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Tratamiento de superficie de TiO2 eficiente con Cs2CO3 para células solares Sb2S3 de tipo plano procesadas en solución

Resumen

Presentamos un método de tratamiento de superficies altamente efectivo para Sb 2 de tipo plano S 3 células solares empleando un Cs 2 CO 3 -TiO compacto modificado 2 (c-TiO 2 ) capa de transporte de electrones. Se encuentra que el tratamiento superficial con Cs 2 CO 3 La solución puede cambiar la función de trabajo de c-TiO 2 hacia arriba y reducir su rugosidad superficial. Como resultado, en comparación con la eficiencia de conversión de energía de las células solares sin tratar, la de las células solares tratadas con un vidrio / FTO / c-TiO 2 (/ Cs 2 CO 3 ) / Sb 2 S 3 / La estructura de P3HT / Au mejoró significativamente de 2,83 a 3,97%. Este estudio demuestra que la introducción de Cs 2 CO 3 en un c-TiO 2 layer es una forma simple y eficiente de ajustar la función de trabajo de la capa de transporte de electrones y fabricar Sb 2 de tipo plano de alto rendimiento S 3 células solares.

Antecedentes

Recientemente, muchos calcogenuros de metales inorgánicos basados ​​en elementos abundantes en la tierra, como seleniuro de cobre, zinc y estaño (CZTS), sulfuro de plomo (PbS), sulfuro de cobre (I) (Cu 2 S), sulfuro de estaño (SnS) y sulfuro de antimonio (Sb 2 S 3 ) se han investigado como materiales absorbentes en células solares de película fina de bajo coste para sustituir a los absorbentes procesables en solución convencionales, como el seleniuro de cobre, indio, galio (CIGS) y el telururo de cadmio (CdTe) [1]. Sin embargo, el uso de CZTS y PbS en la industria tiene serios inconvenientes, porque CZTS usa la hidracina tóxica y dañina (N 2 H 4 ) y requiere el control complejo de compuestos múltiples [2] y PbS contiene Pb, que también es tóxico y peligroso. Otros materiales potenciales como Cu 2 S y SnS tienen eficiencias relativamente bajas en comparación con las de CIGS y CdTe. Sb 2 S 3 , sin embargo, ha atraído la atención como material candidato debido a su banda prohibida adecuada (~ 1,65 eV) y su alto coeficiente de absorción (> 10 5 cm −1 ) para una absorción de luz eficiente, alta constante dieléctrica para la disociación de excitones y una buena alineación de la banda con varias capas de transporte de huecos (HTL) para una transferencia de portador de carga eficiente, además de su rentabilidad, baja toxicidad y excelente estabilidad del aire [3,4, 5,6].

Hay dos tipos de Sb 2 S 3 células solares basadas en las estructuras del dispositivo:célula solar sensibilizada o célula solar de tipo plano. Las células solares sensibilizadas se originaron a partir de células solares sensibilizadas con colorante (DSSC) y tienen un óxido de estaño dopado con F (FTO) / TiO compacto 2 (c-TiO 2 ) / mesoporoso TiO 2 (m-TiO 2 ) / Sb 2 S 3 / HTL / Au, mientras que las células solares de tipo plano tienen un FTO / c-TiO 2 / Sb 2 S 3 / Estructura HTL / Au [7].

En términos de eficiencia del dispositivo, Sb 2 sensibilizado S 3 Las células solares tienen un valor más alto que los tipos planos debido a su área interfacial de absorción de luz mejorada debido al m-TiO 2 estructura. El factor que decide el rendimiento de las células solares sensibilizadas es la calidad de su interfaz dentro del dispositivo donde se produce la separación y transferencia del portador de carga. Por lo tanto, se ha dedicado un esfuerzo significativo a la optimización de las propiedades interfaciales, incluidas las del m-TiO 2 / Sb 2 S 3 interfaz, Sb 2 S 3 / Interfaz HTL y el propio material HTL [8]. Diversos tipos de materiales HTL, tales como 2,2 ', 7,7'-tetraquis [N, N-di (4-metoxifenil) amina] -9,9'-espirobifluoreno (Spiro-OMeTAD) [9]; CuSCN, un material inorgánico de tipo p [10]; poli (3-hexiltiofeno) (P3HT), un polímero conductor [11]; y poli (2,6- (4,4-bis- (2-etilhexil) -4H-ciclopenta [2,1-b, 3,4-b '] ditiofeno) -alt-4,7 (2,1, 3-benzotiadiazol)) (PCPDTBT), un polímero conjugado desarrollado recientemente [12], se ha aplicado para ajustar el Sb 2 S 3 / HTL interfaz y propiedades de transporte de agujeros que conducen a un alto factor de llenado (FF) y una mayor densidad de corriente de cortocircuito ( J SC ).

Varios estudios que se centran en la mejora del m-TiO 2 / Sb 2 S 3 También se han informado las propiedades de la interfaz. Tsujimoto y col. modificó el m-TiO 2 superficie usando Mg 2+ , Ba 2+ y Al 3+ , que aumentan efectivamente la eficiencia de conversión de energía (PCE) de todos los Sb 2 inorgánicos S 3 células solares que tienen el FTO / c-TiO 2 / m-TiO 2 / Sb 2 S 3 / Estructura CuSCN / Au [13]. Lan y col. usó m-TiO dopado con Li 2 para mejorar las propiedades de transporte de electrones y cambiar el nivel de energía de Fermi [14]. Fukumoto y col. informó el tratamiento superficial del Sb 2 S 3 / HTL utilizando ácido 1-decilfosfónico (DPA), que se puede unir tanto a un m-TiO 2 descubierto superficie y Sb 2 S 3 superficie para reducir la recombinación y aumentar el voltaje de circuito abierto ( V OC ) y FF [15].

En las células solares de tipo plano, a diferencia de las sensibilizadas, el transporte del portador de carga depende de la movilidad del portador y la longitud de difusión dentro del Sb 2 S 3 capa, que están fuertemente correlacionados con la morfología, tamaño de grano y cristalinidad de la capa. Por lo tanto, la mayor parte de la investigación sobre células solares de tipo plano se ha centrado en mejorar el Sb 2 S 3 calidad de película fina para lograr un gran tamaño de grano y una alta cristalinidad mediante el uso de varias técnicas de deposición. Por ejemplo, deposición en baño químico convencional (CBD) [16], evaporación térmica (TE) [17], evaporación térmica rápida (RTE) [18, 19], deposición de capa atómica (ALD) [20] y recubrimiento de tinta con nanopartículas [ 21] se han aplicado para fabricar Sb 2 S 3 Peliculas delgadas. Recientemente, Wang et al. informaron de un enfoque químico rápido (FCA) que se puede utilizar para generar tamaños de grano muy grandes mediante un proceso de recubrimiento por centrifugación en un solo paso y un proceso de recocido posterior utilizando una solución de precursor organometálico a base de ácido butilditiocarbámico (BDCA) [22]. Se pueden disolver muchos tipos de óxidos o hidróxidos metálicos en BDCA, que es relativamente no tóxico, económico y térmicamente degradable, y se puede sintetizar fácilmente mediante la reacción de 1-butilamina (CH 3 (CH 2 ) 3 NH 2 ) y disulfuro de carbono (CS 2 ) [23].

Aunque las células solares sensibilizadas tienen un PCE más alto (3–7,5%) que las de tipo plano (2,5–5,8%), la estructura de su dispositivo y el proceso de fabricación son complicados. Además, contienen un alto grado de defectos de interfaz. Un Sb 2 de tipo plano S 3 El dispositivo tendría más potencial para su uso en células solares a escala industrial con una alta eficiencia y bajo costo, porque es conceptualmente más simple y más fácil de escalar y es altamente reproducible [24, 25].

Aquí, informamos el tratamiento superficial de un c-TiO 2 capa usando Cs 2 CO 3 solución para mejorar el rendimiento de Sb 2 de tipo plano S 3 células solares. El Sb 2 S 3 La capa se depositó mediante un simple proceso de recubrimiento por rotación FCA para obtener un gran tamaño de grano, que fue informado previamente por Wang et al.

Cs 2 CO 3 ha sido ampliamente estudiado para su aplicación en energía fotovoltaica orgánica (OPV) [26,27,28], dispositivos emisores de luz orgánicos (OLED) [29] y células solares de perovskita (PSC) [30, 31] para mejorar el transporte de electrones debido a su propiedad de función de trabajo bajo. Aunque Cs 2 CO 3 generalmente se descompone a 550–600 ° C, Liao et al. informó que Cs 2 CO 3 puede descomponerse en óxido de cesio de baja función de trabajo mediante un proceso de recocido térmico a baja temperatura (150-170 ° C) [26]. Sin embargo, hasta donde sabemos, no existe ningún estudio sobre la aplicación de Cs 2 CO 3 a Sb 2 S 3 células solares.

Tratamiento superficial con Cs 2 CO 3 no solo puede reducir la barrera de energía cambiando la función de trabajo de c-TiO 2 , pero también reduce la resistencia en serie del dispositivo al reducir la rugosidad de la superficie de c-TiO 2 . El tratamiento dio como resultado parámetros mejorados del dispositivo, como V OC , J SC y FF, y el PCE pasó del 2,83 al 3,97%. Creemos que este tratamiento superficial de c-TiO 2 usando Cs 2 CO 3 La solución puede proporcionar una forma sencilla y eficaz de mejorar el rendimiento del dispositivo en células solares de calcogenuro metálico inorgánico de tipo plano.

Métodos / Experimental

Materiales utilizados y síntesis del complejo Sb

Óxido de antimonio (III) (Sb 2 O 3 , 99,99%), CS 2 (> 99,9%), n-butilamina (CH 3 (CH 2 ) 3 NH 2 , n-BA, 99,5%), carbonato de cesio (Cs 2 CO 3 , 99,9%), 2-metoxietanol (CH 3 OCH 2 CH 2 OH, 99,8%), isopropóxido de titanio (IV) (Ti (OCH (CH 3 ) 2 ) 4 , TTIP, 97%), poli (3-hexiltiofeno) (P3HT, Mw 50-70K, regioregularidad 91-94%, Rieke Metals), 1,2-diclorobenceno (o-DCB, 99%) y etanol (CH 3 CH 2 OH, anhidro) se adquirieron de Sigma-Aldrich Co. y se utilizaron tal como se recibieron sin purificación adicional.

El complejo Sb se sintetizó de acuerdo con un método informado [22]. Sb 2 O 3 (1,0 mmol) se mezcló con una solución de etanol (2,0 ml) y CS 2 (1,5 mL) con agitación magnética a temperatura ambiente. Luego, se agregó n-butilamina (2.0 mL) a la solución lentamente bajo agitación continua durante al menos 30 min para obtener una solución homogénea de butilditiocarbamatos de antimonio (Sb (S 2 CNHC 4 H 9 ) 3 ). Posteriormente, 2 mL de esta solución se diluyeron con 1 mL de etanol para formar el complejo Sb.

Fabricación de dispositivos

El Sb 2 de tipo plano S 3 Las células solares de este estudio tienen una estructura típica de FTO / c-TiO 2 / Sb 2 S 3 / P3HT / Au, donde P3HT se emplea como HTL. El c-TiO 2 La capa se depositó sobre una superficie limpia de FTO revistiendo por rotación una solución mixta de 2 ml de TTIP, 60 ml de etanol, 0,225 ml de agua destilada y 0,03 ml de HNO 3 a 3000 rpm durante 30 s, seguido de recocido a 500 ° C durante 60 min en aire.

Para modificar la superficie usando Cs 2 CO 3 , Cs 2 CO 3 disuelto en un CH 3 OCH 2 CH 2 Se revistió por centrifugación una solución de OH con ciertas concentraciones (1, 3, 5 y 10 mg / ml) en un c-TiO 2 tratado con ozono UV durante 10 minutos capa a 6000 rpm durante 45 s. Luego, las películas se trataron térmicamente a 150 ° C durante 10 minutos antes de que el Sb 2 S 3 capa fue recubierta por centrifugación.

Para el Sb 2 S 3 películas delgadas, la solución de complejo de Sb se revistió por rotación a una velocidad de 6000 rpm durante 30 s, después de lo cual las películas se recocieron en un N 2 -placa caliente purgada a 200 ° C durante 1 min y 350 ° C durante 2 min.

La solución de P3HT (10 mg en 1 ml de o-DCB) se revistió por centrifugación en el Sb 2 S 3 / c-TiO 2 / FTO sustrato a una velocidad de 3000 rpm durante 60 s, que luego se calentó en una placa caliente a 100 ° C durante 30 min al aire. Finalmente, el contraelectrodo de Au se depositó mediante un evaporador térmico a una presión de 5,0 × 10 −6 Torr. Cada dispositivo tenía un área activa de 0,16 cm 2 .

Medición y análisis

La superficie y las secciones transversales del Sb 2 S 3 Las películas delgadas se caracterizaron mediante microscopía electrónica de barrido por emisión de campo (FE-SEM, S-4800, Hitachi). La morfología de la superficie se estudió mediante microscopía de fuerza atómica (AFM, Park NX10, Park Systems). Las propiedades ópticas de c-TiO 2 se determinaron usando un UV-Vis (Lambda 750, Perkin Elmer). La densidad de corriente-voltaje ( J - V ) se determinaron las características utilizando un sistema especializado de medición de células solares equipado con un electrómetro (modelo 2400, Keithley) y un simulador solar (91192, Newport) con una lámpara de arco de xenón de 1 kW (Oriel). La intensidad de la luz se ajustó a un sol (100 mW / cm 2 ) en condiciones de irradiación solar AM 1,5G utilizando un medidor de energía de potencia radiante (modelo 70260, Oriel). La resistencia en serie ( R S ) y resistencia de derivación ( R SH ) se calcularon a partir de la pendiente del J correspondiente - V curvas más allá de V OC y J SC , respectivamente. La eficiencia cuántica externa (EQE) se midió mediante un sistema de medición de eficiencia cuántica QuantX-300 (Newport) equipado con una lámpara de xenón de 100 W. La información estructural de FTO / c-TiO 2 (/ Cs 2 CO 3 ) muestra se caracterizó por un sistema de difracción de rayos X multipropósito (XRD) (Empyrean, PANalytical) con θ -2 θ modo a una velocidad de escaneo de 0.05 ° / seg. El estado electrónico y el nivel de energía se analizaron mediante espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) y espectroscopía de fotoelectrones ultravioleta (UPS) en un entorno de vacío ultra alto (ESCALAB 250Xi, Thermo Scientific). Los espectros UPS y XPS se obtuvieron utilizando la línea He I (hν =21,2 eV) y la fuente de radiación Al Kα (hν =1486,6 eV), respectivamente. El perfil de profundidad XPS se obtuvo usando Ar + -Pistola de iones en grupo y velocidad de grabado de 1 Å / seg.

Resultados y discusión

La figura 1a muestra un esquema de la estructura del dispositivo. La capa inferior está compuesta de c-TiO 2 capas sobre un sustrato de vidrio / FTO que actúa como transporte de electrones. La luz es absorbida por el Sb 2 S 3 capa, mientras que los orificios son transportados por el P3HT HTL y recogidos en el contraelectrodo de Au.

un Esquema de la estructura del dispositivo de tipo plano Sb 2 S 3 células solares. b Sb 2 S 3 proceso de fabricación de película delgada utilizando el método FCA

El Sb 2 S 3 La capa absorbente se depositó a través del FCA utilizando el precursor del complejo Sb para obtener tamaños de grano muy grandes. El precursor se descompuso térmicamente al estado amorfo a 200 ° C durante 1 min y al estado cristalino a 350 ° C durante 2 min (Fig. 1b). La imagen SEM que se muestra en la Fig.2 indica un tamaño de grano muy grande, que es casi el mismo que el Sb 2 S 3 morfología de película fina informada por Wang et al. [22].

un Vista superior y b Imágenes SEM transversales de Sb 2 S 3 capa absorbente después del recocido a 350 ° C durante 2 min

La eficiencia del Sb 2 de tipo plano S 3 la célula solar se mejoró mediante el tratamiento de la superficie con Cs 2 CO 3 del c-TiO 2 capa.

Las propiedades del dispositivo basadas en la concentración de Cs 2 CO 3 se realizaron soluciones para determinar el Cs 2 óptimo CO 3 concentración. La Figura 3a y la Tabla 1 muestran la J - V características de los dispositivos que utilizan diferentes concentraciones de Cs 2 CO 3 solución con iluminación AM 1,5G (100 mW / cm 2 ). Cuando la concentración es demasiado baja (1 mg / mL), hay un problema en la cobertura total del c-TiO 2 superficie con Cs 2 CO 3 . Sin embargo, si es demasiado alto (5 y 10 mg / mL), actúa como un material dieléctrico, resultando en un aumento de la resistencia en serie y una disminución en la eficiencia del dispositivo. La concentración óptima de Cs 2 CO 3 se encontró que era de 3 mg / ml. (En adelante, "con Cs 2 CO 3 tratamiento ”significa tratamiento con una concentración de 3 mg / ml de Cs 2 CO 3 a menos que se indique lo contrario.)

un Densidad de corriente-voltaje ( J - V ) características y b Espectros EQE de tipo plano Sb 2 S 3 células solares con y sin Cs 2 CO 3 tratamiento de c-TiO 2

Como resultado, el dispositivo tenía un PCE de 2,83%, V OC de 0,549 V, J SC de 10,71 mA / cm 2 y FF del 48,14% antes del tratamiento. Sin embargo, después del tratamiento con solución de 3 mg / mL, todos estos parámetros aumentaron significativamente, es decir, a un V OC de 0,596 V, J SC de 11,71 mA / cm 2 y FF del 56,89%, lo que lleva a un PCE del 3,97%. Este tratamiento resultó en una mejora de ~ 40% en el PCE. El EQE más alto en el rango de espectro completo, como se muestra en la Fig. 3b, indica que la luz se convierte de manera más eficiente en corriente, lo que aumenta en J SC por este Cs 2 CO 3 tratamiento. A partir de los espectros de EQE, también podemos ver que el inicio de EQE a 750 nm corresponde bien a una banda prohibida de 1,65 eV para Sb 2 S 3 capa y una disminución en EQE de 500 a 650 nm se atribuye a la absorción de la capa P3HT HTL.

Medimos los patrones de XRD del c-TiO 2 sobre sustratos de vidrio FTO con y sin Cs 2 CO 3 tratamiento para investigar si Cs 2 CO 3 tiene efectos sobre la cristalización del c-TiO 2 capa y / o la formación de una nueva fase secundaria por especies relacionadas con el Cs difuso. No hubo cambios en el pico de XRD después de Cs 2 CO 3 tratamiento como se muestra en la Fig. 4. Esto indica que el Cs 2 CO 3 el tratamiento tiene poco efecto sobre la estructura cristalina de c-TiO 2 y tampoco crea una nueva fase. Además, no hubo evidencia de una fase relacionada con Cs descompuesta (óxido de cesio, subóxido de cesio o elemento Cs) después del tratamiento térmico de Cs 2 CO 3 , lo que significa que el grosor de la Cs 2 CO 3 es muy delgada. Como se muestra en la Fig. 5d, el grosor de las especies relacionadas con Cs fue de aproximadamente 2 ~ 3 nm, que se determinó mediante el análisis del perfil de profundidad XPS para la muestra de FTO / c-TiO 2 / Cs 2 CO 3 (3 mg / mL). El espesor medido de Cs 2 CO 3 (2 ~ 3 nm) está de acuerdo con el análisis AFM, que muestra una rugosidad superficial mejorada a través de Cs 2 CO 3 tratamiento de 9,89 a 8,03 nm (ver Fig. 6a).

Patrones XRD del c-TiO 2 sobre sustratos de vidrio FTO con y sin Cs 2 CO 3 tratamiento

Espectros XPS de a escaneo de encuesta y pico Cs 3d, b Pico Ti 2p, c Pico de O 1 s para c-TiO 2 superficie con y sin Cs 2 CO 3 tratamiento y d perfil de profundidad para pico Cs 3d para FTO / c-TiO 2 / Cs 2 CO 3 muestra para determinar el grosor de la capa relacionada con Cs

un Imágenes AFM (2 μm × 2 μm) de la morfología de la superficie y b Espectros de absorción y transmisión UV-Vis de c-TiO 2 con y sin Cs 2 CO 3 tratamiento

Estudiamos el estado de la superficie del c-TiO 2 capa utilizando medidas XPS. Los espectros XPS en la Fig.5 muestran que tanto el escaneo de levantamiento como el escaneo de pico de Cs 3d indican claramente la existencia de Cs en el c-TiO 2 superficie. Los picos de Ti 2p y O 1 s se desplazaron a energías de enlace más bajas debido al Cs 2 CO 3 tratamiento, lo que indica que el Cs 2 CO 3 El tratamiento afectó la estructura electrónica del c-TiO 2 capa. La aparición de un ligero hombro a ~ 531 eV en el espectro de O 1 s podría atribuirse al óxido de cesio generado a partir de Cs 2 CO 3 descomposición mediante recocido a 150 ° C, que tiene una función de trabajo baja [26].

Las imágenes AFM en la Fig. 6a revelan una diferencia en la morfología de la superficie del c-TiO 2 capa antes y después de Cs 2 CO 3 tratamiento. La superficie se volvió más lisa y la rugosidad cuadrática media (Rg) disminuyó de 9,89 a 8,03 nm después del tratamiento. Esta superficie lisa fue útil para aumentar el contacto físico entre el c-TiO 2 (/ Cs 2 CO 3 ) y la capa Sb 2 S 3 capa, lo que lleva a una disminución de la R S valor de 11,14 Ω cm 2 (sin Cs 2 CO 3 ) hasta 8,82 Ω cm 2 (con Cs 2 CO 3 ) (ver Tabla 1). La R disminuida S puede haber contribuido a aumentar el FF del 48,14 al 56,89% [5].

Los espectros de transmitancia UV-Vis del c-TiO 2 películas con y sin Cs 2 CO 3 se muestran en la Fig. 6b. La figura muestra que hay pocos cambios en la transmitancia óptica entre longitudes de onda de 300 y 800 nm, lo que confirma que Cs 2 CO 3 El tratamiento tiene un efecto insignificante sobre la intensidad de la luz que llega al Sb 2 S 3 capa.

Se utilizó UPS para determinar el cambio en la función de trabajo del c-TiO 2 capa antes y después de Cs 2 CO 3 tratamiento para investigar el efecto de Cs 2 CO 3 en V OC . Los resultados se muestran en la Fig. 7a. La función de trabajo de c-TiO 2 disminuye en 0.3 eV después de Cs 2 CO 3 tratamiento. Cs 2 CO 3 se utiliza ampliamente como material de transporte de electrones eficiente en muchos dispositivos optoelectrónicos mediante evaporación térmica o proceso de solución. Sin embargo, el análisis preciso del mecanismo de transporte de electrones y el tipo de especies relacionadas con Cs descompuestas que son responsables de la propiedad de transporte de electrones aún son inciertas y controvertidas. Entre los informes anteriores sobre Cs 2 procesados ​​en solución CO 3 , Liao y col. mostró que Cs 2 CO 3 se puede descomponer en función de trabajo bajo, semiconductor dopado en forma de Cs 2 O dopado con Cs 2 O 2 después del recocido térmico a 150 ° C mediante análisis XPS [26]. Esta forma de óxido de cesio dopado puede actuar como un semiconductor de tipo n con una función de trabajo intrínsecamente baja, lo que podría contribuir a la reducción de la función de trabajo de c-TiO 2 en nuestro sistema. Además, no hubo cambios en el inicio de la absorción como se muestra en la Fig. 6b, lo que indica un pequeño cambio en la banda prohibida óptica del c-TiO 2 después del tratamiento.

un Espectros de UPS de c-TiO 2 , b diagrama de nivel de energía y c principio de funcionamiento propuesto de tipo plano Sb 2 S 3 células solares con y sin Cs 2 CO 3 tratamiento

El diagrama de bandas de energía en la Fig. 7b muestra que el nivel de energía de la banda de conducción de c-TiO 2 desplazado hacia una energía más baja en 0,3 eV. Este cambio conduce no solo a una V mejorada OC debido a un aumento en el potencial incorporado ( V BI ) dentro de los dispositivos, sino también un aumento de J SC debido a la alineación del nivel de energía entre c-TiO 2 y Sb 2 S 3 para reducir la barrera de transporte de carga en la interfaz. El principio de funcionamiento propuesto se ilustra en la Fig. 7c. En condición de circuito abierto, la banda de conducción desplazada del c-TiO 2 capa por Cs 2 CO 3 el tratamiento conduce a un aumento de V BI , que contribuye a la mejora de V OC . Al mismo tiempo, el aumento de V BI da como resultado la flexión de la banda de energía más grande del Sb 2 S 3 capa en condiciones de cortocircuito y, por lo tanto, los electrones fotogenerados pueden moverse rápidamente hacia el c-TiO 2 capa. Este rápido transporte de electrones se atribuye a causar el aumento de J SC y FF. Por lo tanto, la Cs 2 CO 3 tratamiento en c-TiO 2 capa podría aumentar tanto V OC y J SC simultáneamente, lo que lleva al PCE mejorado. Por lo tanto, Cs 2 CO 3 es un material prometedor para c-TiO 2 modificación de la superficie, ya que mejora el rendimiento del dispositivo al cambiar la función de trabajo y mejorar las propiedades de transporte de electrones.

Conclusiones

Cs 2 CO 3 se descubrió que es un modificador de superficie eficaz para mejorar la capacidad de transporte de carga del c-TiO 2 capa de transporte de electrones (ETL) para Sb 2 de tipo plano S 3 células solares. Los datos de UPS muestran que Cs 2 CO 3 El tratamiento puede cambiar la función de trabajo de c-TiO 2 hacia arriba, posiblemente aumentando el potencial incorporado del dispositivo y reduciendo la barrera de energía para el transporte de carga. El c-TiO 2 la superficie se volvió más suave después de Cs 2 CO 3 tratamiento, lo que resulta en un mayor contacto físico con el Sb 2 S 3 amortiguador. El rendimiento de la celda solar se mejoró significativamente en todos los parámetros simultáneamente, incluido V OC , J SC y FF. Esto resultó en un aumento en el PCE de 2,83 a 3,97%, casi un 40% de aumento. Este estudio muestra que el tratamiento de superficies con compuestos inorgánicos como Cs 2 CO 3 jugará un papel importante en el desarrollo de Sb 2 de tipo plano altamente eficiente S 3 células solares.

Abreviaturas

AFM:

Microscopía de fuerza atómica

c-TiO 2 :

TiO compacto 2

EQE:

Eficiencia cuántica externa

ETL:

Capas de transporte de electrones

FCA:

Enfoque químico rápido

FF:

Factor de relleno

FTO:

Óxido de estaño dopado con flúor

HTL:

Capas de transporte de agujeros

J SC :

Densidad de corriente de cortocircuito

J - V :

Densidad de corriente – voltaje

m-TiO 2 :

TiO 2 mesoporoso

P3HT:

Poli (3-hexiltiofeno)

PCE:

Eficiencia de conversión de energía

R S :

Resistencia en serie

R SH :

Resistencia de derivación

SEM:

Microscopía electrónica de barrido

UPS:

Espectroscopia de fotoelectrones ultravioleta

UV-Vis:

Espectrómetro ultravioleta visible

V BI :

Potencial incorporado

V OC :

Voltaje de circuito abierto

XPS:

Espectroscopia de fotoelectrones de rayos X

XRD:

Difracción de rayos X


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