is based on a simple wet chemical reaction and the inkjet printing protocol is a facile step by step method. The inkjet printed thin films have been characterized by X-ray diffraction, optical absorption spectroscopy, photoluminescent spectroscopy, and electronic transport measurements. X-ray diffraction of the printed quantum dot films indicates a crystal structure consistent with an orthorhombic room temperature phase with (001) orientation. In conjunction with other characterization methods, the X-ray diffraction&#160;measurements show high quality films can be obtained through the inkjet printing method.

A protocol for synthesizing inorganic-lead-halide hybrid perovskite quantum dot inks for inkjet printing and the protocol for preparing and printing the quantum dot inks in an inkjet printer with post characterization techniques are presented.

Fotovoltaik uygulamalar için tüm inorganik Halide Perovskite mürekkepler baskı mürekkep püskürtmeli

A method for synthesizing photoactive inorganic&#160;perovskite quantum dot inks and an inkjet printer deposition method, using the synthesized inks, are ...

Facile Synthesis of Colloidal Lead Halide Perovskite Nanoplatelets via Ligand-Assisted Reprecipitation

In this work, we demonstrate a facile method for colloidal lead halide perovskite nanoplatelet synthesis (Chemical formula: L2[ABX3]n-1BX4, L: butylammonium and octylammonium, A: methylammonium or formamidinium, B: lead, X: bromide and iodide, n: number of [BX6]4- octahedral layers in the direction of nanoplatelet thickness) via ligand-assisted reprecipitation. Individual perovskite precursor solutions are prepared by dissolving each nanoplatelet constituent salt in N,N-dimethylformamide (DMF), which is a polar organic solvent, and then mixing in specific ratios for targeted nanoplatelet thickness and composition. Once the mixed precursor solution is dropped into nonpolar toluene, the abrupt change in the solubility induces the instantaneous crystallization of nanoplatelets with surface-bound alkylammonium halide ligands providing colloidal stability. Photoluminescence and absorption spectra reveal emissive and strongly quantum-confined features. X-ray diffraction and transmission electron microscopy confirm the two-dimensional structure of the nanoplatelets. Furthermore, we demonstrate that the band gap of perovskite nanoplatelets can be continuously tuned in the visible range by varying the stoichiometry of the halide ion(s). Lastly, we demonstrate the flexibility of the ligand-assisted reprecipitation method by introducing multiple species as surface-capping ligands. This methodology represents a simple procedure for preparing dispersions of emissive 2D colloidal semiconductors.

This work demonstrates facile room-temperature synthesis of colloidal quantum-confined lead halide perovskite nanoplatelets by ligand-assisted reprecipitation method. Synthesized nanoplatelets show spectrally narrow optical features and continuous spectral tunability throughout the visible range by varying the composition and thicknesses.

CH tek değerlikli katyon doping

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler