Ho3+-Yb3+-Mg2+ 3중 도핑된 TiO2의 새로운 상향 변환 재료와 페로브스카이트 태양 전지에 대한 응용

초록

Ho³⁺ 의 새로운 상향변환 나노물질 -Yb³⁺ -Mg²⁺ 삼중 도핑된 TiO₂ (UC-Mg-TiO₂ )은 졸-겔 방법으로 설계 및 합성되었습니다. UC-Mg-TiO₂ Mg²⁺ 를 첨가하여 향상된 상향 변환 형광을 나타냄 . UC-Mg-TiO₂ 전자전달층 위에 박막을 형성하여 페로브스카이트 태양전지를 제조하는데 이용되었다. 결과는 UC-Mg-TiO₂가 있는 전자 전달층을 기반으로 한 태양 전지의 전력 변환 효율을 나타냅니다. UC-Mg-TiO₂가 없는 경우 15.2%에서 16.3으로 향상 . 합성된 UC-Mg-TiO₂ 근적외선을 페로브스카이트 필름이 흡수할 수 있는 가시광선으로 변환하여 장치의 전력 변환 효율을 향상시킬 수 있습니다.

<섹션 데이터-제목="배경">

배경

태양 전지 분야에서 페로브스카이트 태양 전지(PSC)에 더 많은 관심이 기울여졌습니다[1,2,3,4,5]. PSC의 전력 변환 효율(PCE)은 몇 년 내에 22%를 초과했습니다[6]. 그러나 페로브스카이트 재료는 일반적으로 파장이 800nm 미만인 가시광선을 흡수하고 특히 근적외선(NIR) 영역에서 태양 에너지의 절반 이상이 활용되지 않습니다. 이를 해결하기 위한 효과적인 방법 중 하나는 근적외선을 페로브스카이트가 활용할 수 있는 가시광선으로 변환하여 상향변환 나노물질을 페로브스카이트 태양전지에 적용하는 것이다[7,8,9]. 베타상 나트륨 이트륨 플루오라이드(β-NaYF₄ )은 일반적으로 상향 변환 물질을 준비하기 위해 희토류 이온의 호스트 격자로 사용됩니다. β-NaYF₄ -based up-conversion 재료는 절연체이며, 이는 전자 전달에 유리하지 않습니다[ETL][10].

이산화티타늄(TiO₂ ) anatase 상을 가진 나노 결정은 적절한 에너지 밴드 구조, 저렴한 비용 및 긴 안정성으로 인해 페로브스카이트 태양 전지에서 전자 전달 물질로 일반적으로 사용됩니다[11,12,13]. 그러나 TiO₂의 에너지 밴드갭은 크기가 커서(3.2eV) 애플리케이션을 방해합니다. TiO₂의 적용을 개선하기 위해 가시광선과 근적외선 영역에서 몇 가지 방법이 탐구되었습니다. 효과적인 방법 중 하나는 TiO₂를 도핑하는 것입니다. 금속 또는 비금속 [14,15,16]. Yu et al. [17] Ho³⁺ -Yb³⁺ -F⁻ 도핑된 TiO₂ 근적외선을 가시광선으로 변환하여 염료감응 태양전지(DSSC)가 흡수할 수 있습니다. Zhang과 공동 저자[18]는 Mg 도핑된 TiO₂ TiO₂의 페르미 에너지 준위를 변경할 수 있습니다. 페로브스카이트 태양 전지의 성능을 향상시키기 위해.

이 작업에서는 후면 접지 이온(Ho³⁺ 및 Yb³⁺ ) 및 금속 이온(Mg²⁺ ) 도핑된 TiO₂ 향상된 상향 변환 형광을 가진 새로운 물질을 합성하기 위해 함께. 우리의 목적은 Mg²⁺ 를 추가하는 방법을 탐구하는 것입니다. TiO₂의 상향 변환 형광에 영향을 줍니다. Ho³⁺ 의 상향변환 나노물질을 적용하기 위해 -Yb³⁺ -Mg²⁺ 삼중 도핑된 TiO₂ 페로브스카이트 태양 전지에. 결과는 Mg²⁺ 의 추가가 TiO₂의 상향 변환 방출 향상 , Ho³⁺ 적용 -Yb³⁺ -Mg²⁺ 삼중 도핑된 TiO₂ PSC의 PCE를 15.2%에서 16.3%로 개선했습니다.

방법/실험

자료

포름아미디늄 요오다이드(FAI), 메틸아미늄 브로마이드(MABr), 납 이요오다이드(PbI₂ ), 2,2',7,7'-테트라키스-(N,N-디-p-메톡시페닐아민)-9,9'-스피로비플루오렌(Spiro-OMeTAD) 및 이브롬화납(PbBr_{2 ) Xi'an Polymer Light Technology Corp.(중국)에서 구입했습니다. SnO₂ 콜로이드 용액은 Alfa Aesar(주석(IV) 산화물)에서 구입했습니다. 디메틸 설폭사이드(DMSO), N,N-디메틸포름아미드(DMF), 4-tert-부틸피리딘(TBP) 및 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드(Li-TFSI)는 Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LTD( 중국).}

Ho³⁺ 합성 -Yb³⁺ -Mg²⁺ 3중 도핑된 TiO₂

Ho³⁺ 의 업컨버전 자료 -Yb³⁺ -Mg²⁺ 삼중 도핑된 TiO₂ 보고된 방법[19]으로 약간 수정하여 합성했습니다. 먼저 아세틸아세톤(AcAc)과 티타늄 테트라부탄올레이트(Ti(OBu)₄ ) 25°C에서 1시간 동안 교반한 다음, 이소프로필 알코올(IPA)을 첨가하여 (Ti(OBu)₄ ) 해결책. IPA, HNO₃의 혼합 용액 , 및 H₂ O를 용액에 천천히 떨어뜨렸습니다. 6시간 동안 교반한 후 TiO₂ 밝은 노란색의 졸이 얻어졌다. 일반적인 합성에서 AcAc, HNO₃의 몰비는 , 및 H₂ O ~ Ti(OBu)₄ 1:0.3:2:1이었습니다. Ho³⁺ 합성용 -Yb³⁺ 공동 도핑된 TiO₂ , 호(NO₃ )₃ ·5H₂ O 및 Yb(NO₃ )₃ ·5H₂ O는 원소 소스로 사용되었고 용액에 추가되었습니다. 일반적으로 Ho³⁺ 의 몰비는 :Yb³⁺ :Ti =1:x :100(x =2, 3, 4, 5). Ho³⁺ 합성용 -Yb³⁺ -Mg²⁺ 삼중 도핑된 TiO₂ , 호(NO₃ )₃ ·5H₂ O, Yb(NO₃ )₃ ·5H₂ O 및 Mg(NO₃ )₂ 6H₂ 원소 소스로서 O가 용액에 첨가되었고, Ho³⁺ 의 몰비가 :Yb³⁺ :Mg²⁺ :Ti =1:4:x :100(x =0, 1, 1.5, 2, 2.5). 얻어진 용액을 Ho³⁺ 라고 합니다. -Yb³⁺ -Mg²⁺ 삼중 도핑된 TiO₂ (UC-Mg-TiO₂ ) 솔. 100°C에서 10시간 동안 가열하여 용액의 용매를 제거했습니다. 그런 다음, 재료 분말을 500°C에서 30분 동안 가열했습니다.

PSC 준비

FTO는 세제, 아세톤 및 이소프로판올로 세척한 다음 UV-O₃로 15분 동안 처리했습니다. . 1M 농도의 1-부탄올에 티타늄 디이소프로폭사이드 비스(아세틸아세토네이트) 용액을 사용하여 스핀 코팅법으로 차단층을 제조한 후 500℃에서 30분간 가열하였다. TiO₂를 이용한 스핀코팅법으로 제조된 전자전달층(ETL) TiO₂를 희석하여 얻은 용액 (30NR-D) 에탄올(1:6, 질량비)을 사용하여 가열한 다음 100°C에서 10분, 450°C에서 30분 가열합니다. UC-Mg-TiO₂ UC-Mg-TiO₂ 혼합 용액을 스핀 코팅하여 태양 전지를 제작하는 데 사용되었습니다. 솔 및 TiO₂ 졸(UC-Mg-TiO₂ :TiO₂ =x :(100 − x ), v /v , x =0, 20, 40, 60, 80, 100) ETL에서 500°C에서 30분 가열 보고된 방법에 따라 페로브스카이트 필름을 제작하였다[20]. 간단히 말해서, 페로브스카이트의 전구체 용액은 FAI(1M), PbI₂를 용해하여 제조되었습니다. (1.1M), MABr(0.2M) 및 PbBr₂ (0.22M) DMF/DMSO 혼합물(4:1 v:v ) 및 DMSO 중 CsI(1.5M)의 스톡 용액을 추가했습니다. 페로브스카이트 필름은 10초 동안 1000rpm, 30초 동안 4000rpm으로 스핀 코팅 방법으로 얻었고 20초가 끝나기 전에 샘플에 200μL 클로로벤젠을 떨어뜨렸습니다. 스피로-MeOTAD 용액을 사용하여 4000rpm에서 30초 동안 스핀 코팅법으로 정공 전달층(HTL)을 얻었다. spiro-OMeTAD 용액은 72.3mg spiro-MeOTAD를 1mL 클로로벤젠에 용해하고 28.8μL TBP, 17.5μL Li-TFSI 용액(아세토니트릴 중 520mg/ml)을 첨가하여 제조했습니다. 마지막으로 열증착법으로 정공전달층 위에 Au 양극을 만들었다.

특성화

FLS 980 E의 형광계를 사용하여 광발광(PL) 스펙트럼을 획득했습니다. DX-2700의 회절계를 사용하여 X선 회절(XRD) 패턴을 얻었습니다. X선 광전자 스펙트럼은 XPS THS-103의 분광계로 측정하였다. 흡수 스펙트럼은 Varian Cary 5000의 분광 광도계를 사용하여 얻었습니다. 주사 전자 현미경(SEM) 이미지는 JSM-7001F의 현미경을 사용하여 수행되었습니다. AM 1.5의 조명 하에서 태양 전지의 광전류-전압(I-V) 곡선을 측정하기 위해 Keithley 2440 Sourcemeter가 적용되었습니다. CHI660e의 전기화학적 워크스테이션은 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)을 얻기 위해 사용되었습니다. 입사 광자-전류 변환 효율(IPCE)은 태양 전지 IPCE 기록 시스템(Crowntech Qtest Station 500ADX)으로 측정되었습니다.

결과 및 토론

Ho³⁺ 의 몰비를 변화시켜 재료의 상향 변환 형광을 최적화했습니다. 및 Yb³⁺ . Ho³⁺ 의 상향 변환 방출 -Yb³⁺ 공동 도핑된 TiO₂ 다양한 몰비의 Ho³⁺ 및 Yb³⁺ (Ho:Yb:Ti =1:x :100)이 980nm NIR 빛으로 여기된 그림 1a에 표시되었습니다. 547nm와 663nm에서 두 개의 강력한 상향 변환 방출 피크가 관찰되었습니다. 추가 파일 1:그림 S1은 Ho³⁺ 의 상향 변환 메커니즘을 보여줍니다. -Yb³⁺ 공동 도핑된 TiO₂ . 663nm 및 547nm의 형광 피크는 ⁵ 에 해당할 수 있습니다. F₅ → ⁵ 나₈ 그리고 (⁵ S₂ , ⁵ F₄ ) → ⁵ 나₈ Ho³⁺ 의 전환 , 각각 [21]. 상향변환 형광의 세기는 Ho³⁺ 의 몰비일 때 가장 큰 것을 알 수 있다. 및 Yb³⁺ 1:4입니다. 그림 1b는 Ho³⁺ 의 상향 변환 광형광을 나타냅니다. -Yb³⁺ -Mg²⁺ 삼중 도핑된 TiO₂ Mg²⁺ 의 다른 도핑 함량 (Ho:Yb:Mg:Ti =1:4:x :100, 몰비). Mg²⁺ 의 첨가로 상향 변환 형광이 향상되었습니다. . Ho³⁺ 의 도핑 함량일 때 :Yb³⁺ :Mg²⁺ =1:4:2, 상향 변환 방출은 Ho³⁺ 에서 가장 강력합니다. -Yb³⁺ -Mg²⁺ 삼중 도핑된 TiO₂ . 이하, UC-Mg-TiO₂ Ho³⁺ 의 몰비로 :Yb³⁺ :Mg²⁺ :Ti =1:4:2:100이 적용되었습니다.

<그림><사진><소스 유형="이미지/webp" srcset="//media.springerature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1186%2Fs11671-018-2681-4/MediaObjects/ 11671_2018_2681_Fig1_HTML.png?as=webp">

TiO₂의 상향 변환 방출 . 아 호³⁺ -Yb³⁺ 공동 도핑된 TiO₂ (Ho:Yb:Ti =1:x :100, 몰비). ㄴ 호³⁺ -Yb³⁺ -Mg²⁺ 삼중 도핑된 TiO₂ (Ho:Yb:Mg:Ti =1:4:x :100, 몰비)

그림 2는 TiO₂의 X선 회절을 보여줍니다. (30NR-D) 및 UC-Mg-TiO₂ . PDF 카드(JCPDS 카드 번호 21–1272)에 따르면 패턴에서 2θ =25.6 °, 37.7 °, 48.1 ° 및 53.7 °에 위치한 피크는 (101), (004), (200)에 속할 수 있습니다. ), (105), (211), (204) 결정면. UC-Mg-TiO₂의 위상을 표시합니다. 아나타세입니다.

<그림><사진><소스 유형="이미지/webp" srcset="//media.springerature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1186%2Fs11671-018-2681-4/MediaObjects/ 11671_2018_2681_Fig2_HTML.png?as=webp">

TiO₂의 X선 회절 (30NR-D) 및 UC-Mg-TiO₂

TiO₂에 Ho, Yb 및 Mg의 도핑을 보여주기 위해 , UC-Mg-TiO₂의 X선 광전자 스펙트럼 얻었다. UC-Mg-TiO₂의 XPS 조사 스펙트럼 추가 파일 1:그림 S2에 나와 있습니다. 그림 3a는 두 개의 Ti 2p_1/2 피크를 가진 Ti 2p의 고해상도 광전자 피크를 보여줍니다. 및 Ti 2p_3/2 각각 463.7 eV 및 458.2 eV에 있습니다. 그림 3b, c는 각각 163.6eV 및 192.3eV에서 나타나는 Ho 4d 및 Yb 4d의 고해상도 광전자 피크를 보여줍니다. 이는 보고된 피크 위치와 일치합니다[22]. 그림 3d는 49.8eV에 위치한 Mg 2p의 광전자 피크를 나타냅니다[23]. 이 데이터는 Ho, Yb 및 Mg 원자가 TiO₂에 통합되었음을 보여줍니다. .

<그림><사진><소스 유형="이미지/webp" srcset="//media.springerature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1186%2Fs11671-018-2681-4/MediaObjects/ 11671_2018_2681_Fig3_HTML.png?as=webp">

UC-Mg-TiO₂의 X선 광전자 스펙트럼 . 아 Ti 2p, b 호 4d, c Yb 4d 및 d MG 2p

그림 4a는 TiO₂의 흡수 스펙트럼을 보여줍니다. (30NR-D) 및 UC-Mg-TiO₂ . UC-Mg-TiO₂의 흡수 스펙트럼에 5개의 흡수 피크가 나타납니다. , 이는 Ho³⁺ 의 특성 흡수에 해당합니다. 및 Yb³⁺ . Ho, Yb 및 Mg의 도핑이 TiO₂의 흡수를 향상시키는 것을 볼 수 있습니다. 가시광선 영역에서 흡수를 NIR 범위로 확장합니다. Tauc 플롯은 재료의 에너지 밴드 갭을 추정하는 데 사용할 수 있습니다[24]. 흡수 스펙트럼의 Tauc 플롯은 그림 4b에 나와 있습니다. 에너지 밴드 갭 값은 UC-Mg-TiO₂의 경우 3.09eV 및 3.18eV로 계산할 수 있습니다. 및 TiO₂ (30NR-D), 각각. UC-Mg-TiO₂ TiO₂보다 작은 밴드 갭을 나타냅니다. .

<그림><사진><소스 유형="이미지/webp" srcset="//media.springerature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1186%2Fs11671-018-2681-4/MediaObjects/ 11671_2018_2681_Fig4_HTML.png?as=webp">

아 TiO₂의 흡수 스펙트럼 (30NR-D) 및 UC-Mg-TiO₂ . ㄴ 타우크 플롯

그림 5는 TiO₂의 SEM 사진을 보여줍니다. (30NR-D) 및 UC-Mg-TiO₂ 영화. 나노입자의 크기는 30 NR-D의 경우 약 25nm이고, UC-Mg-TiO₂의 경우 입자 크기가 약 28nm입니다. . 두 영화는 획일적이다. 따라서 UC-Mg-TiO₂ TiO₂와 유사한 형태 및 입자 크기를 나타냅니다. (30NR-D).

<그림><사진><소스 유형="이미지/webp" srcset="//media.springerature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1186%2Fs11671-018-2681-4/MediaObjects/ 11671_2018_2681_Fig5_HTML.png?as=webp">

SEM 사진. 아 TiO₂ (30NR-D) 필름. ㄴ UC-Mg-TiO₂ 영화

PSC는 UC-Mg-TiO₂가 있거나 없는 전자 전달 층을 기반으로 제작되었습니다. . UC-Mg-TiO₂가 있는 전자 전달층 UC-Mg-TiO₂ 혼합용액을 스핀코팅하여 제조 솔 및 TiO₂ 졸(UC-Mg-TiO₂ :TiO₂ =x :(100 − x ), x =0, 20, 40, 60, 80 및 100, v /v ). 태양 전지의 I-V 측정이 수행되었으며, 이로부터 광전지 매개변수가 추상화되었습니다. 나 _sc , V _oc 본 연구에서 태양전지의 , FF, PCE는 20개의 샘플 값의 평균을 구하였다. UC-Mg-TiO₂ 함량과 PCE의 관계 그림 6a에 표시되었습니다. 먼저 태양전지의 PCE가 커지다가 UC-Mg-TiO₂의 증가에 따라 작아진다. 60%의 함량에서 최대값에 도달하는 함량(UC-Mg-TiO₂ :TiO₂ =60:40, v/v ). 표 1은 UC-Mg-TiO₂가 있거나 없는 전자 전달층을 기반으로 한 태양 전지의 광기전 매개변수를 나타냅니다. . 개방 회로 전압(V _oc ) 및 단락 전류(I _sc ) UC-Mg-TiO₂가 있는 태양 전지 1.05V 및 22.6mA/cm² 로 증가했습니다. 1.03 V 및 21.2 mA/cm² 에서 UC-Mg-TiO₂가 없는 태양 전지용 , 각각. 따라서, UC-Mg-TiO₂가 있는 전자 전달층 기반 장치의 PCE UC-Mg-TiO₂가 없는 경우 15.2%에서 16.3%로 향상되었습니다. . 장치의 일반적인 I-V 곡선은 그림 6b에 나와 있습니다. UC-Mg-TiO₂가 있거나 없는 20개 샘플의 태양 전지 성능에 대한 PCE 히스토그램 추가 파일 1:그림 S3에 나와 있습니다.

<그림><사진><소스 유형="이미지/webp" srcset="//media.springerature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1186%2Fs11671-018-2681-4/MediaObjects/ 11671_2018_2681_Fig6_HTML.png?as=webp">

아 기기의 PCE와 UC-Mg-TiO₂의 내용과의 관계 (UC-Mg-TiO₂ 솔:TiO₂ 솔 =x :100 − x , v /v ) 혼합 용액에서. ㄴ 일반적인 I-V 곡선

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개선을 설명하기 위해 몇 가지 실험이 수행되었습니다. 그림 7은 일부 보고서[25, 26]에 기반한 태양 전지에 포함된 재료의 에너지 밴드 구조를 표시하고 Tauc 플롯의 에너지 밴드 갭은 그림 4b에 나와 있습니다. 페로브스카이트와 TiO₂의 전도대 차이 UC-Mg-TiO₂의 경우 더 커집니다. TiO₂와 비교 (30NR-D), UC-Mg-TiO₂ 이후 TiO₂보다 밴드 갭이 작습니다. (30NR-D). 이것은 더 큰 V _oc UC-Mg-TiO₂가 있는 전자 전달층 기반 장치용 [27, 28].

<그림><그림><소스 유형="이미지/webp" srcset="//media.springerature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1186%2Fs11671-018-2681-4/MediaObjects/ 11671_2018_2681_Fig7_HTML.png?as=webp">

태양전지에 포함된 물질의 에너지 밴드 구조

그림 8a는 UC-Mg-TiO₂가 있거나 없는 전자 전달층의 페로브스카이트 필름의 정상 상태 광발광(PL)을 보여줍니다. . 760nm에 위치한 PL 피크는 페로브스카이트 필름에서 유래합니다[29]. UC-Mg-TiO₂를 사용한 전자 전달층의 페로브스카이트 필름의 PL 강도 UC-Mg-TiO₂가 없는 전자전달층의 페로브스카이트 필름에 비해 감소 . 이것은 UC-Mg-TiO₂의 전자 수송 및 추출을 의미합니다. 페로브스카이트 필름이 TiO₂보다 더 효율적입니다. (30NR-D). 이것은 그림 8b에 표시된 샘플의 시간 분해 광발광(TRPL)에 의해 추가로 입증될 수 있습니다. UC-Mg-TiO₂가 있는 전자 전달층 위의 페로브스카이트 필름에 대한 TRPL의 감쇠 시간은 다음과 같습니다. UC-Mg-TiO₂가 없는 전자전달층의 페로브스카이트 필름보다 빠름 . 이는 전자의 전하 이동이 후자보다 빠르다는 것을 나타냅니다[30, 31].

<그림><그림><소스 유형="이미지/webp" srcset="//media.springerature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1186%2Fs11671-018-2681-4/MediaObjects/ 11671_2018_2681_Fig8_HTML.png?as=webp">

아 광발광. ㄴ TiO₂에서 페로브스카이트 필름의 시간 분해 광발광 (30NR-D) 및 UC-Mg-TiO₂

그림 9a는 UC-Mg-TiO₂가 있거나 없는 전자 전달층을 기반으로 하는 태양 전지의 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)에서 얻은 Nyquist 플롯을 보여줍니다. . Nyquist 플롯은 그림 9b에 개략적으로 표시된 등가 회로로 맞출 수 있습니다. R _s , R _녹음 , 및 C _μ 는 직렬 저항, 재결합 저항 및 장치의 커패시턴스[32, 33]입니다. 자세한 피팅 값은 표 2에 나와 있습니다. R _s UC-Mg-TiO₂가 있는 전자 전달층 기반 소자의 값 UC-Mg-TiO₂가 없는 것과 거의 동일합니다. . R _녹음 UC-Mg-TiO₂가 있는 전자 전달층 기반 소자의 값 UC-Mg-TiO₂가 없는 것보다 큽니다. . 이것은 UC-Mg-TiO₂ 변경 재조합을 효과적으로 감소시킬 수 있습니다.

<그림><그림><소스 유형="이미지/webp" srcset="//media.springerature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1186%2Fs11671-018-2681-4/MediaObjects/ 11671_2018_2681_Fig9_HTML.png?as=webp">

아 EIS 스펙트럼에서 얻은 Nyquist 플롯. ㄴ EIS 분석에 사용되는 등가 회로

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상향 변환 물질 UC-Mg-TiO₂의 기여를 확인하기 위해 태양 전지의 광전류에 대한 I-V 측정은 대역 통과 NIR 필터(980 ± 10 nm)로 필터링된 시뮬레이션된 태양 복사에서 수행되었습니다. 그림 10a는 UC-Mg-TiO₂가 있거나 없는 전자 전달층을 기반으로 한 태양 전지의 I-V 곡선을 보여줍니다. . 단락 전류(I _sc ) UC-Mg-TiO₂가 있는 태양 전지 UC-Mg-TiO₂가 없는 것보다 분명히 더 큽니다. . 이것은 UC-Mg-TiO₂의 효과를 보여줍니다. UC-Mg-TiO₂ 때문에 태양 전지의 광전류에 근적외선 광자를 가시광자로 변환하여 태양 전지가 흡수하여 추가 광전류를 생성할 수 있습니다[7, 17]. 그림 10b는 UC-Mg-TiO₂가 있거나 없는 태양 전지의 IPCE 스펙트럼을 보여줍니다. . UC-Mg-TiO₂를 사용한 태양 전지의 IPCE UC-Mg-TiO₂가 없는 경우에 비해 특히 400~650nm 범위에서 증가합니다. . 이는 UC-Mg-TiO₂의 상향 변환 효과로 인해 발생할 수 있습니다. [7, 17].

<그림><그림><소스 유형="이미지/webp" srcset="//media.springerature.com/lw685/springer-static/image/art%3A10.1186%2Fs11671-018-2681-4/MediaObjects/ 11671_2018_2681_Fig10_HTML.png?as=webp">

아 대역 통과 NIR 필터(980 ± 10 nm)로 필터링된 시뮬레이션된 태양 복사 아래에서 태양 전지의 I-V 곡선. ㄴ UC-Mg-TiO₂가 있거나 없는 태양 전지의 IPCE 스펙트럼

결론

Ho³⁺ 의 상향변환 나노물질 -Yb³⁺ -Mg²⁺ 삼중 도핑된 TiO₂ (UC-Mg-TiO₂ ) 성공적으로 합성되었습니다. UC-Mg-TiO₂의 상향 변환 방출 Mg²⁺ 를 추가하여 향상되었습니다. . UC-Mg-TiO₂를 적용했습니다. UC-Mg-TiO₂ 전자 전달층을 수정하는 데 사용되었습니다. V _oc 그리고 나 _sc UC-Mg-TiO₂가 있는 장치의 1.05V 및 22.6mA/cm² 로 개선되었습니다. 1.03 V 및 21.2 mA/cm² 에서 UC-Mg-TiO₂가 없는 경우 , 각각. 그리고 UC-Mg-TiO₂가 있는 장치의 PCE UC-Mg-TiO₂가 없는 경우 15.2%에서 16.3%로 증가했습니다. .