Name: monovalent cation doping of ch3nh3pbi3 for efficient perovskite solar cells
Uploaded: 2017-03-19T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 30 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells at JoVE.com

מ עאבדי-זאלאביה תודה נאוה טכנולוגיה בע&quot;מ למלגה PhD. דר M.Grätzel MI להודות עיר נמל תעופה ג&#39;דה למדע וטכנולוגיה (KACST) ואת השוויצרי הקרן הלאומית למדע (SNSF) עבור תמיכה כספית. המחברים מבקשים להודות לד&quot;ר פיר Mettraux במרכז אפיון המולקולרי היברידי חומרים, EPFL לביצוע מדידות XPS. A.Sadhanala מודה תמיכה כספית בתודה מפרויקט APEX Indo-UK. SP Senanayak מכיר בלונדון האגודה המלכותית אחוות ניוטון. RH לחבר, מ &#39;עבדי-זאלאביה, וא Sadhanala רוצים להכיר את התמיכה מן EPSRC.

סינתזת 1. ההפקדה של CH הזך האפס מבוסס 3 NH 3 PBI 3 הערה: כל הפתרונים הוכנו בתוך תא הכפפות ארגון בתנאים לחים ו שבשליטת חמצן (H 2 O רמה: &lt;1 ppm ו- O 2 רמה: &lt;10 עמודים לדקה). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממיסים 553 מ&quot;ג (1.2 M) של PBI 2 ב 1 מ&quot;ל של N, -dimethylformamide N (DMF) תחת בחישה מתמדת על 80 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 0.02 M של הלידים קטיון חד ערכי לפתרון 2 PBI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין-מעיל הפתרון שקוף צהוב וכתוצאה מכך על גבי המצע (למשל, mesoporous-Tio 2) למשך 30 שניות ב -6,500 סל&quot;ד עם רמפה של 4,000 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופים את הסרטים על פלטה חמה על 80 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממיסים 40 מ&quot;ג של יודיד methylammonium (MAI) ב 5 מ&quot;ל של isopropanol. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין-מעיל כמות מספקת של הפתרון MAI על סרטים יודיד להוביל וכתוצאה מכך באמצעות protoc שני שלביםol הכוללת 45 שניות של זמן טעינה ואחריו 20 שניות של מסתובב ב -4,000 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשל סרטי perovskite מצופה הספין על פלטה חמה ב 100 מעלות צלזיוס למשך 45 דקות. </li></ol> 2. ייצור תאים סולריים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת תשתית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תבנית מסוממת פלואור תחמוצת בדיל (FTO) זכוכית מצופית. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכסה את האזור הפעיל של זכוכית FTO עם סרט דביק שקוף למחצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים את אבקת אבץ (Zn) על האזורים הלא מכוסה של מצעים FTO. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן 2 M של חומצה הידרוכלורית (HCl) במים מזוקקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יוצקים את הפתרון HCl על החלק של הזכוכית FTO כי הוא מכוסה באבקת Zn. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שטפו את FTO במים והסר את הסרט. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניקוי המצעים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשטוף את הכוס FTO באמצעות 2% (w / v) חומר ניקוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Sonicate מצעים FTO ונחקק אצטון isopropanol (IPA) במשך 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פנק את מצעי FTO עם ultraviolet / O 3 נקי במשך 15 דקות. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתצהיר של שכבת חסימת חור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 0.6 מ&quot;ל של bis טיטניום diisopropoxide (acetylacetonate) (TAA) ב 7 מ&quot;ל של IPA. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימו מצעי FTO ניקו בדוגמת על פלטה חמה ב 450 ° C ו לכסות את שטח המגע לפני החימום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ריסוס פירוליזה פתרון TAA על האזור המכוסה באמצעות O 2 כגז המוביל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השאר את הדגימות ב 450 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתצהיר של שכבת העברת אלקטרונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדלל את הדבק המסחרי Tio 2 (30 ננומטר גודל חלקיקים) עם אתנול (2: 7, יחס משקל). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Homogenize דילול 2 Tio ידי sonicating במשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין מעייל דילול טיטניה על הדגימות המוכנות עם שכבות קומפקטיות Tio 2 למשך 30 שניות ב 5000 סל&quot;ד עם רמפה של 2,000 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשל סרטי טיטניה ב 500 מעלות צלזיוס למשך 30דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פנקו את הסרטים mesoporous Tio 2 וכתוצאה מכך פתרון 40 מ&quot;מ של TiCl 4 במים מזוקקים על 70 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשל הסרטים -treated 4 TiCl ב -450 ° C למשך 30 דקות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתצהיר של שכבת perovskite הערה: מצעים FTO עם שכבות טיטניה הועברו תיבת אוויר יבש עם לחות של &lt;1% למשך שארית של תהליך הייצור. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין-מעיל הפתרונות יודיד מוכן עופרת (עם ובלי dopants) על טיו mesoporous 2 למשך 30 שניות ב -6,500 סל&quot;ד עם רמפה של 4,000 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופים את הסרטים על פלטה חמה על 80 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין-מעיל כמות מספקת של הפתרון MAI לתוך הסרטים יודיד להוביל וכתוצאה מכך באמצעות פרוטוקול שני שלבים הכוללת 45 שניות של זמן הטעינה ואחריו ספינינג עבור 20 שניות ב 4000 סל&quot;ד עם רמפה של 2,000 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשל הסרטים perovskite מצופה ספין על hotplaטה ב 100 מעלות צלזיוס למשך 45 דקות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתצהיר של שכבת התעבורה החור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 72.3 מ&quot;ג של ספירו-OMeTAD ל 1 מ&quot;ל של chlorobenzene ולנער עד הפתרון הופך שקוף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן פתרון מניות של bis (trifluoromethylsulphonyl) imide (LiTFSI) על ידי הוספת 520 מ&quot;ג של LiTFSI ב אצטוניטריל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 17.5 μL של פתרון המניות LiTFSI 28.8 μL של 4- טרט -butylpyridine (TBP) לפתרון ספירו-OMeTAD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין-מעיל הפתרון הנ&quot;ל למשך 30 שניות ב 4000 סל&quot;ד עם רמפה של 2,000 סל&quot;ד. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אידוי תרמי של קשר העליון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסכת דגימות ולשים אותם בתא ואקום של המאייד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתאדות 80 ננומטר של זהב בשיעור של 0.01 ננומטר / s. </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.

ארכיטקטורה טיפוסית של תאים סולריים perovskite mesoscopic שמשה בעבודה זו, שבו שורה של חומרים היו מצופי ספין בין מצע מוליך איש קשר מתכת תרמית-התאדה (איור 1). שכבות mesoporous 2 Tio טופלו TiCl 4, אשר דווח passivate מלכודות המשטח כדי לשפר את הממשק בין שכבת התעבורה האלקטרון לבין חומר בולם 21, 22. שכבת perovskite הופקדה בטכניקה בתצהיר שני שלבים רציפה. ההמרה מלאה הליד עופרת לתוך perovskite בשלב השני הכרחית על מנת להשיג את קליטת האור הגבוהה ביותר 16, 17, והראינו כי התוספים הליד קטיון חד הערכי (למשל, ניי וכלי CuBr) לגרום המרה מלאה. יתר על כן, כיסוי מלא של שכבת טיטניה mesoporous wה- i perovskite מעל השכבה חיונית לחסל רקומבינציה פוטנציאל בין שכבת תעבורת חור (למשל, ספירו OMETAD) ואת שכבת הובלת אלקטרונים (למשל, mesoporous 2 Tio) 23. הדגמנו כי הוספת הלידים קטיון חד ערכי (למשל, קואי ואגי) יכול לשפר את כיסוי השטח של שכבת מכסת perovskite, מה שמוביל מתח המעגל הפתוח גבוה עבור ההתקן. היתרון העיקרי של השיטה שלנו הוא צעד הסימום, שבו שילבנו קטיונים חד ערכיים לתוך מבנה CH 3 NH 3 PBI 3 כדי לשפר את הצפיפות של חיובים, להובלת המטען, ואת המוליכות של שכבת הבולם. כאמור בסעיף הקודם, dopants הנ&quot;ל משופר באופן משמעותי הוא את האלקטרון לבין mobilities החור. בנוסף, בישראל פוחת בצורה משמעותית את אנרגית שפעול תחבורת תשלום, כמו גם ההפרעה האנרגטית של perovskiסרט te, הושג על ידי סימום קטיון חד ערכי. בעבודה זו, יש לנו הפגינו שיטה לסמים CH 3 NH 3 PBI 3 כנדבך בולם את mesoscopic perovskite מבנה תאים סולריים. הלידים קטיון חד ערכי שימשו לכוון את המאפיינים המורפולוגיים, אופטי, וחשמליים של CH 3 NH 3 PBI 3 הסרט perovskite כדי לשפר את הביצועים פוטו. לכן, אנו משולבים שלושה קטיונים חד ערכיים שונים (כלומר, Na +, Cu +, ו Ag +), אשר יש רדיוס יוני דומה Pb 2+, במקור ההובלה בתצהיר שני שלבים הרציף של CH 3 NH 3 PBI 3 . כתוצאה מכך, שיפור מרשים התכונות המבניות אופטו של CH 3 NH 3 PBI 3 התרחש בנוכחות תוספים אלה, מה שמוביל PCEs הגבוה עבור התאים הסולריים המפוברקים. לכן, היי עבודתנוghlights דרך קלילה של סימום ה- CH 3 NH 3 PBI 3 כנדבך בולם, אשר ניתן להשתמש בם בכל התצורות האחרות של תאים סולריים perovskite (למשל, אדריכלות מישוריים) על מנת לשפר את האיכות האלקטרונית נוסף של שכבות דקות perovskite. הנתונים שבבסיס מאמר זה זמינים בכתובת: https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/260187.

נכון לעכשיו, את החלק הדומיננטי של דרישת האנרגיה של העולם (כלומר, 85%) הוא להיות מסופק על ידי הבעירה של נפט, פחם, גז טבעי, אשר הופכת לפשוט התחממות הגלובלית ויש לו השפעות מזיקות על הסביבה שלנו 1. לכן, פיתוח של CO 2 מקורות -neutral האנרגיה הוא עניין בעל חשיבות עליונה. Photovoltaics (PV) הוא תהליך המרת אנרגיה אידיאלי שיכול לענות על דרישה זו. עם זאת, עלות ויעילות, כמו המכשולים העיקריים לאימוץ נרחב בטכנולוגיית PV, חייב להשתפר. מתעוררים טכנולוגיות PV מבוסס על חומרים חדשים, כגון תאים סולריים perovskite (PSC), יש את השילוב של עלויות נמוכות ולהתייעלות. זו מושגת באמצעות הניצול של חומרים זולים כי הם זמינים, כמו גם דרך מהירה, קלילים, ומסלולי עיבוד אנרגיה נמוכה לעומת עמיתיהם מבוססי סיליקון 2, 3,4. שיפור מרשימה היעילה המרת הכח (PCE), מ -3.8% ליותר מ -22%, דווח על perovskite ההיברידית אורגנית-אורגנית להוביל הליד מאז ההופעה הראשונה שלה באדריכלות PV 5, 6, 7, 8. כזה ביצועים מעולים מקורו אור הקליטה החזקה עם להקה-קצה חד מאוד, ההפרעה האנרגטית הנמוכה מאוד, אקסיטונים-הקשורים בחולשה שהתפרקו בקלות לתוך ספקים חינם עם אורכי דיפוזיה גדולים, ואת יכולת מחזור הפוטון של היברידי אורגנית-אורגני הליד להוביל perovskite 9, 10, 11, 12. חומרים אלה מסווגים במשפחה perovskite, אשר מתגבשים מלחי הליד הליד ומתכת אורגני ליצירת גבישים של ABX 3 </sub&gt; מבנה, כאשר X הוא אניון ו- A ו- B הם קטיונים בגדלים שונים (יצור גדול יותר B). קטיונים מדווחים עבור אתר לכלול methylammonium (MA), formamidinium (FA), ו צסיום (Cs); שילוב של קטיונים אלו מציג את 13 הביצועים הגבוהים ביותר, 14. יתר על כן, המועמד הראשי עבור קטיון divalent באתר B הוא להוביל, אשר יכול להיות מוחלף על ידי פח; bandgap יכול להיות אדום העביר בהצלחה ליותר מ 1,000 ננומטר א-פח להוביל מעורבב perovskite 15. בדומה לכך, דיירי X-האתר נחקרו רבות, שם תערובת של יודיד (אני) ו ברומיד (Br) הוכנסו המועמדים העיקריים 16, 17. לכן, זה מאוד לא סביר כדי לתפעל את מבניים, מורפולוגיים, ו אופטו המאפיינים של perovskites ידי שינוי ההרכב הכימי שלהם. למרות העובדה כי crysta משופרתאיכות lline והאחידות מקרוסקופית של סרט perovskite הן פרמטרים מרכזיים להשיג מכשירים יעילים 18, את ההשפעה של הגבולות בין תחומי polycrystalline, את המקור ואת התפקיד של פגמים אלקטרוניים בולמי perovskite, ואת תפקידיו של שכבות אוסף תשלום על תהליכי אובדן של תאים סולאריים perovskite עדיין אינם מובנים היטב. באשר לאופייה של פגמים אלקטרוניים במבנה perovskite, זה כבר דווח כי חלק ניכר מן הליקויים, כגון I או משרות Pb, לגרום למדינות שהן מאוד קרובים או בתוך הרצף של מדינות להקות ההולכה ערכיות, אשר עשוי להיות השלכה אלקטרונית שלילית על ההתקנים פוטו 19. בנוסף, אינטראקציה מליטה קוולנטיים חזקה בין קטיונים עופרת אניונים יודיד במישור perovskite עלולה להוביל קיומם של פגמים מהותיים (למשל, תחת מתואמת Pb הדימרים ואני trimers), אשר יכול creatאתרי e בתוך קצה הלהקה אשר פועל מרכזי רקומבינציה תשלום במהלך המבצע של המכשיר 20. כאן, אנו לחקור את ההשפעה של CH סימום 3 NH 3 PBI 3 perovskite עם הלידים קטיון חד ערכיים, כולל Na +, Cu +, ו Ag +, יונים של מתכות נמוכות-ערכיות מ Pb 2+. לפיכך, אנו משלבים קטיונים אלה באמצעות התוספת של כמות רציונלים של המלחים הליד המבוססת שלהם (למשל, נאה, CuBr, קואי, ואגי) לתוך תמיסת perovskite המבשרת. יש קטיונים אלו רדיוס יוני דומה Pb 2+, כך סימום תמורתי בתוך הגביש צפוי. הראינו כי נוכחות של קטיונים אלה בתוקף משפיע הן על המורפולוגיה הכיסוי של שכבת perovskite. בנוסף, הנוכחות של קטיונים אלה (למשל, Na + ו Ag +) אושרה על ידי ספקטרוסקופיה photoelectron רנטגן (XPS), וכן משמעותישינוי לא ברמת perovskite פרמי נמדד על ידי מיקרוסקופ כוח בדיקת קלווין (KPFM). על ידי שילוב קטיונים אלה לתוך תאים סולריים perovskite שהופקדו ברצף, השגנו שיפור היעיל פוטו של PSC (15.6% להשוות ל -14%). לכן, זה מאוד חיוני כדי לשפר את התכונות המבניות אופטו של שכבת הבולם (למשל, perovskite) באדריכלות תאים סולרית על מנת למקסם את תחבורת התשלום כדי passivate מלכודות השטח כדי להגיע לביצועי PV הגבוהים ביותר.

<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

הנה, אנחנו מדגימים שילוב של תוספי קטיון חד ערכיים לתוך CH 3 NH 3 PBI 3 perovskite כדי להתאים את האופטי, excitonic, מאפיינים חשמליים. האפשרות של סימום נחקרה על ידי הוספת הלידים קטיון חד ערכיים עם רדיוס יוני דומה Pb 2+, כולל Cu +, Na +, ו Ag +. משמרת ברמה פרום ירידה מרשימה של קליטה אופטית-bandgap משנה, יחד עם הפרעה אנרגטית נמוך יותר perovskite, הושגה. תנופה כדי-של-הגודל של ניידות חור בתפזורת הפחתה משמעותית של אנרגית שפעול והובל בתוך מכשיר perovskite מבוסס כתוסף הושגה. המפגש של תכונות משופרות הנ&quot;ל בנוכחות קטיונים אלה הביא שיפור בפרמטרים פוטו של התאים הסולריים perovskite. גידול של 70 mV מתח המעגל הפתוח עבור AGI ו 2 mA / 2 ס&quot;מ שדrovement בצפיפות פוטונים עבור NaI- ותאים סולריים מבוססים CuBr הושג לעומת המכשיר והטהור. עבודתנו סוללת את הדרך עבור שיפורים נוספים באיכות אופטו של CH 3 NH 3 PBI 3 perovskite והתקנים הבאים. זה מדגיש דרך חדשה חקירות על עצם את התפקיד של זיהומי dopant התגבשות ושולט צפיפות הפגם האלקטרונית במבני perovskite.

במיקרוסקופ אלקטרוני סורק פליטת שדה (FESEM) שמש כדי להקליט את שני תמונות החתך של התאים הסולריים perovskite המפוברק (איור 1) ולהציג תמונות גבי סרטי 3 PBI 3 PBI 2 ו- CH 3 שהופקדו NH (איור 2). רנטגן עקיפה (XRD) וספקטרוסקופיה photoelectron רנטגן (XPS) הועסקו לאפיין את תכונות מבניות של סרטים perovskite (איורים 3 ו -4). ספקטרוסקופיה סטיה photothermal (PDS) ו מיקרוסקופ כוח קלווין בדיקה (KPFM) שימשו כדי לחקור את תכונות אופטיות וחשמליות של הסרטים perovskite, בהתאמה (איורים 5, 6). יתר על כן, מדידות הובלה בצובר תלוית טמפרטורה מבוססת על הנוכחי מוגבל שטח תשלום (SCLC) בוצעו על מכשירי perovskite (האיור 7). לבסוף, photovolta תקןic מדידה של המכשירים המפוברקים בוצעה (איור 8 ולוח 1). בהתבסס על תמונות SEM-מבט מלמעלה של PBI 2 ו- CH 3 NH 3 PBI 3 שהופקדו על השכבה Tio 2 mesoporous (MP-Tio 2) שמוצג באיור 2, השפעת התוספים על המורפולוגיה של perovskite הומחשה שם גבישים גדולים בצורת ענף של PBI 2 הושגו במדגם המבוסס הנאה. זה הוביל להיווצרות גבישים אסימטרי גדולים של perovskite. יתר על כן, השגנו שכבת מכסת perovskite אחידה חריר חינם במשך CuI- ודוגמאות אגי מבוססות (איור 2 ג ו 2e). כדי לחקור את ההשפעה של תוספי הליד קטיון חד ערכי על המבנה הגבישי של CH 3 NH 3 PBI 3 ועל המרה של PBI 2 לתוך CH 3 NH 3 PBI3, קרני ה- X עקיפה בוצע (איור 3). למרות המבנה הגבישי של perovskite הסופי נשאר זהה עבור כל הדגימות, ברור כי השיא דיפרקציה ב 2θ = 12.6, אשר תואמת את unconverted PBI 2, חוסל בנוכחות תוספים ניי וכלי CuBr. על מנת לאשר את קיומו של קטיונים חד ערכי אלה בתוך CH 3 NH 3 PBI 3 סרטים perovskite, ביצענו ניתוח XPS, כפי שמוצג באיור 4. על בסיס הנתונים XPS, הפגנו נוכחות של יונים Na ו Ag בתוך הסרטים perovskite, ואילו ריכוז של Cu לא יכול להיות מוערך, כנראה בשל קרבתו של יודיד (אני 3p1 / 2) ונחושת (Cu 2p1 / 2) פסגות. השפעת תוספי קטיון חד ערכי על ספקטרום הספיגה של perovskite מוצג ציור 5a, אשר נמדדה על ידי PDS.ברור כי CH מבוסס-כתוסף 3 NH 3 PBI 3 היה ספיגת תת-bandgap נמוך לעומת המדגם וטהור. יתר על כן, זנב קליטה נצפה עבור דגימות מבוססות Cu, שמקורו מן הקליטה הפנימית של הליד נחושת (איור 5 ב). למרות זנב הקליטה מאשר את נוכחותו של קטיונים Cu בסרטי perovskite הסופיים, ברור, בהתבסס על ההשוואה בין PDS של קואי מבוסס PBI 2 ו- CH 3 NH 3 PBI 3, כי ההתאגדות שלהם אינה שלמה. בנוסף, אנרגית אורבך (EU), המהווה מדד של מידת ההפרעה האנרגטית של חומר, נאמדה וטהור, NaI-, CuBr-, CuI-, ו perovskite מבוסס אגי, ואת הערכים הם 15.6, 11.8, 12.8, 13.5, ו -15.2 MeV, בהתאמה (הבלעה של איור 5 א). כדי לחקור את ההשפעה של התוספים הנ&quot;ל על אלקטרונמבנה onic של CH 3 NH 3 PBI 3, בצענו KPFM, והפרש פוטנציאל המגע (CPD) של פרופילי הקו נמדד. זו תואמת את פונקצית משטח העבודה (Φ) של perovskite שמוצג באיור 6. שינוי ברור של CPD (כלומר, 0.1 V) של תוסף מבוסס perovskite לעומת אחד והטהור מראה כי רמת פרמי perovskite מוסטת לכיוון הלהקה הערכי. שינוי זה ברמת perovskite פרמי ניתן לייחס גם ל- p-סימום תמורתי (למשל, החלפת Pb 2+ עם קטיונים חד ערכיים X +) או פסיבציה שטח על משטחי הגבישים של perovskite. כדי לחקור את ההשפעה של סימום על הצפיפות של חיובים על תחבורת המאפיינים שלהם CH 3 NH 3 PBI 3, בצענו מדידות הובלה בצובר תלוית טמפרטורה (איור 7 א </strאונג&gt;). לאחר מכן, אנו הערכנו את ספק הניידות בתפזורת (μ SCL) מבוססים על תשלום החלל הנוכחי המוגבל (SCLC) של אלקטרון המלא חור בלבד וטהור והתקני perovskite מבוססים כתוסף. עלייה מרשימה מוליכות הן mobilities אלקטרון וחור הושגו, במיוחד עבור דגימות ניי וכלי CuBr לעומת perovskite וטהור (טבלה 1). ראוי לציין כי השיפור ניידות תשלום המוליכות עולים בקנה אחד עם השיפור בזרם לקצר (SC J) ולמלא גורם (FF) של התאים הסולריים המפוברקים שמוצגים 7b איור. יתר על כן, אמדנו את אנרגית השפעול לתחבורת תשלום (E A) הוא האלקטרון והחור באמצעות מדידות הובלה בצובר תלוית טמפרטורה, שם ירידה ברורה הושגה עבור perovskite מבוסס כתוסף. שיפור זה מיוחס הצפיפות הגבוהה יותר של ספקים בגלל סימום ה המילוידואר מלכודות תחבורה, שתוצאתה ירידה משמעותית מכשול התחבורה. אנחנו מפוברקים תאים סולריים perovskite מבוסס על הלידים קטיון חד ערכים הנ&quot;ל, עקומות JV המקבילות, ואת הפרמטרים פוטו כי מסוכמי 8a איור ולוח 1. שיפור משמעותי מתח מעגל פתוח הושג הוא CuI- (0.99 V) AgI- (1.02 V) מבוסס תאים סולריים בגלל כיסוי שטח האידיאלי (איור 2 ג ו 2e). יתר על כן, עלייה מרשימה ומזרם קצר (-2 ס&quot;מ ≈2 mA) עבור CuBr- ותאים סולריים מבוססי Nai הושג, אשר ניתן לייחס את ההמרה מלא PBI 2 לתוך CH 3 NH 3 PBI 3. שיפור זה אושר על ידי יעילות המרת אירוע פוטון אל שוטפים (IPCE) הספקטרום המוצג איור 8b. לבסוף, hיעילות ההמרה igher כוח (PCE) רמות של 15.2%, 15.6%, ו -15.3% הושגו עבור NaI-, CuBr-, והתקנים מבוססי קואי, בהתאמה, להשוות לערך 14.0% עבור תאים סולריים perovskite וטהור. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig1.jpg" /> איור 1: ארכיטקטורת תא Mesoscopic perovskite שמש. SEM חתך מיקרוסקופ של מכשיר שלם עם המבנה הבא: FTO / קומפקטית-Tio 2 / mesoporous-Tio 2 / CH 3 NH 3 PBI 3 / ספירו-OMeTAD / Au. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig2.jpg" /> איור 2: ניתוח מורפולוגי של יודיד להוביל ומבנים perovskite. תמונות SEM Top-לאור PBI 2 (צד שמאל) ו- CH 3 NH 3 PBI 3 (צד ימין) מבנים: (א) וטהור, ( <st<html> רונג&gt; b) CuBr-, (ג) CuI-, (ד) NaI-, ו- (ה) דגימות perovskite מבוססי אגי שהופקד על mesoporous Tio 2 מצופה FTO. נתון זה שוחזר בהפניה 18. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55307/55307fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig3.jpg" /> איור 3: השפעת תוספי הליד קטיון חד ערכי על crystallinity perovskite. ספקטרום קרני ה- X עקיפה של CH וטהור כתוסף מבוססי 3 NH 3 PBI 3 perovskite כי הוא גדל על הסרט mesoporous Tio 2, אשר מופקד על זכוכית מצופה FTO. נתון זה שוחזר בהפניה 18.t = &quot;_ blank&quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig4.jpg" /> איור 4: עקבות של קטיונים חד ערכי של CH 3 NH 3 מבנה perovskite PBI 3. ניתוח XPS של וטהור, CuBr-, CuI-, NaI-, וסרטים perovskite מבוססי אגי. נתון זה שוחזר בהפניה 18. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55307/55307fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig5.jpg" /> איור 5: תכונות אופטיות של שכבות perovskite. (א) ספקטרום הקליטה של סרטי perovskite נגזרים מקורות מובילים וטהורים מבוסס כתוסף נמדד באמצעות טכניקת PDS. ההבלעה מציגה את אנרגיות אורבך המתאימות עבור כל הדגימות. בר השגיאה מוגדר על ידי SD לשבץ את זנב האורב. (ב) השוואה בין ספקטרום קליטת PDS של סרטים וטהורים CuBr להוביל מבוסס יודיד ו perovskite, כמו גם CuBr שהופקדה על MS-Tio 2 ו CuBr בלבד סרטים. נתון זה שוחזר בהפניה 18. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55307/55307fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig6.jpg" /> איור 6: השפעת תוספי קטיון חד ערכי על פוטנציאל השטח של סרטים perovskite. פרופילי קו CPD רשמו מסרטי perovskite וטהורים מבוסס כתוסף באמצעות KPFM. תמונת טופוגרפית AFM מוצגת בחלק העליון. נתון זה שוחזר בהפניה 18<html> . <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55307/55307fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig7.jpg" /> איור 7: מאפייני התחבורה הממונה על סרטים perovskite. (א) מאפייני JV של מכשירים בלבד חור (איטו / PEDOT: PSS / perovskite / Au), מנוצלים על מנת לאמוד את ניידות חור SCLC. ראוי לציין, כי צפיפות הזרם (J) תשתנה עם עובי שכבות perovskite. ה (ב) מגמות sc J, מיקרון h, ודואר μ עבור perovskite וטהור כתוסף מבוסס. נתון זה שוחזר בהפניה 18. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55307/55307fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> t &quot;FO: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="הספרה 8" src="/files/ftp_upload/55307/55307fig8.jpg" /> איור 8: מאפייני הביצועים פוטו. (א) מאפיינים נוכחי מתח של מכשירים תחת תאורה של 100 mW / 2 ס&quot;מ, שהושגו באמצעות סוגים שונים של הלידים קטיון חד ערכי להוסיף את הפתרון מקור להוביל. (ב) תקרית פוטון אל הנוכחי יעילות (IPCE) ספקטרה כפונקציה של אורך הגל של אור מונוכרומטי עבור וטהור, CuBr-, CuI-, NaI-, ותאים סולריים perovskite מבוססי אגי. נתון זה שוחזר בהפניה 18. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55307/55307fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> סוג המדגם </td><td>J SC </td><td> V OC </td><td> FF </td><td> PCE </td><td> דואר μ </td><td> μ h </td><td> E A E </td><td> E ע&quot;ה </td></tr><tr><td></td><td> (mA -2 ס&quot;מ) </td><td> (V) </td><td></td><td> (%) </td><td> (2 ס&quot;מ / Vs) </td><td> (2 ס&quot;מ / Vs) </td><td> (MeV) </td><td> (MeV) </td></tr><tr><td> וטהור </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><tד&gt; 0.04 </td><td> 88 </td><td> 132 </td></tr><tr><td> קואי </td><td> 21.81 </td><td> 0.99 </td><td> 0.71 </td><td> 15.25 </td><td> 0.02 </td><td> .036 </td><td> 94 </td><td> 157 </td></tr><tr><td> נאה </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> אגי </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> טבלה 1: פוטו ותחבורה תשלום פרמטרים של PSC. סיכום של פרמטרי פוטו הנגזר ממדידות JV ו mobilities תשלום, יחד עם הפעלת האנרגיה עבור התאים הסולריים perovskite והטהורים מבוסס כתוסף המציגים את הביצועים הטובים ביותר והיה fabricated בשיטה בתצהיר בן שני שלבים. ראוי לציין כי לפי הנתונים של פרמטרים פוטו ללכת באותה מגמה כמו מכשירים בעלות הביצועים הטובים ביותר. טבלה זו שוחזרה בהפניה 18.

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

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי להתאים את המאפיינים של CH פתרון מעובד 3 NH 3 PBI 3, באמצעות שילוב של תוספים קטיון חד ערכי על מנת להשיג תאים סולריים יעילים perovskite מאוד.

חד ערכי חילוף קטיונים סימום של CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; עבור תאים סולריים יעילים perovskite

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 San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

16.5K Views.  University of Cambridge.  כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי להתאים את המאפיינים של CH פתרון מעובד 3 NH 3 PBI 3, באמצעות שילוב של תוספים קטיון חד ערכי על מנת להשיג תאים סולריים יעילים perovskite מאוד. 

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.

המצאה של התקנים פוטו ננו אורגניים לגמרי פתרון מעובד

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

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.

השפעת שיטות ייצור perovskite היברידיות על יצירת סרט, מבנה אלקטרוני, ואת ביצוע תאים סולאריים

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

Chemistry

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.

תהליך הפתרון בסיוע אדי לחץ נמוך הלהקה Tunable הפער חריר נטול עופרת Methylammonium הליד פרוביסקיט הסרטים

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.

Dynamics רקומבינציה ב חומרים פוטו סרט דק באמצעות מוליכות מיקרוגל זמן נפתרה

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%.

חישול אינפרא אדום פלאש עבור עיבוד תאים סולאריים פרוביסקיט

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

Environment

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.

מפתח גורמים המשפיעים על הביצועים של Sb2S3-רגיש תאים סולריים במהלך Sb2S3 התצהיר ויה SbCl3-עיבוד פתרון מורכב thiourea

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.

טכנולוגיה Microfluidic מודולרי עבור מחקרים שיטתיים של מוליכים למחצה Colloidal Nanocrystals

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.

הפתרון-מעובד "סילבר-ביסמוט-יוד" Ternary סרטים רזה עבור בולמי נטול עופרת פוטו

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.

הדפסת צבעי הדיו פרוביסקיט הליד אורגניים ליישומים פוטו הזרקת דיו

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.

חד ערכי חילוף קטיונים סימום של CH

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video