혼합 양이온의 활용은 양이온의 이점을 활용하고 고효율 페로브스카이트 태양 전지(PSC)를 달성하는 데 유리합니다. 여기에서 CH(NH2 )2 (FA) 메틸 암모늄 납 요오드화물의 양이온(MAPbI3 ) 결정성이 높은 조밀하고 매끄러운 페로브스카이트 막을 형성할 수 있습니다. 결과적으로 FAx를 기반으로 하는 단락 전류 및 PSC의 필 팩터 MA1-x PbI3 페로브스카이트가 크게 개선되어 장치 효율성이 향상됩니다. FA0.1 기반 챔피언 PSC MA0.9 PbI3 22.02%의 매우 높은 효율을 나타냅니다. 또한 FA0.1 기반 PSC MA0.9 PbI3 페로브스카이트는 또한 향상된 장치 안정성을 보여줍니다. 이 작업은 더 나은 안정성으로 고품질 페로브스카이트 필름과 고성능 PSC를 제작할 수 있는 간단한 접근 방식을 제공합니다.
지난 10년 동안 산업 및 가정 에너지 수요의 증가는 에너지 위기를 야기할 뿐만 아니라 지구 온난화로 인한 문제를 야기했습니다. 이러한 위기를 최소한의 환경 문제로 극복하는 데 반도체 기술이 큰 역할을 했습니다. 반도체 소재 기반의 태양전지는 실리콘, 화합물 반도체, 산화물, 유기물 등 친환경적이다[1, 2]. 페로브스카이트 재료 기반 태양 전지(PSC)는 2009년 3.8%에서 현재까지 25.2%로 급증한 높은 전력 변환 효율로 인해 초점이 되었습니다[3]. PSC의 놀라운 높은 전력 변환 효율(PCE)은 페로브스카이트 재료의 고유한 광전자 특성에 의존하며 페로브스카이트 재료 공학은 장치 성능을 개선하기 위한 핵심 접근 방식입니다.
일반적으로 페로브스카이트는 ABX 공식에 따라 동일한 유형의 결정 구조를 갖는 물질입니다. 3 , 여기서 A 유기 양이온입니다(예:CH3 NH2 + ) 또는 알칼리 양이온(Cs + ) 또는 이들의 혼합 양이온, B 금속 음이온(Pb +2 또는 Sn +2 ) 및 X 할로겐화 음이온을 나타냅니다(X =나 - , 브 − , 또는 Cl − ) [4,5,6,7,8,9,10]. 페로브스카이트 재료 중 FAx MA1-x PbI3 (MA, 메틸 암모늄; FA, 포름아미디늄)은 PSC에서 많이 사용되는 재료입니다. FA + 로 MA + 에 비해 크기가 약간 더 큽니다(이온 반경 =2.79 Å). (이온 반경 =2.70 Å), FAx MA1-x PbI3 MAPbI3보다 낮은 밴드 갭 보유 , 따라서 더 높은 태양광 수확 효율을 허용합니다[8, 11,12,13,14,15,16,17,18,19]. 대부분 소량의 MA 양이온을 FA 양이온으로 도핑하여 FAx를 제작합니다. MA1-x PbI3 순수한 FAPbI보다 광활성 FA 양이온 상의 형성을 촉진하는 페로브스카이트3 높은 장치 효율로 이어집니다[19,20,21]. 그러나 MA 양이온의 혼입에도 불구하고 특히 다량의 FA가 사용될 때 FA 양이온의 더 큰 이온 반경 때문에 황색상의 FA 페로브스카이트의 흔적 없이 순수한 흑색상의 FA 페로브스카이트를 얻는 것은 여전히 매우 어렵습니다. 이 문제는 PSC 장치의 구조적 및 열적 안정성에 영향을 미치기 때문에 이러한 PSC의 고효율에도 불구하고 자주 관찰되었습니다[22, 23]. 따라서 FAx에서 고효율 및 장치 안정성을 달성하기 위해 MA1-x PbI3 기반 PSC의 경우 황색상 결함의 형성을 방지해야 합니다. 본 연구에서는 FAx에서 다량의 FA 양이온을 사용하는 대신 MA1-x PbI3 perovskite, 우리는 소량의 FA를 사용하여 FA0.1를 제작합니다. MA0.9 PbI3 22%를 초과하는 챔피언 디바이스 효율을 가능하게 하는 평면 필름. 메조포러스 페로브스카이트 필름[24]에서 보고된 결과와 달리 우리는 PbI6 갭 내에서 MAI에 작은 FA가 도입되었음을 발견했습니다. MAPbI3를 안정화하는 팔면체 페로브스카이트 구조를 실온에서 "준입방" 상으로 만듭니다. 또한, 여기서 개선된 사항은 주로 J SC , FA의 혼입으로 조밀하고 매끄러운 고품질 페로브스카이트 필름 형성의 이점. 또한 FA0.1 기반 PSC MA0.9 PbI3 perovskite는 또한 향상된 장치 안정성을 보여줍니다.
이 작업에서 사용된 PSC의 장치 구조는 그림 1에 개략적으로 표시되어 있습니다. 여기서 SnO2 층은 전자 수송층(ETL)으로, Spiro-OMeTAD는 정공 수송층(HTL)으로, 금(Au)은 양극으로 사용됩니다. 표준 및 수정된 페로브스카이트 층은 모두 기존의 1단계 용매 공학 방법에 의해 흡수층으로 ITO(인듐 주석 산화물) 투명 전극 위에 증착되었습니다.
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페로브스카이트 태양전지의 개략적인 구조
주사 전자 현미경(SEM)은 페로브스카이트 필름의 형태를 조사하기 위해 사용되었습니다. 깨끗한 MAPbI3로 준비한 영화 는 Fig. 2a와 같이 결정립계의 비율이 더 높다. 페로브스카이트 필름의 많은 결정립계와 함께 핀홀은 비방사성 재결합을 촉진하고 PSC의 장치 효율을 감소시킵니다. 대조적으로, FA 양이온을 깨끗한 MAPbI3에 통합하여 균질하고 핀홀이 없는 페로브스카이트 필름을 얻을 수 있습니다. (FA0.1 MA0.9 PbI3 ) 필름, 도 2b에 도시된 바와 같이. 그것은 입자 크기의 작은 확대와 훨씬 적은 입자 경계로 조밀하게 채워진 구조를 나타냅니다. 큰 입자 크기를 가진 조밀하고 매끄러운 필름 형태는 페로브스카이트 필름의 트랩 상태와 결함을 최소화합니다.
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MAPbI3의 상위 뷰 SEM 이미지 (아 ) 및 FA0.1 MA0.9 PbI3 (b ). 유리 기판에서 표준 및 수정된 페로브스카이트의 광발광(PL) 스펙트럼. ㄷ 표준 및 수정된 페로브스카이트 필름의 시간 분해 광발광(TRPL) 스펙트럼(d )
두 MAPbI3의 정상 상태 광발광(PL) 스펙트럼 및 FA0.1 MA0.9 PbI3 페로브스카이트 필름은 그림 2c에 나와 있습니다. 예상대로 방출 피크에서 상당한 적색편이가 관찰되었습니다. 또한 피크가 좁아지는 현상도 관찰되었습니다. 이 중요한 변화는 페로브스카이트 격자의 MA에 FA가 도입되었기 때문입니다. 또한, PL 강도는 FA 양이온을 추가하면 어느 정도 증가하는데, 이는 트랩 상태의 감소를 나타내며 그 대가로 고결정성 FA0.1를 제공합니다. MA0.9 PbI3 영화.
표준 소자에 비해 변형된 페로브스카이트 층의 트랩 상태 감소에 대해 더 많이 이해하기 위해 그림 2d와 같이 각 재료를 기반으로 페로브스카이트 필름에 TRPL(time-resolved photoluminescence)을 수행했습니다. 페로브스카이트 층이 수송층 없이 유리 기판에 증착되기 때문에 캐리어 재결합은 층간 전하 수송(즉, 비방사성 재결합)만을 나타낼 것으로 예상되며, 이는 캐리어 수명이 더 길고 결합에 따른 더 느린 층간 재결합을 보일 것입니다. MAPbI3에서 FA의 [25, 26]. TRPL 곡선을 시간의 이지수 함수(t ):
$$ F(t)={A}_1{e}^{-}\frac{t}{\tau_1}+{A}_2{e}^{-}\frac{t}{\tau_2}+{ \감마}_0 $$ (1)여기서 τ 1 그리고 τ 2 식에서 1은 각각 빠른 감쇠와 느린 감쇠의 시간 상수를 나타냅니다[27]. 빠른 감쇠 τ 1 구성 요소는 표면 재결합을 나타내는 반면 느린 붕괴 구성 요소는 대부분의 페로브스카이트 구조에서 일어나는 재결합과 관련이 있습니다. 표준 및 수정된 페로브스카이트 샘플에 대한 모든 적합 TRPL 매개변수는 표 S1에 요약되어 있으며 평균 재조합 수명(τ 이브 두 페로브스카이트 층의 )은 보충 정보에 표시된 공식에 따라 피팅된 곡선 데이터로부터 대략적으로 계산되었습니다. 평균 수명 감쇠 시간이 24.61 ns인 표준 페로브스카이트 필름과 비교하여 FAMAPbI3 (10%) 필름은 49.92 ns의 훨씬 더 긴 캐리어 평균 수명을 보여 수정된 PSC에서 비방사선 재결합의 억제를 나타냅니다.
X선 회절(XRD)은 페로브스카이트 필름의 결정성을 조사하기 위해 사용되었습니다. 그림 3a는 2θ에서 페로브스카이트 필름의 주요 회절 피크를 보여줍니다. 14.24°의 FA는 표준 MAPbI3에 소량의 FA 통합으로 더 높은 강도로 선호하는 방향을 나타냅니다. 페로브스카이트 필름은 회절 강도를 훨씬 더 강하게 하여 더 높은 결정성을 암시합니다. 또한, 변형된 페로브스카이트 층의 회절 피크는 작은 각도로 이동합니다. 눈에 띄는 피크는 그림 3b, c와 같이 각각 14.61° 및 28.84°에서 14.24° 및 28.49°로 이동합니다. FA 양이온의 크기가 MA 양이온보다 크기 때문에 FA 이온의 혼입에 따라 격자 크기가 증가하며 이는 브래그 방정식(2d 죄θ =nλ ). 더욱이, MA와 함께 FA 양이온의 도입은 또한 내성 인자를 감소시키고 안정적인 입방체 페로브스카이트 상의 형성을 유발한다. 필름 형태 및 증착 조건에 따라 소량의 FA(0.1)를 추가하면 정방정상이 될 수도 있습니다. 전체 너비 및 절반 최대값(FWHM)을 사용하여 페로브스카이트 필름의 입자 크기를 추정했습니다. FA0.1에서 MA0.9 PbI3 , 최고 피크의 FWHM 값은 보충 정보 그림 S1a b에서 볼 수 있듯이 0.133°이며, 이는 MAPbI3에 비해 결정도가 높은 결정립도 증가의 증거를 제공합니다. 필름(FWHM 0.174°).
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XRD 패턴(a ) MAPbI3의 경우 및 FA0.1 MA0.9 PbI3 페로브스카이트 필름 및 13–15°에서 피크의 확대된 XRD 패턴(b ) 및 27–29°(c )
FA 양이온이 정확하게 소량 포함된 후 원소 조성을 확인하기 위해 표준 및 수정된 페로브스카이트 층 모두에서 X선 광전자 분광법(XPS) 측정을 수행했습니다. MA 양이온에 대한 FA의 존재는 그림 4a, c에서와 같이 확인된 C-C 결합(284.8 eV)으로 확인할 수 있습니다. 또한 C-N(401.3 eV)과 C=N(400.10 eV)의 결합은 FA0.1의 N1s 스펙트럼에서 명확하게 관찰할 수 있는 통합된 FA 양이온에서 비롯됩니다. MA0.9 PbI3 그림 4b와 같이 페로브스카이트[27]. 원소 조성에 대한 추가 분석을 위해 에너지 분산 X선 분광법(EDX)을 그림 S2 a 및 b와 같이 수행했습니다. 우리는 분명히 화학 성분을 동일시할 수 있습니다. 원소 피크의 통합은 MAPbI3에 대한 Pb 44.75(2.3):22.73(1.1):19.34(1)에 대한 C 대 N의 정량화된 원자 비율 %를 보여줍니다. FA0.1의 경우 47.71(2.3):27.34(1.3):20.15(1) MA0.9PbI3 페로브스카이트 [28].
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MAPbI3 요소에 대한 XPS 측정 및 FA0.1 MA0.9 PbI3 페로브스카이트 필름. 탄소(a , ㄷ ). 질소(b , d )
KPFM(Kelvin probe force microscopy) 기술은 팁과 아래 샘플 표면 사이의 접촉 전위차(CPD)를 측정하는 페로브스카이트 필름을 추가로 분석하는 데 사용되었습니다[14, 23]. FA를 MAPbI3에 통합하여 표면 거칠기가 20.488에서 4.778 nm로 현저히 감소했습니다. 페로브스카이트, 그림 5a, d의 지형 이미지에서 볼 수 있는 것처럼. 이것은 FA 도핑이 있는 페로브스카이트 필름의 조밀하고 매끄러운 형태를 더욱 드러냅니다. 3차원(3D)에서 표준 및 수정된 페로브스카이트 필름의 표면 형태가 각각 그림 5b와 e에 나와 있습니다. 표면 전위 이미지는 그림 5c, f에 표시되고 3D 이미지는 보충 정보 그림 S3(b &c)에 표시됩니다. FA0.1 MA0.9 PbI3 필름은 MAPbI보다 더 균일한 전위 분포를 보여줍니다3 필름, FA0.1의 표면에서 더 적은 표면 결함을 나타냄 MA0.9 PbI3 영화. 한편, FA0.1 MA0.9 PbI3 필름은 표준 페로브스카이트 필름보다 결정립계에서 더 높은 표면 전위를 보여주며, 이는 소수 캐리어의 트래핑 및 재결합 확률을 낮추고 소수 캐리어가 해당 선택적 접촉에 도달하는 전류 경로를 규정합니다. 여기서, 억제된 재조합으로 더 나은 전하 수송을 향한 PSC의 전반적인 성능을 향상시킬 것입니다.
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지형 이미지(a , d ), 3D 지형 이미지(b , e ) 및 표면 전위 이미지(c , f )/MAPbI3 필름 및 FA0.1 MA0.9 PbI3 영화
MAPbI3의 단면 SEM 이미지 필름 및 FA0.1 MA0.9 PbI3 필름은 그림 6a, b에 나와 있습니다. 이 페로브스카이트 필름은 SnO2 상단에 제작됩니다. ETL. ETL/페로브스카이트 인터페이스가 페로브스카이트에 FA를 통합하여 크게 향상되었음을 분명히 알 수 있습니다. FA0.1 MA0.9 PbI3 필름은 MAPbI3보다 훨씬 더 작고 부드럽습니다. 영화. 이러한 개선은 인터페이스에서 효율적인 캐리어 추출에 유리합니다. 자외선 가시광선(UV-Vis) 흡수 스펙트럼을 측정하여 그림 6c와 같이 페로브스카이트 필름의 흡수 특성을 분석했습니다. FA0.1 MA0.9 PbI3 필름은 MAPbI3보다 약간 더 높은 흡수 강도를 나타냅니다. 영화. 밴드 갭 값은 MAPbI3의 경우 1.58 eV인 S4a 및 S4b에 표시된 Tauc 플롯 스펙트럼을 사용하여 계산되었습니다. 및 FA0.1의 경우 1.54 eV MA0.9 PbI3 , MAI 격자 매트릭스에 FAI 양이온의 작은 통합이 밴드 갭을 감소시킨다는 것을 보여줍니다. 밴드갭 감소는 고효율 페로브스카이트 태양전지 개발에 유리하다.
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MAPbI3의 단면 이미지 (아 ) 및 FA0.1 MA0.9 PbI3 (b ) ETL/ITO 상단의 필름 및 흡수 스펙트럼(c ) 페로브스카이트 필름
MAPbI3 기반 PSC (표준 PSC) 및 FA0.1 MA0.9 PbI3 (modified PSC) ITO/SnO2 구조로 구성 /perovskite/Spiro-OMeTAD/Au. 전류 밀도-전압(J-V) 곡선이 그림 7a에 표시되어 있고 해당 태양광 매개변수가 표 1에 나열되어 있습니다. 단락 전류 밀도(JSC ) 수정된 PSC의 경우 표준 PSC보다 분명히 높기 때문에 장치 효율이 크게 향상됩니다. 수정된 PSC의 최대 PCE는 개방 회로 전압(V OC ) 1.13 V, J SC 25.87mAcm −2 , 및 0.75의 필 팩터(FF). J의 놀라운 개선 사항 SC 및 FA0.1에 기반한 수정된 PSC의 PCE MA0.9 PbI3 강력하게 개선된 캐리어 수집을 의미합니다. FA0.1의 작고 매끄러운 표면 기능으로 인해 MA0.9 PbI3 큰 입자 크기와 더 나은 결정도를 가진 필름, 전하 추출 및 수송은 재조합 프로세스에 의해 유도되는 최소 손실로 가능합니다. 따라서 J SC 크게 증가하고, 한편, V OC 도 개선됩니다. 증가된 J SC FA0.1의 감소된 밴드 갭과 향상된 흡수도 부분적으로 기여합니다. MA0.9 PbI3 필름(그림 6c에 표시된 흡수 특성에 의해 밝혀짐). MAPbI3에 대한 FA의 영향을 더 탐구하려면 , 우리는 또한 다른 비율의 FA(5-20%)를 사용했으며 해당 PSC의 결과 장치 성능은 그림 S5 및 표 S2에 나와 있습니다. 5~20%의 몰비로 페로브스카이트에 FA를 포함하면 J가 증가합니다. SC 및 PCE, 수정된 PSC의 고효율 달성. FA0.1 사용 조건에서 기기 성능의 가장 좋은 값을 얻습니다. MA0.9 PbI3 .
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J-V 곡선(a ), dV /디제이 대 (J SC + 제 ) −1 선형 피팅 곡선이 있는 플롯(b ) 및 ln(J SC + 제 ) 대 (V - R S 제 ) MAPbI3를 기반으로 하는 PSC에 대한 선형 피팅 곡선이 있는 플롯 및 FA0.1 MA0.9 PbI3 (ㄷ ). 표준 PSC와 비교하여 수정된 페로브스카이트에 대한 해당 EQE 스펙트럼(d )
FA의 작은 통합으로 현저하게 개선된 장치 성능에 대한 기본 메커니즘을 조사하기 위해 직렬 저항 매개변수(R S ) 및 역포화 전류 밀도(J 0 )이 특성화되었습니다[29, 30]. J-V 특성은 다음과 같이 명시됩니다.
$$ J={J}_{\mathrm{ph}}-{J}_0\left[\exp \left(\frac{e\left(V+ AJ{R}_S\right)}{m{K} _{\beta }T}\right)-1\right]-\frac{V+J{R}_S}{R_{\mathrm{SH}}} $$ (1)여기서 J 외부 부하를 통해 흐르는 전류, J ph 다이오드에 의해 생성된 광전류 밀도, A 장치 영역, R 쉬 는 션트 저항, m pn 접합의 이상 계수를 나타냅니다. K β 는 볼츠만 상수이고 T 그리고 e 는 각각 온도와 전하이다[31, 32]. 이상적인 조건의 경우(R 쉬 충분히 크다) [33, 34], Eq. 1은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
$$ \frac{dV}{dJ}=\frac{A{K}_{\beta }T}{e}{\left({J}_{\mathrm{ph}}+J\right)}^ {-1}+{R}_S $$ (2) $$ \ln \left({J}_{\mathrm{SC}}+J\right)=\frac{e}{A{K}_{ \베타 }T}\left(V-{R}_S\ J\right)+\ln {\mathrm{J}}_0 $$ (3)R S -dV에서 얻을 수 있습니다. /디제이 대 (J SC - 제이 ) −1 Eq.에 따른 선형 피팅 곡선으로 그림 7b의 플롯. 2, 4.8 Ω cm 2 및 2.3 Ω cm 2 MAPbI3가 있는 표준 PSC용 FA0.1로 수정된 PSC MA0.9 PbI3 , 각각. R의 감소 S 수정된 PSC의 경우 더 나은 캐리어 전송을 나타내고 높은 J에 기여합니다. SC . 제 0 ln(J SC + 제 ) 대 (V - R S 제 ) 그림 7c의 플롯은 1.43 × 10 −2 입니다. 및 1.16 × 10 −5 mAcm −2 MAPbI3용 및 FA0.1 MA0.9 PbI3 각각 PSC. 더 작은 J 0 낮은 재조합을 나타내므로 V OC 수정된 PSC의 개선됩니다. FA 통합에 의한 감소된 재조합은 또한 KPFM 측정과 일치합니다. 또한, 높은 값을 갖는 광범위한 광반응이 얻어지는 교차 대응 외부 양자 효율(EQE)이 계산되었습니다. 계산된 통합 전류 밀도(J SC )는 24.88mAcm −2 입니다. 및 20.25mAcm −2 J와 일치하는 그림 7d와 같이 각각 가장 잘 수정된 장치와 표준 장치 SC J-V 테스트에서 계산된 값입니다.
일반적으로 EIS는 PSC의 내부 전기 프로세스를 분석하는 데 적합한 도구입니다. 여기서 EIS는 전압함수로 수행하였다. 얻은 데이터는 그림 8a와 같이 적절한 등가 회로를 사용하여 ZView에 맞춰졌습니다. 재조합 저항(R 각 페로브스카이트 태양 전지의 rec)는 반원의 직경에서 계산됩니다. R 수정된 페로브스카이트 태양광의 rec는 FA를 MAPbI3에 소량 통합하여 증가했습니다. 이는 원하지 않는 재조합이 크게 감소하고 그 대가로 PSC의 결함 밀도가 낮아짐을 나타냅니다.
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전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 표준 PSC와 비교하여 변형된 페로브스카이트에 대한 나이퀴스트 플롯(a ). 표준 및 수정된 PSC의 정규화된 PCE 대 시간 도표(b )
그림 8b는 FA0.1로 수정된 PSC를 보여줍니다. MA0.9 PbI3 800 h 후에도 원래 값을 최대 80%로 유지하는 반면 MAPbI3가 있는 표준 PSC 원래 가치의 60% 미만만 유지합니다. FA0.1로 PSC의 안정성 향상 MA0.9 PbI3 FA0.1의 높은 품질과 관련이 있습니다. MA0.9 PbI3 페로브스카이트 필름. PSC의 장치 안정성 문제는 주변 조건에서 서로 다른 시간 간격 내에서도 특성화되었습니다.
PSC의 반복성을 확인하기 위해 두 MAPbI3의 평균 성능 및 FA0.1 MA0.9 PbI3 40개 이상의 장치에서 평균화된 PSC가 표 1에 표시되고 광전지 매개변수의 통계가 그림 9a-d에 표시됩니다. FA0.1이 있는 PSC에서 볼 수 있습니다. MA0.9 PbI3 , 평균 성능도 MAPbI3가 있는 PSC보다 분명히 우수합니다. 더 나은 재현성을 보여줍니다.
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V의 통계 OC , FF PCE 및 J SC 각 종류의 PSC에 대해 40개 이상의 장치에서(a –d )
채널3 NH3 나, PbI2 , CH(NH2 )2 및 Spiro-OMeTAD는 Xi'an Polymer Light Technology Corp. SnO2에서 구입했습니다. Alfa Aesar에서 구입했습니다. FAx의 전구체 솔루션 MA1-x PbI3 PbI2로 구성됨 , 채널3 NH3 I 및 CH(NH2 )2 디메틸 포름아미드(DMF) 대 디메틸 설폭사이드(DMSO)(9:1, vol/vol)의 혼합물에서 밤새 교반하였다. FA0.1의 농도 MA0.9 PbI3 전구체 용액은 0.3 mol/ml이었다. ITO(인듐 주석 산화물) 코팅 기판의 시트 저항은 15 Ω/□입니다. 모든 재료는 추가 정제 없이 그대로 사용되었습니다.
모든 PSC는 ITO 유리 기판에서 제작되었습니다. SnO2 사전 세척된 ITO 기판에 전자 수송층(ETL)으로 증착되었습니다. N2에 페로브스카이트 층이 증착되었습니다. -35 s 동안 5000 rpm으로 채워진 글로브 박스. 스핀 코팅이 중단되기 29 에서 반용매 톨루엔이 기판에 떨어졌습니다. 그 후, 기판을 80 °C에서 8분 동안 열처리한 다음 120 °C에서 10분 동안 annealing을 위해 Hot palate로 옮겼습니다. 냉각 후 정공 수송 물질인 Spiro-OMeTAD를 3000 rpm에서 30초 동안 스핀 코팅하여 페로브스카이트 층 상단에 증착했습니다. 모든 층의 스핀 코팅이 완료된 후 더 나은 산화 공정을 위해 샘플을 글로브 박스에서 밤새 보관했습니다. 마지막으로 80 nm의 금(Au)이 4 × 10 −4 에서 열 증발에 의해 증착되었습니다. 장치 구조를 완성하기 위한 Pa 진공 조건입니다.
전류-전압 특성화는 AM 1.5G, 100 mW cm −2 에서 디지털 소스 미터(Keithley 모델 2400)로 수행되었습니다. . 주사 전자 현미경(SEM) 측정은 4800으로 이루어졌습니다. X선 회절(XRD) 패턴은 Cu Kα 방사선(λ =1.540A). KPFM(Kelvin probe force microscopy) 측정은 Asylum Research의 MFP-3D infinity를 사용하여 수행되었습니다. 모든 특성화는 주변 조건에 지속적으로 노출되고 장치 캡슐화 없이 수행되었습니다.
우리의 연구에서는 표준 MAPbI3의 MA 양이온에 정확히 소량의 FA 양이온이 도입되었습니다. - 기반 페로브스카이트 필름을 사용하여 전체 표면을 덮으면서 부드러움과 결정도 측면에서 필름 품질을 향상시킵니다. 22.02%의 놀라운 PCE 및 크게 향상된 J SC FA0.1을 기반으로 PSC에서 얻었습니다. MA0.9 PbI3 페 로브 스카이 트. 또한 V OC 감소된 캐리어 재조합의 결과로서도 얻어진다. 이러한 결과는 작은 값의 FAI 양이온을 MAPbI3에 통합하여 가능하게 하는 개선된 결정도를 가진 작고 매끄러운 페로브스카이트 필름을 기반으로 우수한 안정성을 가진 고효율 PSC를 반복적으로 제조할 수 있음을 보여줍니다. .
이 기사의 결과를 뒷받침하는 데이터 세트는 기사 내에 포함되어 있습니다.
페로브스카이트 태양전지
주사전자현미경
X선 회절
전체 너비 및 최대 절반
광발광
시간 분해 광발광
켈빈 프로브 힘 현미경
전기화학 임피던스 분광법
나노물질
초록 페로브스카이트 태양전지(PSC)의 전력변환효율(PCE)이 급격히 증가하고 있지만 아직 상용화를 제한하는 몇 가지 문제가 있다. 페로브스카이트는 물 분자에 민감하여 주변 조건에서 페로브스카이트 필름을 준비하는 데 어려움을 증가시킵니다. 기존 방식에 기반한 대부분의 고성능 PSC는 불활성 분위기에서 제조해야 하므로 제조 비용이 증가합니다. 주변 조건에서 고품질 페로브스카이트를 제조하기 위해 기판을 예열하고 적절한 반용매를 선택했습니다. 그 결과, 타겟 페로브스카이트 필름은 상온 조건에서 기존의 1단계 증착 방법으로 제조된 페로브
초록 페로브스카이트 태양 전지는 밴드 갭 조정이 가능하고 흡수 계수가 높으며 준비 비용이 낮기 때문에 실리콘 기반 탠덤 태양 전지에 사용됩니다. 그러나 상부 페로브스카이트 흡수층의 광학 굴절률과 비교하여 하부 실리콘의 상대적으로 큰 광학 굴절률은 2단자 장치에서 상당한 반사 손실을 초래합니다. 따라서 Si 바닥 셀에서 광전류 흡수를 향상시키기 위해서는 광 관리가 중요합니다. 이 논문에서 TiO2로 채워진 나노홀 어레이 하단 셀 설계에 도입되었습니다. 유한 차분 시간 영역 방법을 통해 300~1100nm 범위의 흡수 효율과 광전류
