본 연구에서는 폴리올 공법으로 제작된 다양한 입자 크기와 농도의 Ag 나노입자를 TiO2 페로브스카이트 태양 전지의 전력 변환 효율을 향상시키기 위한 콤팩트한 필름. 얻어진 결과는 TiO2에 포함된 Ag 나노 입자가 조밀한 필름은 TiO2의 결정 구조에 영향을 미치지 않습니다. , Ag 나노 입자의 크기는 페로브스카이트 재료의 광 흡수 용량에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 그러나 페로브스카이트 전지의 흡수강도와 전력변환효율은 Ag 나노입자의 크기가 커질수록 감소하였다. Ag 나노입자의 양 또한 페로브스카이트 태양전지의 성능에 중요한 요소이며, 콤팩트층의 Ag 나노입자는 직경 10nm를 측정하도록 최적화되었으며, 1.5%의 몰비(Ag:Ti =1.5mol)로 매립되었습니다. %). 탄소를 상대 전극으로 사용하는 정공 도체가 없는 페로브스카이트 태양 전지와 비교하여 컴팩트 필름에 Ag 나노 입자가 포함되지 않은 경우 본 연구에서 개발된 전지의 향상된 효율은 주로 전하 이동 가속화, 전하 재결합 감소 및 가시 영역에서 페로브스카이트 물질의 향상된 광 흡수.
<섹션 데이터-제목="배경">최근 몇 년 동안 화석 에너지의 점진적인 고갈과 함께 지속 가능한 새로운 에너지원의 탐색이 중요한 과제가 되었습니다. 유망한 대안으로 페로브스카이트 태양 전지(PSC)는 독특한 광기전 특성으로 인해 큰 관심을 끌고 있습니다[1,2,3,4,5]. PSC의 전력 변환 효율(PCE)은 시간이 지남에 따라 3.8%에서 22.1%로 크게 향상되었습니다[6,7,8]. 유기 금속 할로겐화물 페로브스카이트는 높은 캐리어 이동도, 긴 전하 확산 및 큰 흡수 계수를 갖는 직접 밴드갭 물질이다[9,10,11,12]. 이러한 우수한 특성으로 인해 태양 전지에서 이상적인 광활성 물질이 됩니다[4, 13,14,15,16].
메조포러스 층의 존재는 메조포러스 구조와 평면 구조의 차이를 결정합니다. 일반적으로 메조포러스 구조는 박막 증착을 지원하기 위해 계면 접촉 면적을 증가시키고 전하 추출 및 전하 이동을 향상시키기 때문에 고효율 PSC 장치에 적용됩니다[17,18,19]. 메조포러스 구조의 일반적인 PSC는 불소 도핑된 산화주석(FTO) 전도층, 콤팩트층, 메조포러스층, 페로브스카이트층, 정공 수송층 및 상대 전극층으로 구성됩니다. 일반적으로 TiO2 전자 수송층으로 자주 사용되었습니다. 그러나 Al2와 같은 다른 재료는 O3 , SnO2 , 및 ZnO도 PSC 장치에서 광양극으로 사용되었습니다[20,21,22,23,24,25]. 사실 TiO2 나노 입자는 전자 전달에 지배적인 역할을 하기 때문에 TiO2 현재 PSC 장치에 사용하기 위해 선호되는 재료입니다. 가시광선 조사에서 PSC 소자의 페로브스카이트 층에서 전자-정공 쌍이 생성된 후 전자는 별도로 전자 수송층(ETL)으로 이동하고 정공은 정공 수송층으로 이동한다[26]. ETL은 두 개의 서로 다른 층, 즉 메조포러스 층과 콤팩트 층을 포함합니다. 조밀한 층은 FTO 전도성 유리의 표면에서 만날 때 전자와 정공의 재결합을 방지할 수 있기 때문에 정공 차단 층으로도 알려져 있습니다[1, 20, 27, 28, 29]. 따라서 놀라울 정도로 높은 캐리어 이동도 특성과 우수한 전기 전도성을 가진 고품질 컴팩트 필름은 PSC 장치의 효율성에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 조밀한 층/메조다공성 층/페로브스카이트 층 계면에서 캐리어 재결합이 감소되고 전자 주입이 가속화될 수 있다. 최근 몇 년간의 연구에 따르면 PSC 소자의 PCE를 향상시키기 위해 플라즈몬 나노입자의 적용이 가능하다는 것이 입증되었다[29, 30]. 표면 플라즈몬 공명 효과가 있는 금속 나노 입자는 광 흡수층의 효과적인 가시광 흡수를 증가시킬 수 있으며[29,30,31], 이는 유기 태양 전지 및 유기 태양 전지와 같은 다양한 종류의 태양 전지에 금속 플라즈몬 나노 입자를 적용함으로써 입증되었습니다 실리콘 태양 전지 [32, 33]. 따라서 동일한 방법을 사용하여 PSC 장치의 PCE를 개선할 수 있습니다. 표면 플라즈몬은 Ag 및 Au와 같은 귀금속 나노입자에 의해 국소화될 수 있습니다. LSPR(Localized Surface Plasmon Resonance)의 여기는 입사 가시광선의 주파수가 공명 피크와 일치할 때 실현될 수 있으며, 이는 선택적 광소광 및 표면에 가까운 전자기장의 향상과 같은 고유한 광학적 특성으로 이어집니다. 금속 나노입자[34]. 따라서 LSPR의 광학적 특성을 활용하여 PSC 소자의 효율과 광전류가 향상됩니다.
우리가 아는 한, TiO2에 포함된 Ag 나노입자(Ag NP)의 효과 PSC 장치의 효율성에 대한 컴팩트 필름은 철저히 조사되지 않았습니다. 또한, 지난 몇 년 동안 많은 연구가 플라즈몬 PSC 및 유기 태양광에 초점을 맞추었지만 [35,36,37,38,39,40], Ag/TiO2 나노 입자 복합체는 광촉매 및 염료 감응 태양 전지(DSSC)에 사용하기 위해 지난 수십 년 동안 광범위하게 조사되었습니다. 귀금속 NP는 인상적인 산란 효과와 강력한 국부 표면 플라즈몬 공명(LSPR)을 가지고 있습니다. 이러한 특성은 DSSC의 광전류를 향상시키고 광촉매 용량을 향상시킬 수 있습니다[41,42,43,44,45,46,47,48]. 이전 작업에서 Ag 증착 TiO2 합성물, TiO2 나노튜브 어레이 및 희토류 이온 도핑 나노물질이 DSSC 및 PSC에 적용되었습니다[49,50,51,52,53]. 이 작업에서 다양한 크기와 농도의 Ag 나노입자로 콜로이드를 준비하고 TiO2 PSC의 성능을 향상시키는 컴팩트 레이어. 결과는 컴팩트 필름에 Ag NP가 존재하면 가시광선 조사에서 PSC 장치의 흡수를 증가시킬 수 있음을 보여주었습니다. 이것은 Ag NP 없이 구축된 유사한 장치와 비교하여 Ag NP의 LSPR 특성으로 인해 더 많은 광 생성 캐리어를 형성하게 합니다. 또한 TiO2에서 Ag NP의 최적화된 크기와 농도 전구체는 각각 약 10nm 및 1.5mol%로 PSC 장치의 가장 높은 전력 변환 효율을 유도할 수 있습니다.
크기 조절된 Ag 나노입자의 제조를 위해 다양한 접근법이 개발되었습니다[38, 54,55,56]. 이 연구에서는 쉽게 사용할 수 있는 화학 물질과 제어 가능한 프로토콜 때문에 다양한 크기의 Ag NP를 제조하는 화학적 방법을 선택했습니다. 직경이 10nm인 Ag NP의 경우 폴리비닐피롤리돈(PVP, K30) 0.75g을 에틸렌 글리콜 50ml에 용해했습니다. PVP 용액을 120°C까지 가열한 후 질산은 0.25g(AgNO3 ) 에틸렌 글리콜 25ml에 녹인 용액을 적가하고 이 온도에서 1시간 동안 반응시켰다. 밝은 갈색 콜로이드 용액이 형성되었으며 이는 Ag NP의 형성을 의미합니다. 크기가 30nm인 Ag NP의 경우 1.5g의 PVP를 20ml의 에틸렌 글리콜에 첨가하여 완전히 용해시키고 120°C까지 가열한 다음 AgNO3 0.25g을 가열합니다. 에틸렌글리콜 10ml에 녹인 용액을 가열된 용액에 적가하고 이 온도에서 1시간 동안 반응시켰다. 1시간 반응 후 용액의 색은 갈색이었다. 크기가 40nm인 Ag NP의 경우 1.5g의 PVP를 20ml의 에틸렌 글리콜에 첨가하여 완전히 용해시키고 120°C까지 가열한 다음 AgNO3 0.15g을 가열합니다. 에틸렌글리콜 10ml에 녹인 용액을 가열된 용액에 적가하고 이 온도에서 1시간 동안 반응시켰다. 1시간 반응 후 용액의 색은 갈색이었다. 55nm의 Ag NP의 경우 기본 절차와 원료의 양은 30nm Ag NP에 사용된 것과 동일하지만 더 큰 Ag NP를 형성하기 위해 가열 온도는 150°C입니다. 30분 반응 후 용액은 점차적으로 암갈색으로 변하였다. 상온으로 식힌 후 모든 용액을 탈이온수, 에탄올, 아세톤 순으로 세척한 후 진공 건조 오븐에서 50℃에서 밤새 건조하였다. 따라서 4가지 다른 크기의 Ag NP가 얻어졌습니다.
TiO2 조밀한 전구체 용액은 19 ml의 에탄올에 1 ml의 티타늄 디이소프로폭사이드 비스(75%, Sigma-Aldrich, USA)를 첨가하여 제조되었습니다. 다양한 크기와 농도의 Ag NP를 포함하는 전구체를 제조하기 위해 TiO2에 Ag NP의 양을 다르게 첨가했습니다. Ag 대 Ti의 다양한 몰비, 즉 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5mol%를 얻기 위해 전구체를 사용하고 실온에서 1시간 동안 교반하여 균일한 전구체 용액을 형성합니다. 메조다공성 층의 전구체 ZrO2 또는 TiO2 콜로이드 용액을 에탄올에 1:5의 질량비로 첨가하고 실온에서 12시간 동안 교반하였다.
유리/FTO 기판은 초음파 상자에서 순서대로 탈이온수(세제 포함), 아세톤, 이소프로판올 및 에탄올로 사전 세척되었습니다. PSC 장치의 제작을 위해 TiO2 Ag NP의 크기가 다른 졸-겔 전구체를 먼저 투명 전극에 4000rpm에서 20초 동안 스핀 코팅한 다음 150°C에서 약 10분 동안 가열했습니다. 위와 같은 과정을 반복하여 500°C에서 30분간 열처리하여 최종 성형된 콤팩트 필름을 제작하였다. 동일한 방법을 사용하여 깨끗한 TiO2를 제작했습니다. 금속 NP가 없는 콤팩트한 필름. 그런 다음, 조밀한 필름이 있는 기판을 TiCl4 수용액에 담그었습니다. TiO2 최적화를 위해 70°C에서 30분, 150°C에서 약 10분 동안 가열 컴팩트 레이어.
메조다공성 TiO2 층은 TiO2의 스핀 코팅을 통해 컴팩트 필름 위에 증착되었습니다. 콜로이드 용액을 3500rpm에서 20초 동안 가열한 다음 150°C에서 10분간 가열하고 500°C에서 30분간 어닐링하여 아나타제 TiO2를 생성합니다. 메조포러스층. ZrO2를 채택한 것으로 나타났습니다. PSC의 안정성을 향상시킬 수 있습니다[57]. 여기에 ZrO2를 추가로 사용했습니다. 아나타제 TiO2의 스핀 코팅용 콜로이드 용액 메조포러스 필름 및 얻어진 ZrO2 필름을 500°C에서 30분 동안 소결했습니다. 기질을 실온으로 냉각시킨 후, FA0.4 MA0.6 PbI3 1000rpm에서 10초, 4000rpm에서 30초 동안 전구체 용액을 스핀 코팅하여 페로브스카이트 층을 형성했습니다. 페로브스카이트 전구체 솔루션(FA0.4 MA0.6 PbI3 ) 462mg PbI2 함유 , 95.4mg의 요오드화메틸암모늄(CH3) NH3 I, 99.99%) 및 68.8mg의 포름아미디늄 요오다이드(HN=CHNH3) I, 99.99%), 600mg N에 용해 ,N -디메틸포름아미드 및 78mg의 디메틸 설폭사이드. 이전 보고서[58]에 따르면 페로브스카이트 전구체의 스핀 코팅 동안 1ml의 디에틸 에테르를 균일하게 첨가하여 안정적인 페로브스카이트 필름을 형성한 다음 100°C에서 10분 동안 가열했습니다. PSC 장치는 탄소 상대 전극(30μm)을 스크린 인쇄로 제작한 다음 100°C에서 30분 동안 어닐링하여 얻은 것입니다.
전계방출 주사전자현미경(Zeiss Ultra Plus, Germany)과 투과전자현미경(TEM; JEM-2100F, Japan)을 사용하여 PSC 소자의 단면과 Ag 나노입자 및 콤팩트의 표면 형태를 조사하였다. 영화. Ag 및 TiO2의 결정 구조 나노입자는 X-ray diffractometer(XRD; MAX-RB RU-200B, Japan)로 얻었다. 조밀한 층 샘플의 표면은 X선 광전자 분광법(XPS; ESCALAB 250Xi, Thermo Fisher Scientific)으로 측정하였다. 전류 밀도-전압(J -V ) PSC의 곡선은 100mW/cm 2 에서 AM 1.5G 조명 하에서 태양광 시뮬레이터(Oriel Sol3A, Newport Corporation, USA)로 테스트되었습니다. 강함. 흡수 스펙트럼은 자외선-가시광선 분광법(UV-vis; Shimadzu, Japan)으로 측정하였다. 입사 광자-전자 변환 효율(IPCE, Newport Corporation, USA)을 사용하여 PSC 장치의 양자 효율을 조사했습니다.
구형 NP의 경우 크기가 입사광의 파장보다 훨씬 작은 경우 준 정적 근사를 사용하여 LSPR 속성을 설명할 수 있습니다. Mie 이론에 따르면 준 정적 근사를 적용하면 구형 NP의 반경이 증가함에 따라 산란이 주도적인 역할을 하고 소멸 강도는 주로 산란에 의해 결정됩니다. 또한, 구형 나노입자의 반경이 감소할 때 흡수는 소광 강도에 점진적으로 영향을 미칩니다[59]. 그러나 소광 강도는 구형 NP의 전하 트랩 상태 및 주변 매질의 유전 상수와도 관련이 있습니다. 따라서 멸종 강도에 대한 추가 연구가 필요합니다.
그림 1은 TiO2의 XRD 패턴을 보여줍니다. 및 Ag 함유 TiO2 . 모든 XRD 곡선이 아나타제 TiO2에 기인한 강한 피크를 가지고 있음이 분명합니다. TiO2의 결정 구조를 나타내는 표준 아나타제 PDF 카드로 Ag를 첨가해도 거의 변하지 않는다. 실제로 Ag의 농도가 낮고 약 2θ에서 일치하는 피크로 인해 Ag의 피크를 직접 관찰할 수 없습니다. =38°.
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TiO2의 XRD 스펙트럼 및 Ag 포함 TiO2
TiO2의 화학 원소를 조사하기 위해 복합 컴팩트 필름, XPS는 TiO2에 포함된 Ag NP의 화학적 결합 에너지를 탐색하는 데 사용되었습니다. 조밀한 필름에 있는 화합물. 그림 2a는 복합 콤팩트 필름을 사용한 Ag 3d의 전자 결합 에너지를 보여줍니다. Ag 3d5/2의 피크 및 Ag 3d3/2 Ag 0 의 표준 결합 에너지와 일치하는 368.3 및 374.3 eV에 위치했습니다. [42, 43]. 이는 조밀한 필름의 Ag 원소가 화학 반응 없이 단순한 물질 형태로 존재했음을 의미한다. 그림 2b, c는 소형 층에 Ag NP가 통합된 PSC 장치의 장치 구조와 단면 이미지를 보여줍니다. 실제로 ZrO2의 크기는 및 TiO2 약 20nm와 거의 동일합니다. 따라서 ZrO2 간의 인터페이스 및 TiO2 식별하기 쉽지 않습니다.
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아 Ag/TiO2의 Ag 3d XPS 스펙트럼 합성물. ㄴ Ag/TiO2의 소자 구조 페로브스카이트 태양전지. ㄷ Ag/TiO2의 단면 FE-SEM 이미지 페로브스카이트 태양전지. d 사진 생성 캐리어 분리 및 이동의 개략도(회색, 파란색 및 노란색 원은 아나타제 TiO2를 나타냄) , Ag 및 페로브스카이트 나노입자)
Ag의 분포는 SEM 이미징을 통해 정확하게 구별할 수 없기 때문에 TEM 이미지를 사용하여 Ag NP와 Ag/TiO의 크기를 평가했습니다.2 복합 컴팩트 필름. 다양한 크기의 Ag NP와 Ag/TiO2를 보여주는 TEM 이미지 합성물은 그림 3에 나와 있습니다. 그림 3a-d는 10nm(그림 3a), 30nm(그림 3b), 40nm(그림 3c) 크기의 Ag NP의 다양한 구조와 크기 분포 결과를 보여줍니다. , 및 55 nm(그림 3d)는 폴리올 방법으로 제조되었습니다. 위의 그림에서 볼 수 있듯이 개별 Ag NP의 크기는 거의 변화가 없었고 Ag NP의 균일한 크기는 쉽게 구별할 수 있었습니다. 그림 3f는 Ag/TiO2 확대 이미지를 보여줍니다. 그림 3e의 점선 영역에서 컴팩트 필름의 복합 재료. Ag NP는 TiO2로 둘러싸여 있습니다. Ag/TiO2 형성용 Ag 및 TiO2의 합성물 및 격자 무늬 NP는 그림 3f의 점선 영역에서 약 2.40 및 3.50Å이었습니다.
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a의 HRTEM 이미지 및 크기 분포 결과 10nm Ag NP, b 30nm Ag NP, c 40nm Ag NP 및 d 55nm Ag NP; e의 HRTEM 이미지 Ag/TiO2 복합 컴팩트 필름 및 f e의 점선 영역에서 확대된 이미지
그림 2e는 Ag/TiO2에서 광발생 캐리어 분리 및 이동의 개략도를 나타냅니다. ZrO2가 없는 가시광선 조사의 PSC 장치 층(빨간색 화살표는 전자 수송 경로를 나타내고 파란색 화살표는 정공 수송 경로를 나타냄). TiO2의 경우 Ag NP를 포함하는 소형 층에서 Ag NP는 전하 트랩 사이트로 작용할 수 있습니다. 이는 Ag NP의 전도대가 TiO2 사이에 있기 때문입니다. 및 페로브스카이트 재료[35]. 일반적으로 Ag의 LSPR은 유기 태양 전지와 페로브스카이트 태양 전지의 흡광도를 크게 향상시킬 수 있습니다[35, 36, 44, 45]. 따라서 다양한 크기와 농도의 Ag 나노입자를 사용하여 흡광도와 전하 트래핑을 관리하는 것은 광전류의 세기와 PSC 소자의 성능에 영향을 주어야 합니다.
그림 4a는 다양한 흡수 피크로 표시되는 다양한 크기의 수중 은 나노입자의 흡광도 스펙트럼을 나타냅니다. 10, 30, 40, 55nm Ag NP의 해당 흡수 피크는 각각 약 400, 410, 415, 420nm였습니다. 또한, Ag/TiO2의 UV-vis 흡수 스펙트럼은 다양한 크기와 농도의 Ag NP를 포함하는 복합 컴팩트 필름 및 전체 PSC 장치가 각각 그림 1 및 2에 나와 있습니다. 4 및 5. 그림 4b에서 볼 수 있듯이 Ag/TiO2에서 10nm Ag 나노입자의 흡광도 복합 컴팩트 필름은 다른 크기보다 높았고 흡광도는 Ag 나노입자의 크기에 반비례하여 변했습니다. 실제로, 그림 4c의 흡수 스펙트럼은 그림 4b에서 설명한 것과 동일한 경향을 따르며 Ag NP 크기가 증가함에 따라 감소합니다. 이것은 더 큰 Ag NP의 반사로 인한 증가된 광학 손실과 작은 크기의 Ag NP의 본질적으로 강한 LSPR 효과 때문일 수 있습니다. 선행 연구에 따르면 고귀한 정신 NP의 크기가 커질수록 LSPR 효과가 점차 감소하고 광산란이 더 우세해진다[37, 46, 47]. 따라서 LSPR 효과는 Ag NP가 상대적으로 작을 때 PSC 소자의 흡광도에 큰 영향을 미칩니다.
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a의 UV-vis 흡수 스펙트럼 다양한 크기의 Ag NP 샘플, b Ag/TiO2 다양한 크기의 Ag NP가 있는 샘플 및 c Ag/TiO2 다양한 크기의 Ag NP가 있는 PSC 장치 샘플
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a가 있는 소형 필름 및 전체 PSC 장치의 UV-vis 흡수 스펙트럼 , b 10nm Ag 나노입자; ㄷ , d 30nm Ag 나노입자; 이 , f 40nm Ag 나노입자; 및 g , h 55nm Ag NPs
그림 5a–h는 10, 30, 40 및 55nm Ag NP가 있는 소형 필름과 전체 PSC 장치의 UV-vis 흡수 스펙트럼을 보여줍니다. 관찰된 바와 같이, Ag 함량이 증가함에 따라 전체 가시 영역에서 압축 필름의 흡수가 점차적으로 향상되었습니다. 전체 PSC 소자의 흡수는 Ag 함량이 증가함에 따라 동일한 경향을 따랐다. 이 스펙트럼은 Ag/TiO2의 2.5mol% 함량을 집합적으로 나타냅니다. 모든 고유한 Ag NP 크기에서 가장 높은 흡수율을 보였으며 이는 LSPR 효과 때문입니다. Ag NPs의 함량이 증가함에 따라 LSPR 효과도 더 강해졌습니다. 나노 입자 크기는 빛 흡수 및 산란과 같은 소광 거동에서 중요한 역할을 합니다. 도 4와 도 5a, c, e, g를 비교하면, 10-, 30-, 40-, 55nm Ag NP의 플라즈몬 흡수 피크는 Ag NP가 TiO2 TiO2의 더 큰 굴절률에 기인하는 조밀한 층 물과 비교[48]. 사실 TiO2 NP는 이 파장 영역에서 상대적으로 높은 흡수를 갖는다. Ag NPs의 LSPR 효과는 빛을 조사할 때마다 발생하지만 350nm보다 짧은 파장 영역에서 흡수는 빛 흡수의 포화로 이어지는 페로브스카이트 재료의 높은 소광 계수로 인해 큰 증가를 보이지 않습니다. 페로브스카이트 물질의 흡광도는 약 400nm의 단파장 영역에서 강하고 600~800nm의 장파장 영역에서 상대적으로 약하다. Ag NP의 LSPR 효과로 인해 전체 PSC 장치의 흡광도가 크게 향상됩니다. 더욱이, Ag 나노입자는 페로브스카이트 물질의 흡수 외에, Ag 나노입자의 크기가 작을 때 주로 Ag 나노입자의 LSPR에 기인할 수 있는 가시광선 영역(380~780 nm)에서의 광흡수를 향상시킨다. ~ 100nm보다 [46].
측정된 J -V Ag NPs의 크기와 함량이 다른 PSC 장치의 성능을 나타내는 곡선이 그림 6에 나와 있습니다. 그림 7은 2차원 다이어그램과 PCE, 단락 전류 밀도(J sc ), 개방 회로 전압(V oc ) 및 Ag/TiO2의 충전율(FF) Ag NP의 함량과 크기가 다른 PSC 장치. 실제로 Ag 나노입자가 없는 장치와 비교하여 Ag 나노입자의 크기와 Ag 함량이 다른 장치는 V에서 거의 차이를 보이지 않았습니다. oc . 10, 30, 40, 55nm의 Ag NP 크기의 경우 J sc Ag/TiO2의 PSC 기기는 모두 Ag NP가 없는 기기보다 높았습니다(20.38mA cm −2 ), 해당 값은 약 23.02, 23.7, 22.46 및 22.1mA cm −2 입니다. , 각각. 개선된 J sc Ag/TiO2의 PSC 장치는 LSPR에 의한 페로브스카이트 재료 흡수 향상에 기인할 수 있습니다. 따라서 Ag NPs의 통합은 페로브스카이트 재료의 흡수 강도를 향상시켜 PSC 장치의 PCE를 향상시킬 수 있습니다. 동일한 함량의 Ag NP에 대해 Ag NP의 크기가 증가함에 따라 PCE는 점차 감소합니다. 더 큰 Ag NP의 반사 및 흡수로 인한 증가된 광학 손실은 페로브스카이트 재료의 광 흡수를 감소시킵니다. 그림 7의 표를 기반으로 Ag/TiO2의 PCE PSC 장치는 Ag NP의 크기에 반비례하며 1.5mol% Ag/TiO2 10nm Ag NP를 사용한 PSC 장치의 평균 PCE는 12.01%(10개 PSC 장치 중)이고 가장 높은 PCE는 13.26%입니다. 10nm의 Ag NP 크기의 경우 J sc 1.5mol% Ag/TiO2 중 PSC 장치는 2mol% Ag/TiO2의 장치보다 약간 낮았습니다. PSC 기기이지만 1.5mol% Ag/TiO2 PSC 장치는 10nm Ag/TiO2의 다른 모든 함량과 비교할 때 가장 높은 FF를 나타냈습니다. PSC 장치. 그러나 Ag NP 함량이 증가함에 따라 Ag/TiO의 PCE2 다양한 크기의 Ag NP를 갖는 PSC 장치는 점진적으로 감소했는데, 이는 Ag NP의 전하 트래핑 사이트로 인해 PSC의 성능을 저하시키기 때문입니다. 사실, Ag NP는 페로브스카이트 재료에 의해 생성된 전자를 포획하는 것으로 간주되며 TiO2 사이의 에너지 준위가 다르기 때문에 전하 이동을 방해할 수 있습니다. 및 Ag NP[60]. 따라서 광산란과 LSPR의 결합된 효과는 Ag/TiO2의 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. PSC 장치.
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제 -V a의 다양한 크기의 Ag NP의 함량이 다른 PSC 장치의 곡선 10nm, b 30nm, c 40nm 및 d 55nm
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2차원 히스토그램 및 a의 해당 테이블 PCE, b 제 sc , ㄷ 전압 및 d Ag NP의 크기와 함량이 다른 PSC 장치의 FF
그림 8은 Ag NP가 있거나 없는 PSC 기기의 IPCE 곡선을 나타냅니다. 10nm Ag NP가 있는 PSC 장치는 그림 8a에 표시된 것처럼 가시 영역에서 가장 높은 IPCE 향상을 보였습니다. 또한 Ag NP의 크기가 10nm보다 클 때 낮은 향상 값을 관찰할 수 있습니다. 일반적으로 Ag NP가 있는 PSC 장치는 Ag NP가 없는 샘플에 비해 더 높은 IPCE 향상 값을 가졌는데, 이는 주로 Ag NP의 LSPR에 의한 흡수 향상 때문입니다. 그림 8b–e에서 1.5mol% Ag/TiO2의 IPCE 향상 값이 관찰될 수 있습니다. PSC 장치는 모든 Ag NP 크기에서 가장 높았습니다. 또한, PSC 장치의 IPCE 향상 값은 Ag 함량이 증가함에 따라 점진적으로 감소했는데, 이는 Ag NP에 대한 전하 트래핑 및 PCE를 낮추는 전자 수송의 열화로 인한 것일 수 있습니다. 마지막으로, IPCE는 TiO2 사이의 장벽에 의해 전하가 포획되는 Ag NP로의 전자 이동에 의해 감소됩니다. 및 Ag NP.
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a가 있는 PSC 기기의 IPCE 스펙트럼(380~800nm) 다양한 크기의 Ag NP, b 10nm Ag NP의 다른 함량, c 30nm Ag NP의 다른 함량, d 40nm Ag NP의 다양한 함량 및 e 55nm Ag NP의 다양한 함량
이 기사에서는 폴리올 방법을 사용하여 다양한 크기의 Ag NP를 준비하고 PSC 장치에 대한 Ag NP의 크기와 함량의 영향을 조사했습니다. 가시 영역에서 PSC 장치의 흡수 향상은 주로 Ag NP의 LSPR에 기인합니다. Ag NPs의 크기와 함량이 증가함에 따라 두 TiO2의 흡수 강도 콤팩트 필름과 PSC 소자는 각각 점차 감소하고 증가하였다. Ag NP의 추가로 전하 수송 능력이 증가하고 결과적으로 PSC 장치의 성능이 향상됩니다. 또한, Ag 나노입자의 크기와 양이 작은 PSC 소자는 PCE와 IPCE 값이 더 높게 나타났다. 특히, 10nm Ag NP와 1.5mol% Ag/TiO2를 포함하는 PSC 장치 콤팩트 필름이 13.26%로 가장 높은 PCE를 나타냈다. 이러한 결과는 성능을 향상시키기 위해 PSC 장치에 다양한 크기와 함량의 Ag NP를 도입하는 데 참고할 수 있습니다.
나노물질
초록 지난 20년 동안 양자점 감응 태양 전지(QDSSC)의 전력 변환 효율(PCE)을 향상시키기 위한 많은 노력에도 불구하고 QDSSC의 효율은 여전히 이론적인 값에 한참 뒤떨어져 있습니다. PCE를 개선하기 위한 현재의 접근 방식은 주로 QD의 밴드갭을 조정하여 광 수확을 확장하고 구성 요소 부품의 인터페이스를 최적화하는 데 중점을 둡니다. 여기에서는 이중 광양극 설계의 QDSSC에 집광형 태양 전지(CPV) 개념을 통합하여 새로운 태양 전지 아키텍처를 제안합니다. Cu2 S 메쉬는 상대 전극으로 사용되며 두 개의 광양극
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
