Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tổng hợp tự lắp ghép PbI2(DMSO) phức bán tinh thể qua quá trình bay hơi: Một phương pháp dễ dàng để chế tạo pin mặt trời perovskite p-i-n phẳng hiệu quả và tái sản xuất
Tóm tắt
Các lớp hoạt tính chất lượng cao cho pin mặt trời perovskite hữu cơ vô cơ lai rất cần thiết để đạt được hiệu suất tối đa cho thiết bị. Tuy nhiên, các lớp hoạt tính perovskite trong pin mặt trời thường được chuẩn bị bằng những quy trình chưa tối ưu, dẫn đến các lớp chất lượng kém. Điều này thường xảy ra khi nghiên cứu tập trung vào các khía cạnh khác của thiết bị pin mặt trời, chẳng hạn như thiết kế và kiến trúc thiết bị, các lớp vận chuyển mang, điện cực, các lớp xen kẽ, v.v. Trong nghiên cứu này, phương pháp quay phủ một bước đã được sử dụng để chuẩn bị các phim phức hợp PbI2(DMSO) bán tinh thể qua sự tự lắp ghép do bay hơi. Những phim trung gian tối ưu hóa này sau đó được sử dụng để hình thành các phim perovskite methylammonium iodide (MAPbI3) đồng nhất có độ dày tối ưu (khoảng 400 nm) với bề mặt phủ đồng nhất, tinh thể tốt, độ tinh khiết cao, và kích thước hạt lên đến một micron, thông qua quá trình lắng đọng liên tiếp bao gồm sự trao đổi nội phân tử giữa phim phức hợp PbI2(DMSO) và một lớp methylammonium iodide (MAI) được lắng đọng ở phía trên. Chúng tôi phát hiện rằng với một số khoảng nồng độ MAI nhất định, việc hình thành các lớp hoạt tính perovskite chất lượng tối ưu là độc lập với nồng độ MAI, miễn là việc lắng đọng MAI diễn ra ở những tốc độ quay tương ứng cụ thể. Các pin mặt trời perovskite p-i-n phẳng bao gồm các lớp hoạt tính tối ưu đã được chế tạo, và chúng cho thấy hiện tượng trễ không đáng kể và hiệu suất chuyển đổi năng lượng tối đa (PCE) đạt 16,72%, mà không cần kỹ thuật điều chỉnh thành phần và bề mặt bổ sung. Những kết quả này cho thấy tầm quan trọng của một lớp hoạt tính perovskite tối ưu hóa để chế tạo một cách có thể tái sản xuất các thiết bị quang điện phẳng p-i-n hiệu quả cao. Thêm vào đó, sự đơn giản trong việc chuẩn bị phim phức PbI2(DMSO) và khả năng linh hoạt của việc lắng đọng MAI với phương pháp chế tạo này càng nâng cao tiềm năng của nguyên liệu này cho quy trình sản xuất quy mô lớn.
Từ khóa
#pin mặt trời #perovskite #PbI2(DMSO) #methylammonium iodide #hiệu suất chuyển đổi năng lượng #lắng đọng #tự lắp ghépTài liệu tham khảo
D.H. Cao, C.C. Stoumpos, O.K. Farha, J.T. Hupp, M.G. Kanatzidis, J. Am. Chem. Soc. 137, 7843–7850 (2015).
D.B. Mitzi, Chem. Mater. 8, 791–800 (1996).
D.B. Mitzi, K. Liang, Chem. Mater. 9, 2990–2995 (1997).
K. Liang, D.B. Mitzi, M.T. Prikas, Chem. Mater. 10, 403–411 (1998).
C.R. Kagan, D.B. Mitzi, C.D. Dimitrakopoulos, Science 286, 945–947 (1999).
Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, T. Miyasaka, J. Am. Chem. Soc. 131, 6050–6051 (2009).
I. Chung, B. Lee, J. He, R.P. Chang, M.G. Kanatzidis, Nature 485, 486–489 (2012).
H.-S. Kim, C.-R. Lee, J.-H. Im, K.-B. Lee, T. Moehl, A. Marchioro, S.-J. Moon, R. Humphry-Baker, J.-H. Yum, J.E. Moser, M. Grätzel, N.-G. Park, Sci. Rep. 2, 1–7 (2012).
M.M. Lee, J. Teuscher, T. Miyasaka, T.N. Murakami, H.J. Snaith, Science 338, 643–647 (2012).
NREL Efficiency Chart: (2017). Available at https://www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart.png (on 11 November 2017).
G.E. Eperon, S.D. Stranks, C. Menelaou, M.B. Johnston, L.M. Herz, H.J. Snaith, Energy Environ. Sci. 7, 982 (2014).
J.H. Noh, S.H. Im, J.H. Heo, T.N. Mandal, S. Il Seok, Nano Lett. 13, 1764–1769 (2013).
S.A. Kulkarni, T. Baikie, P.P. Boix, N. Yantara, N. Mathews, S. Mhaisalkar, J. Mater. Chem. A 2, 9221–9225 (2014).
B. Park, B. Philippe, S.M. Jain, X. Zhang, T. Edvinsson, H. Rensmo, B. Zietz, G. Boschloo, J. Mater. Chem. A 3, 21760–21771 (2015).
J.-H. Im, C.-R. Lee, J.-W. Lee, S.-W. Park, N.-G. Park, Nanoscale 3, 4088–4093 (2011).
G. Xing, N. Mathews, S. Sun, S.S. Lim, Y.M. Lam, M. Grätzel, S. Mhaisalkar, T.C. Sum, Science 342, 344–347 (2013).
S.D. Stranks, G.E. Eperon, G. Grancini, C. Menelaou, M.J.P. Alcocer, T. Leijtens, L.M. Herz, A. Petrozza, H.J. Snaith, Science 342, 341–344 (2013).
W. Nie, H. Tsai, R. Asadpour, J.-C. Blancon, A.J. Neukirch, G. Gupta, J.J. Crochet, M. Chhowalla, S. Tretiak, M.A. Alam, H. Wang, A.D. Mohite, Science 347, 522–525 (2015).
T. Song, Q. Chen, H.-P. Zhou, C. Jiang, H.-H. Wang, Y. Yang, Y. Liu, J. You, Y. Yang, J. Mater. Chem. A 3, 9032–9050 (2015).
N. Ahn, D.-Y. Son, I.-H. Jang, S.M. Kang, M. Choi, N.-G. Park, J. Am. Chem. Soc. 137, 8696–8699 (2015).
J.-H. Im, I.-H. Jang, N. Pellet, M. Grätzel, N.-G. Park, Nat. Nanotechnol. 9, 927–932 (2014).
J. Burschka, N. Pellet, S.-J. Moon, R. Humphry-Baker, P. Gao, M.K. Nazeeruddin, M. Grätzel, Nature 499, 316–319 (2013).
Q. Chen, H. Zhou, Z. Hong, S. Luo, H.-S. Duan, H.-H. Wang, Y. Liu, G. Li, Y. Yang, J. Am. Chem. Soc. 136, 622–625 (2014).
M. Liu, M.B. Johnston, H.J. Snaith, Nature 501, 395–398 (2013).
N.J. Jeon, J.H. Noh, Y.C. Kim, W.S. Yang, S. Ryu, S. Il Seok, Nat. Mater. 13, 897–903 (2014).
Z. Xiao, C. Bi, Y. Shao, Q. Dong, Q. Wang, Y. Yuan, C. Wang, Y. Gao, J. Huang, Energy Environ. Sci. 7, 2619 (2014).
Y. Wu, A. Islam, X. Yang, C. Qin, J. Liu, K. Zhang, W. Peng, L. Han, Energy Environ. Sci. 7, 2934–2938 (2014).
W. Li, J. Fan, J. Li, Y. Mai, L. Wang, J. Am. Chem. Soc. 137, 10399–10405 (2015).
C.-H. Chiang, Z.-L. Tseng, C.-G. Wu, J. Mater. Chem. A 2, 15897–15903 (2014).
W.S. Yang, J.H. Noh, N.J. Jeon, Y.C. Kim, S. Ryu, J. Seo, S. Il Seok, Science 348, 1234–1237 (2015).
Y. Jo, K.S. Oh, M. Kim, K. Kim, H. Lee, C. Lee, D.S. Kim, Adv. Mater. Interfaces 3, 1500768 (2016).
P. Docampo, J.M. Ball, M. Darwich, G.E. Eperon, H.J. Snaith, Nat. Commun. 4, 1–6 (2013).
J. You, Z. Hong, Y. Yang, Q. Chen, M. Cai, T. Song, C. Chen, S. Lu, Y. Liu, H. Zhou, Y. Yang, ACS Nano. 8, 1674–1680 (2014).
J.H. Heo, H.J. Han, D. Kim, T.K. Ahn, S.H. Im, Energy Environ. Sci. 8, 1602–1608 (2015).
C.-G. Wu, C.-H. Chiang, Z.-L. Tseng, M.K. Nazeeruddin, A. Hagfeldt, M. Grätzel, Energy Environ. Sci. 8, 2725–2733 (2015).
N.J. Jeon, J.H. Noh, W.S. Yang, Y.C. Kim, S. Ryu, J. Seo, S. Il Seok, Nature 517, 476– 480 (2015).
M. Bag, L.A. Renna, R.Y. Adhikari, S. Karak, F. Liu, P.M. Lahti, T.P. Russell, M.T. Tuominen, D. Venkataraman, J. Am. Chem. Soc. 137, 13130– 13137 (2015).
Q. Xue, Z. Hu, J. Liu, J. Lin, C. Sun, Z. Chen, C. Duan, J. Wang, C. Liao, W.M. Lau, F. Huang, H.-L. Yip, Y. Cao, J. Mater. Chem. A 2, 19598–19603 (2014).
H. Zhou, Q. Chen, G. Li, S. Luo, T. -b. Song, H.-S. Duan, Z. Hong, J. You, Y. Liu, Y. Yang, Science 345, 542–546 (2014).
J. Min, Z. Zhang, Y. Hou, C.O.R. Quiroz, T. Przybilla, C. Bronnbauer, F. Guo, K. Forberich, H. Azimi, T. Ameri, E. Spiecker, Y. Li, C.J. Brabec, Chem. Mater. 27, 227– 234 (2015).
Y. Liu, M. Bag, L.A. Renna, Z.A. Page, P. Kim, T. Emrick, D. Venkataraman, T.P. Russell, Adv. Energy Mater. 6, 1–7 (2016).