이 조사는 MAPbI3의 특성에 대해 보고합니다. 다양한 스퍼터링 시간과 스퍼터링 각도로 제작된 비스듬하게 스퍼터링된 ITO/유리 기판 상의 페로브스카이트 필름. MAPbI3의 입자 크기 페로브스카이트 필름은 ITO 박막의 비스듬한 스퍼터링 각도가 0°에서 80°로 증가함에 따라 ITO의 표면 특성이 PEDOT:PSS 박막의 습윤성에 영향을 미치므로 페로브스카이트 핵 생성 사이트의 수를 지배함을 나타냅니다. 최적의 전력 변환 효율(Eff)은 15분의 스퍼터링 시간 동안 30°의 스퍼터링 각도를 사용하여 준비된 경사 ITO 레이어가 있는 셀에서 11.3% 달성되었습니다.
<섹션 데이터-제목="배경">인듐 주석 산화물(ITO)은 인듐 산화물(In2 O3 ) 및 산화주석(SnO2 ). 약 96%의 가시적 투명도로 인해 액정 디스플레이, 발광 다이오드 및 태양 전지에 널리 사용됩니다. 및 약 10Ω/sq의 전도도[1,2,3,4,5]. ITO 필름의 저항과 투과율을 개선하기 위한 여러 가지 방법이 연구되어 왔으며, 여기에는 다양한 가스 비율과 작동 압력을 사용한 어닐링 및 스퍼터링이 포함됩니다[5,6,7,8]. 비스듬하게 스퍼터링된 ITO 필름의 광전자 특성은 [9, 10]에 보고되었습니다. ITO 박막이 증착되면서 그림자 효과로 인해 기판에 비스듬히 기울어진 기둥 구조의 박막으로 성장한다. 기둥형 ITO 필름은 다른 형태, 이방성 광학 특성 및 이방성 저항률을 나타냅니다[10].
최근에는 CH3와 같은 페로브스카이트 물질을 사용한 태양전지 NH3 PbI3 , 활성층으로서 유리한 전력 변환 효율로 인해 많은 관심을 받았습니다[11,12,13,14,15,16,17,18]. 대부분의 페로브스카이트 태양 전지는 기판으로 ITO 또는 FTO(Fluorine-doped tin oxide)와 같은 투명 전도성 산화물(TCO) 유리를 사용합니다. 그러나 등방성 TCO 필름의 광전자 특성은 등방성 TCO 필름의 광전자 특성과 다릅니다. 따라서 본 연구에서는 CH3를 이용하여 평면형 페로브스카이트 태양전지를 개발하였다. NH3 PbI3 (MAPbI3 ) 경사각 증착(GLAD)이 준비된 경사 ITO 기판 상의 페로브스카이트. 이 조사는 MAPbI3의 광학, 구조 및 표면 특성을 조사합니다. 다양한 온도에서 어닐링되고 다양한 시간 동안 스퍼터링된 경사 ITO 기판의 페로브스카이트 필름. 페로브스카이트 태양전지의 성능과 페로브스카이트 필름의 특성 사이의 관계에 대해 논의합니다.
이 조사에서 ITO 유리는 1.5 × 1.5 cm 2 크기의 작은 조각으로 절단되었습니다. 기판으로 사용됩니다. ITO 유리 기판은 초음파 발진기에서 5분 동안 아세톤, 에탄올, 탈이온수(DI)를 사용하여 철저히 세척하고 질소로 건조했습니다. 그림 1a와 같이 ITO 타겟을 사용하여 다양한 비스듬한 각도로 스퍼터링하여 ITO 필름을 ITO 유리 기판에 증착했습니다. 작동 가스와 압력은 각각 순수 아르곤과 5mTorr이었습니다. 증착 후 필름은 300°C에서 30분 동안 어닐링되었습니다.
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아 완성된 구조와 비스듬한 스퍼터링 시스템의 개략적인 단면도. ㄴ 30° 기울어진 스퍼터링 경사 ITO가 있는 샘플의 단면 FESEM 이미지
비스듬하게 스퍼터링된 ITO 필름으로 코팅된 유리 기판은 페로브스카이트 태양 전지에 사용되었습니다. PEDOT:PSS 필름은 비스듬한 ITO 유리 기판을 5000rpm에서 30초 동안 스핀 코팅하여 준비했습니다. 스핀 코팅 후 필름을 110°C에서 10분 동안 어닐링했습니다. 페로브스카이트 층은 10초 동안 1000rpm 및 20초 동안 5000rpm에서 PEDOT:PSS/비스듬한 ITO 유리 기판에 2단계 스핀 코팅을 사용하여 증착되었습니다. 5000rpm에서 20초 동안 단계 동안 무수 톨루엔 100μl를 적가하여 습식 방사 필름을 급랭시켰다. 페로브스카이트 전구체 용액은 1.25mmol 메틸암모늄 브로마이드 및 1.25mmol PbI2를 사용하여 제조되었습니다. (순도 99.999%)를 1mL 공용매에 녹였습니다. 디메틸설폭사이드(DMSO) 대 γ-부티로락톤(GBL)의 부피비는 1:1이었다. 스핀 코팅 후 필름을 100°C에서 10분 동안 어닐링했습니다. 그런 다음 [6,6]-페닐-C61 -부티르산 메틸 에스테르(PCBM)를 클로로벤젠(20mg/mL)에 용해하고 페로브스카이트 층에 3000rpm에서 30초 동안 스핀 코팅하여 전자 수송층으로 50nm 두께의 막을 형성했습니다. 마지막으로 20nm 두께의 Ag 전극을 열증착법으로 증착하여 장치의 구조를 완성했습니다. 샘플은 증착 동안 0.5cm x 0.2cm의 활성 영역을 정의하는 섀도우 마스크로 덮여 있었습니다. 그림 1a는 전체 구조를 개략적으로 보여줍니다. 그림 1b는 30° 기울어진 비스듬히 스퍼터링된 ITO가 있는 샘플의 단면 FESEM 이미지를 보여줍니다.
필름의 결정질 미세구조는 X선 회절계를 사용하여 관찰하였다. 전계 방출 주사 전자 현미경(FESEM)을 사용하여 샘플의 표면 형태를 관찰했습니다. 전류 밀도-전압(J –V ) 태양 전지의 특성은 1000W 크세논 램프의 조사 하에 Keithley 2420 프로그래밍 가능한 소스 미터를 사용하여 측정되었습니다. 셀 표면의 조사 전력 밀도는 1000W/m 2 로 보정되었습니다. .
그림 2는 MAPbI3의 XRD 패턴을 보여줍니다. 다양한 비스듬한 각도에서 PEDOT:PSS/비스듬한 ITO 층/유리에 페로브스카이트 필름. 14.28°, 28.5°, 30.61° 및 31.93°에서 4개의 평균 피크는 (110) 페로브스카이트, (220) 페로브스카이트, (110) SnO2에 해당합니다. , 및 (222) 2 안 O3 각각 비행기. 스퍼터링 각도가 0°에서 60°로 증가함에 따라 (110) SnO2 Sn 원자의 결합에 의해 형성된다. 결정 영역의 크기는 Scherrer의 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다[19]. MAPbI3의 결정 영역 크기 샘플의 페로브스카이트 필름은 약 71.8nm입니다. 따라서 MAPbI3의 결정 도메인 크기는 페로브스카이트는 경사 ITO 층의 영향을 받지 않습니다.
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MAPbI3의 XRD 패턴 다양한 비스듬한 각도를 위한 PEDOT:PSS/비스듬한 ITO 레이어/유리의 페로브스카이트 필름
그림 3은 MAPbI3의 SEM 이미지를 보여줍니다. 다양한 경사각을 위한 경사 ITO 층/유리에 페로브스카이트 필름. MAPbI3의 입자(또는 입자) 크기 페로브스카이트 필름은 0°에서 80°까지 경사 스퍼터링 각도에 따라 증가하여 ITO의 표면 특성이 페로브스카이트 핵 생성 사이트의 수에 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. ITO는 페로브스카이트 박막과 직접 접촉하지 않고 ITO와 페로브스카이트 사이에 PEDOT:PSS 박막이 삽입되어 있기 때문에 ITO의 표면 물성이 페로브스카이트 박막의 물성에 직접적인 영향을 미치지 않아야 한다. 따라서 PEDOT:PSS 박막[20]의 젖음성은 ITO의 표면 특성과 관련이 있습니다. 따라서 MAPbI3의 다양한 입자 크기 페로브스카이트 필름은 기판의 습윤성과 관련이 있을 수 있습니다[21, 22]. 물방울의 접촉각에 대한 실험은 그림 4와 같이 서로 다른 ITO/유리 샘플에서 PEDOT:PSS 박막의 젖음성을 평가하기 위해 수행되었습니다. 접촉각은 입자의 크기에 비례합니다. MAPbI3 MAPbI3의 핵 생성 및 결정 성장을 나타내는 박막 박막은 PEDOT:PSS/비스듬한 ITO/유리의 표면 습윤성을 변화시켜 제어할 수 있습니다. 그림 5와 같이 PEDOT:PSS/비스듬한 ITO/유리 샘플의 표면 젖음성의 변화를 이해하기 위해 경사 ITO/유리 샘플의 접촉각 이미지를 얻었습니다. PEDOT:PSS/비스듬한 ITO/의 젖음성 유리 샘플은 경사 ITO/유리 샘플의 습윤성에 반비례하므로 친수성 PSS 중합체 및 소수성 PEDOT 중합체의 수직 분포는 경사 ITO/유리 샘플의 표면 습윤성을 변화시켜 조작할 수 있습니다. PSS 폴리머는 기판이 소수성 표면을 가질 때 PEDOT:PSS 박막의 상부 표면에 주로 분포되어(그림 5a) PEDOT:PSS 박막에서 작은 물방울 접촉각을 초래하는 것으로 제안됩니다(그림 5a). 4a). 실험 결과(XRD 및 SEM)는 MAPbI3 그레인은 다결정질 MAPbI3입니다. 입자 [23].
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아 –d MAPbI3의 SEM 이미지 다양한 비스듬한 각도를 위한 PEDOT:PSS/비스듬한 ITO 레이어/유리의 페로브스카이트 필름
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아 –d 다양한 비스듬한 각도에 대한 PEDOT:PSS/비스듬한 ITO 레이어/유리에 물의 접촉각을 보여주는 이미지. CA 접촉각
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아 –d 다양한 비스듬한 각도에 대한 비스듬한 ITO 레이어/유리에 물의 접촉각을 보여주는 이미지
그림 6은 MAPbI3의 광발광(PL) 스펙트럼을 나타냅니다. 다양한 경사각을 위한 PEDOT:PSS/비스듬한 ITO/유리의 페로브스카이트 필름. 768nm에서 하나의 주요 피크가 관찰되며, 이는 MAPbI3에 의한 방출에 해당합니다. . 이 발견은 XRD 결과에 의해 뒷받침됩니다. MAPbI3의 PL 방출 에너지 페로브스카이트는 비스듬한 ITO 층 아래에서 영향을 받지 않습니다. 또한, 다양한 비스듬한 각도로 스퍼터링된 ITO의 MAPbI3 필름의 다른 PL 강도는 광 유도 여기자의 분리 결과로 얻어졌습니다. PEDOT:PSS와 페로브스카이트 사이의 더 나은 계면은 더 나은 여기자 분리를 제공하여 더 강한 PL 소광 효과를 유도합니다. 따라서 80°의 경사각에서 ITO는 그림 4와 같이 PEDOT:PSS/비스듬한 ITO의 유리한 표면 습윤성으로 인해 페로브스카이트 층에서 PEDOT:PSS까지 최고의 여기자 분리를 나타냅니다.
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MAPbI3의 PL 스펙트럼 다양한 비스듬한 각도를 위한 PEDOT:PSS/비스듬한 ITO 레이어/유리의 페로브스카이트 필름
그림 7은 전류 밀도-전압(J –V ) MAPbI3에 기반한 태양 전지의 곡선 다양한 비스듬한 각도로 스퍼터링되고 300°C의 어닐링 온도에서 열처리되는 비스듬한 ITO 층이 있는 페로브스카이트. 스퍼터링 시간은 15분입니다. 표 1은 결과적인 전력 변환 효율(Eff), 단락 전류 밀도(J sc ), 개방 회로 전압(V oc ) 및 MAPbI3의 필 팩터(FF) 태양 전지. 경사 ITO 층의 산소 함량과 저항은 스퍼터링 각도에 따라 증가하기 때문에 소자의 성능은 경사 ITO 층의 스퍼터링 각도가 증가함에 따라 저하됩니다[10]. 전도성이 좋기 때문에 30°의 비스듬한 각도에서 증착 후 최대 효율을 얻을 수 있습니다.
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전류 밀도-전압(J –V ) MAPbI3 기반 태양 전지 다양한 비스듬한 각도로 스퍼터링된 비스듬한 ITO 층이 있는 페로브스카이트
그림 8은 전류 밀도-전압(J –V ) MAPbI3에 기반한 태양 전지의 곡선 300°C의 어닐링 온도에서 열처리를 거치기 전에 다양한 스퍼터링 시간 동안 스퍼터링된 비스듬한 ITO 층이 있는 페로브스카이트. 표 2는 해당 전력 변환 효율(Eff), 단락 전류 밀도(J sc ), 개방 회로 전압(V oc ) 및 MAPbI3의 필 팩터(FF) 태양 전지. 경사 ITO 층의 스퍼터링 시간이 15분일 때 층의 두께와 우수한 전도성으로 인해 최적의 효율에 도달합니다. J와 함께 이 증착 각도를 사용하여 최상의 장치를 얻을 수 있습니다. SC =20.46mA/cm 2 , V OC =0.92 V, FF =60.00% 및 Eff =11.30%.
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전류 밀도-전압(J –V ) MAPbI3 기반 태양 전지 다양한 스퍼터링 시간 동안 스퍼터링된 비스듬한 ITO 층이 있는 페로브스카이트
요약하면, 이 작업은 MAPbI3 다양한 스퍼터링 시간과 스퍼터링 각도를 사용하여 제작된 PEDOT:PSS/비스듬한 스퍼터링된 ITO/유리 기판의 페로브스카이트 필름. 장치 성능은 단락 전류 밀도(J SC ) =20.46mA/cm 2 , 개방 회로 전압(V OC ) =0.92 V, 필 팩터(FF) =66.0%, 전력 변환 효율(Eff) =11.3%입니다. 스퍼터링 각도에 따라 소자의 저항이 증가하기 때문에 경사 ITO 층의 스퍼터링 각도가 30°에서 80°로 증가함에 따라 소자의 성능이 저하된다. 비스듬한 ITO 층은 입사광의 산란을 개선하지만 높은 저항률은 장치의 성능을 저하시킵니다. 따라서 전도성으로 인해 30°의 비스듬한 각도로 증착하여 최적의 효율을 얻을 수 있습니다.
전계 방출 주사 전자 현미경
비스듬한 각도 증착
인듐 주석 산화물
전류 밀도-전압
채널3 NH3 PbI3
폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌 술포네이트
투명 전도성 산화물
X선 회절계
나노물질
태양광 전지의 매개변수 및 특성 태양광 전지란 정확히 무엇인가요? 태양 전지는 태양 복사를 전기로 변환할 수 있는 반도체 장치입니다. 중간 변환 없이 햇빛을 전기로 변환하는 능력은 사용 가능한 태양 에너지를 유용한 전기로 활용하는 고유한 기능을 제공합니다. 그래서 태양광 전지라고 합니다. 그림 1은 대표적인 태양전지를 나타낸 것이다. 다음과 같은 태양 전지에서 생성된 전기를 제어하는 다양한 요인; 빛의 강도:태양광이 셀에 더 많이 비추면 셀에서 더 많은 전기가 생성됩니다. 셀 면적:셀의 면적을 늘리면 셀에서 발생하는 전류
모듈의 셀 수 결정, 모듈 매개변수 측정 및 태양광 모듈 및 어레이의 단락 전류, 개방 회로 전압 및 V-I 특성 계산 태양광 모듈이란 무엇입니까? 일일 부하에 필요한 전력 범위는 몇 와트 또는 때로는 킬로와트입니다. 단일 태양 전지는 이러한 부하 수요를 충족시키기에 충분한 전력을 생산할 수 없으며 셀 면적에 따라 0.1~3와트 범위의 전력을 생산하기 어렵습니다. 그리드 연결 및 산업용 발전소의 경우 메가와트 또는 기가와트 범위의 전력이 필요합니다. 따라서 단일 PV 전지는 이러한 높은 수요를 감당할 수 없습니다. 따라서 이러
