Traitement de surface TiO2 efficace à l'aide de Cs2CO3 pour les cellules solaires Sb2S3 de type planaire traitées en solution

Contexte

Récemment, de nombreux chalcogénures métalliques inorganiques à base d'éléments abondants en terre tels que le séléniure de cuivre zinc-étain (CZTS), le sulfure de plomb (PbS), le sulfure de cuivre (I) (Cu₂ S), sulfure d'étain (SnS) et sulfure d'antimoine (Sb₂ S₃ ) ont été étudiés en tant que matériaux absorbants dans des cellules solaires à couche mince à faible coût afin de remplacer les principaux absorbeurs traitables en solution tels que le séléniure de cuivre, d'indium et de gallium (CIGS) et le tellurure de cadmium (CdTe) [1]. Cependant, l'utilisation du CZTS et du PbS dans l'industrie présente de graves inconvénients, car le CZTS utilise l'hydrazine toxique et nocive (N₂ H₄ ) et nécessite le contrôle complexe de plusieurs composés [2] et PbS contient du Pb, qui est également toxique et dangereux. Autres matériaux potentiels tels que Cu₂ Le S et le SnS ont des rendements relativement faibles par rapport à ceux du CIGS et du CdTe. Sb₂ S₃ , cependant, a attiré l'attention en tant que matériau candidat en raison de sa bande interdite appropriée (~ 1.65 eV) et de son coefficient d'absorption élevé (> 10 ⁵ cm ⁻¹ ) pour une absorption efficace de la lumière, une constante diélectrique élevée pour la dissociation des excitons et un bon alignement des bandes avec diverses couches de transport de trous (HTL) pour un transfert efficace des porteurs de charge, en plus de sa rentabilité, sa faible toxicité et son excellente stabilité dans l'air [3,4, 5,6].

Il existe deux types de Sb₂ S₃ cellules solaires basées sur les structures de l'appareil :cellule solaire sensibilisée ou cellule solaire de type planaire. Les cellules solaires sensibilisées proviennent de cellules solaires à colorant (DSSC) et ont un oxyde d'étain dopé F (FTO)/TiO compact₂ (c-TiO₂ )/TiO mésoporeux₂ (m-TiO₂ )/Sb₂ S₃ Structure /HTL/Au, tandis que les cellules solaires de type plan ont un FTO/c-TiO₂ /Sb₂ S₃ /HTL/Au structure [7].

En termes d'efficacité de l'appareil, sensibilisé Sb₂ S₃ les cellules solaires ont une valeur plus élevée que les types planaires en raison de leur surface interfaciale absorbant la lumière améliorée grâce au m-TiO₂ structure. Le facteur qui décide des performances des cellules solaires sensibilisées est leur qualité d'interface à l'intérieur de l'appareil où se produisent la séparation et le transfert des porteurs de charge. Par conséquent, un effort important a été consacré à l'optimisation des propriétés interfaciales, y compris celles du m-TiO₂ /Sb₂ S₃ interface, Sb₂ S₃ /HTL et le matériel HTL lui-même [8]. Divers types de matériaux HTL, tels que le 2,2′,7,7′-tétrakis[N,N-di(4-méthoxyphényl)amine]-9,9′-spirobifluorène (Spiro-OMeTAD) [9] ; CuSCN, un matériau inorganique de type p [10]; le poly(3-hexylthiophène) (P3HT), un polymère conducteur [11]; et poly(2,6-(4,4-bis-(2-éthylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b,3,4-b′]dithiophène)-alt-4,7(2,1, 3-benzothiadiazole)) (PCPDTBT), un polymère conjugué récemment développé [12], ont été appliqués pour ajuster le Sb₂ S₃ Interface /HTL et propriétés de transport des trous conduisant à un facteur de remplissage (FF) élevé et à une densité de courant de court-circuit accrue (J _SC ).

Plusieurs études qui se concentrent sur l'amélioration du m-TiO₂ /Sb₂ S₃ les propriétés de l'interface ont également été signalées. Tsujimoto et al. modifié le m-TiO₂ surface en utilisant Mg ²⁺ , Ba ²⁺ , et Al ³⁺ , qui augmentent efficacement l'efficacité de conversion de puissance (PCE) de tous les Sb₂ inorganiques S₃ cellules solaires qui ont le FTO/c-TiO₂ /m-TiO₂ /Sb₂ S₃ Structure /CuSCN/Au [13]. Lan et al. m-TiO₂ dopé au Li utilisé pour améliorer les propriétés de transport des électrons et modifier le niveau d'énergie de Fermi [14]. Fukumoto et al. a rapporté le traitement de surface du Sb₂ S₃ Interface /HTL utilisant de l'acide 1-décylphosphonique (DPA), qui peut être attaché à la fois à un m-TiO₂ découvert surface et Sb₂ S₃ surface pour réduire la recombinaison et augmenter la tension en circuit ouvert (V _OC ) et FF [15].

Dans les cellules solaires de type plan, contrairement aux cellules sensibilisées, le transport des porteurs de charge dépend de la mobilité des porteurs et de la longueur de diffusion dans le Sb₂ S₃ couche, qui sont fortement corrélées avec la morphologie, la taille des grains et la cristallinité de la couche. Par conséquent, la plupart des recherches sur les cellules solaires de type planaire se sont concentrées sur l'amélioration du Sb₂ S₃ qualité de film mince pour obtenir une grande taille de grain et une cristallinité élevée en utilisant diverses techniques de dépôt. Par exemple, le dépôt de bain chimique conventionnel (CBD) [16], l'évaporation thermique (TE) [17], l'évaporation thermique rapide (RTE) [18, 19], le dépôt de couche atomique (ALD) [20] et le revêtement d'encre à nanoparticules [ 21] ont été appliqués pour fabriquer Sb₂ S₃ Films minces. Récemment, Wang et al. ont rapporté une approche chimique rapide (FCA) qui peut être utilisée pour générer de très grandes tailles de grains via un processus de revêtement par centrifugation en une étape et un processus de recuit ultérieur utilisant une solution de précurseur métal-organique à base d'acide butyldithiocarbamique (BDCA) [22]. De nombreux types d'oxydes ou d'hydroxydes métalliques peuvent être dissous dans le BDCA, qui est relativement non toxique, peu coûteux et thermiquement dégradable, et peut être facilement synthétisé via la réaction de la 1-butylamine (CH₃ (CH₂ )₃ NH₂ ) et le sulfure de carbone (CS₂ ) [23].

Bien que les cellules solaires sensibilisées aient un PCE plus élevé (3 à 7,5 %) que celles de type plan (2,5 à 5,8 %), leur structure de dispositif et leur processus de fabrication sont compliqués. De plus, ils contiennent un degré élevé de défauts d'interface. Un Sb₂ de type planaire S₃ dispositif aurait plus de potentiel pour une utilisation dans des cellules solaires à l'échelle industrielle avec un rendement élevé et un faible coût, car il est conceptuellement plus simple et plus facile à mettre à l'échelle et il est hautement reproductible [24, 25].

Ici, nous rapportons le traitement de surface d'un c-TiO₂ couche en utilisant Cs₂ CO₃ solution pour améliorer les performances des Sb₂ de type planaire S₃ cellules solaires. Le Sb₂ S₃ couche a été déposée via un simple processus de revêtement par centrifugation FCA pour obtenir une grande taille de grain, ce qui a été précédemment rapporté par Wang et al.

Cs₂ CO₃ a été largement étudié pour une application dans le photovoltaïque organique (OPV) [26,27,28], les dispositifs électroluminescents organiques (OLED) [29] et les cellules solaires à pérovskite (PSC) [30, 31] pour améliorer le transport des électrons en raison de sa propriété de fonction de faible travail. Bien que Cs₂ CO₃ est généralement décomposé à 550–600°C, Liao et al. a signalé que Cs₂ CO₃ peut être décomposé en oxyde de césium à faible travail d'extraction via un processus de recuit thermique à basse température (150–170 °C) [26]. Cependant, à notre connaissance, il n'existe aucune étude sur l'application de Cs₂ CO₃ à Sb₂ S₃ cellules solaires.

Traitement de surface au Cs₂ CO₃ peut non seulement réduire la barrière énergétique en modifiant le travail de sortie de c-TiO₂ , mais aussi réduire la résistance série de l'appareil en diminuant la rugosité de surface du c-TiO₂ . Le traitement a permis d'améliorer les paramètres de l'appareil tels que le V _OC , J _SC , et FF, et le PCE est passé de 2,83 à 3,97 %. Nous pensons que ce traitement de surface du c-TiO₂ en utilisant Cs₂ CO₃ solution peut fournir un moyen simple et efficace d'améliorer les performances de l'appareil dans les cellules solaires à chalcogénure de métal inorganique de type plan.

Méthodes/Expérimental

Matériaux utilisés et synthèse du complexe Sb

Oxyde d'antimoine (III) (Sb₂ O₃ , 99,99 %), CS₂ (> 99,9%), n-butylamine (CH₃ (CH₂ )₃ NH₂ , n-BA, 99,5 %, carbonate de césium (Cs₂ CO₃ , 99,9%), 2-méthoxyéthanol (CH₃ LCO₂ CH₂ OH, 99,8%), l'isopropoxyde de titane (IV) (Ti(OCH(CH₃ )₂ )₄ , TTIP, 97 %), poly(3-hexylthiophène) (P3HT, Mw 50–70K, régiorégularité 91–94 %, Rieke Metals), 1,2-dichlorobenzène (o-DCB, 99 %) et éthanol (CH3 CH₂ OH, anhydre) ont été achetés auprès de Sigma-Aldrich Co. et ont été utilisés tels quels sans autre purification.

Le complexe Sb a été synthétisé selon une méthode rapportée [22]. Sb₂ O₃ (1,0 mmol) a été mélangé avec une solution d'éthanol (2,0 mL) et de CS₂ (1.5 mL) sous agitation magnétique à température ambiante. Ensuite, de la n-butylamine (2,0 mL) a été ajoutée lentement à la solution sous agitation continue pendant au moins 30 min pour obtenir une solution homogène de butyldithiocarbamates d'antimoine (Sb(S₂ CNHC₄ H₉ )₃ ). Ensuite, 2 mL de cette solution ont été dilués avec 1 mL d'éthanol pour former le complexe Sb.

Fabrication d'appareils

Le Sb₂ de type planaire S₃ les cellules solaires de cette étude ont une structure typique de FTO/c-TiO₂ /Sb₂ S₃ /P3HT/Au, où P3HT est utilisé comme HTL. Le c-TiO₂ La couche a été déposée sur une surface FTO nettoyée par centrifugation d'une solution mélangée de 2 mL de TTIP, 60 mL d'éthanol, 0,225 mL d'eau distillée et 0,03 mL de HNO₃ à 3000 tr/min pendant 30 s, suivi d'un recuit à 500 °C pendant 60 min dans l'air.

Pour la modification de surface à l'aide de Cs₂ CO₃ , Cs₂ CO₃ dissous dans un CH₃ LCO₂ CH₂ Une solution d'OH avec certaines concentrations (1, 3, 5 et 10 mg/mL) a été appliquée par centrifugation sur un c-TiO₂ traité aux UV-ozone pendant 10 minutes couche à 6000 rpm pendant 45 s. Les films ont ensuite été traités thermiquement à 150 °C pendant 10 min avant le Sb₂ S₃ couche a été enduite par centrifugation.

Pour les Sb₂ S₃ films minces, la solution complexe de Sb a été déposée par centrifugation à une vitesse de 6000 rpm pendant 30  s, après quoi les films ont été recuits sur un N₂ -plaque chauffante purgée à 200 °C pendant 1 min et 350°C pendant 2 min.

La solution de P3HT (10 mg dans 1 mL d'o-DCB) a été déposée par centrifugation sur le Sb₂ S₃ /c-TiO₂ Substrat /FTO à une vitesse de 3000 rpm pendant 60 s, qui a ensuite été chauffé sur une plaque chauffante à 100 °C pendant 30 min à l'air. Enfin, la contre-électrode Au a été déposée à l'aide d'un évaporateur thermique sous une pression de 5,0 × 10 ⁻⁶ Torr. Chaque appareil avait une surface active de 0,16 cm ² .

Mesure et analyse

La surface et les sections transversales du Sb₂ S₃ les films minces ont été caractérisés par microscopie électronique à balayage à émission de champ (FE-SEM, S-4800, Hitachi). La morphologie de surface a été étudiée par microscopie à force atomique (AFM, Park NX10, Park Systems). Les propriétés optiques du c-TiO₂ ont été déterminés à l'aide d'un UV-Vis (Lambda 750, Perkin Elmer). Le courant densité-tension (J –V ) les caractéristiques ont été déterminées à l'aide d'un système de mesure de cellules solaires spécialisé équipé d'un électromètre (modèle 2400, Keithley) et d'un simulateur solaire (91192, Newport) avec une lampe à arc au xénon de 1 kW (Oriel). L'intensité lumineuse a été ajustée à un soleil (100 mW/cm ² ) dans des conditions d'irradiation solaire AM 1.5G à l'aide d'un compteur d'énergie rayonnante (modèle 70260, Oriel). La résistance série (R _S ) et la résistance shunt (R _SH ) ont été calculés à partir de la pente du J correspondant –V courbes au-delà de V _OC et J _SC , respectivement. L'efficacité quantique externe (EQE) a été mesurée par un système de mesure d'efficacité quantique QuantX-300 (Newport) équipé d'une lampe au xénon de 100  W. Les informations structurelles de FTO/c-TiO₂ (/Cs₂ CO₃ ) l'échantillon a été caractérisé par un système polyvalent de diffraction des rayons X (XRD) (Empyrean, PANalytical) avec θ -2θ mode à une vitesse de balayage de 0,05°/sec. L'état électronique et le niveau d'énergie ont été analysés en utilisant la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) et la spectroscopie photoélectronique ultraviolette (UPS) dans un environnement à ultravide (ESCALAB 250Xi, Thermo Scientific). Les spectres UPS et XPS ont été obtenus en utilisant respectivement la raie He I (hν = 21,2 eV) et la source de rayonnement Al Kα (hν = 1486.6 eV). Le profilage de profondeur XPS a été obtenu en utilisant Ar ⁺ -pistolet à ions cluster et taux de gravure de 1 Å/sec.

Résultats et discussion

La figure 1a montre un schéma de la structure de l'appareil. La couche inférieure est composée de c-TiO₂ couches sur un substrat de verre/FTO agissant comme transporteur d'électrons. La lumière est absorbée par le Sb₂ S₃ couche, tandis que les trous sont transportés par le P3HT HTL et collectés à la contre-électrode Au.

un Schéma de la structure de l'appareil de type planaire Sb₂ S₃ cellules solaires. b Sb₂ S₃ procédé de fabrication de couches minces utilisant la méthode FCA

Le Sb₂ S₃ couche absorbante a été déposée via le FCA en utilisant le précurseur du complexe Sb pour réaliser de très grandes tailles de grains. Le précurseur a été décomposé thermiquement à l'état amorphe à 200 °C pendant 1 min et à l'état cristallin à 350 °C pendant 2 min (Fig. 1b). L'image SEM illustrée à la Fig. 2 indique une très grande taille de grain, qui est presque la même que le Sb₂ S₃ la morphologie du film mince rapportée par Wang et al. [22].

un Vue de dessus et b images SEM en coupe de Sb₂ S₃ couche absorbante après recuit à 350°C pendant 2 min

L'efficacité du type planaire Sb₂ S₃ la cellule solaire a été améliorée via un traitement de surface avec Cs₂ CO₃ du c-TiO₂ couche.

Les propriétés de l'appareil basées sur la concentration de Cs₂ CO₃ solution ont été effectuées pour déterminer le Cs₂ optimal CO₃ concentration. La figure 3a et le tableau 1 montrent le J –V caractéristiques des appareils utilisant différentes concentrations de Cs₂ CO₃ solution sous éclairage AM 1.5G (100 mW/cm ² ). Lorsque la concentration est trop faible (1 mg/mL), il y a un problème de couverture totale du c-TiO₂ surface avec Cs₂ CO₃ . Cependant, s'il est trop élevé (5 et 10 mg/mL), il agit comme un matériau diélectrique, entraînant une augmentation de la résistance série et une diminution de l'efficacité du dispositif. La concentration optimale de Cs₂ CO₃ s'est avéré être de 3 mg/mL. (Ci-après, "avec Cs₂ CO₃ traitement » désigne un traitement utilisant une concentration de 3 mg/mL de Cs₂ CO₃ sauf indication contraire.)

un Densité de courant-tension (J –V ) caractéristiques et b Spectres EQE de type planaire Sb₂ S₃ cellules solaires avec et sans Cs₂ CO₃ traitement du c-TiO₂

En conséquence, l'appareil avait un PCE de 2,83%, V _OC de 0.549 V, J _SC de 10,71 mA/cm ² , et FF de 48,14 % avant le traitement. Cependant, après le traitement avec une solution à 3 mg/mL, tous ces paramètres ont augmenté de manière significative, c'est-à-dire jusqu'à un V _OC de 0.596 V, J _SC de 11,71 mA/cm ² , et FF de 56,89 %, conduisant à un PCE de 3,97 %. Ce traitement a entraîné une amélioration d'environ 40 % du PCE. L'EQE plus élevé sur toute la gamme du spectre, comme illustré à la Fig. 3b, indique que la lumière est convertie plus efficacement en courant, ce qui entraîne une augmentation de J _SC par ce Cs₂ CO₃ traitement. A partir des spectres EQE, on peut également voir que le début de l'EQE à 750 nm correspond bien à une bande interdite de 1,65 eV pour Sb₂ S₃ couche et une diminution de l'EQE de 500 à 650  nm est attribuée à l'absorption de la couche P3HT HTL.

Nous avons mesuré les modèles XRD du c-TiO₂ sur des substrats en verre FTO avec et sans Cs₂ CO₃ traitement pour déterminer si Cs₂ CO₃ a des effets sur la cristallisation du c-TiO₂ couche et/ou la formation d'une nouvelle phase secondaire par des espèces diffuses apparentées au Cs. Il n'y a eu aucun changement dans le pic XRD après Cs₂ CO₃ comme le montre la figure 4. Cela indique que le Cs₂ CO₃ le traitement a peu d'effet sur la structure cristalline du c-TiO₂ et ne crée pas non plus une nouvelle phase. De plus, il n'y avait aucune preuve d'une phase décomposée liée au Cs (oxyde de césium, sous-oxyde de césium ou élément Cs) après traitement thermique du Cs₂ CO₃ , ce qui signifie que l'épaisseur du Cs₂ CO₃ est très mince. Comme le montre la figure 5d, l'épaisseur des espèces liées au Cs était d'environ 2 à 3  nm, ce qui a été déterminé par l'analyse du profil de profondeur XPS pour l'échantillon de FTO/c-TiO₂ /Cs₂ CO₃ (3 mg/mL). L'épaisseur mesurée de Cs₂ CO₃ (2~3 nm) est en bon accord avec l'analyse AFM, qui montre une rugosité de surface améliorée grâce à Cs₂ CO₃ traitement de 9,89 à 8,03  nm (voir Fig. 6a).

Modèles XRD du c-TiO₂ sur des substrats en verre FTO avec et sans Cs₂ CO₃ traitement

Spectres XPS de a scan d'enquête et pic 3d Cs, b Ti 2p pic, c O 1 s pic pour c-TiO₂ surface avec et sans Cs₂ CO₃ traitement, et d profil de profondeur pour Cs pic 3d pour FTO/c-TiO₂ /Cs₂ CO₃ échantillon pour déterminer l'épaisseur de la couche liée au Cs

un Images AFM (2 μm × 2 μm) de la morphologie de la surface et b Spectres d'absorption et de transmission UV-Vis du c-TiO₂ avec et sans Cs₂ CO₃ traitement

Nous avons étudié l'état de surface du c-TiO₂ couche à l'aide de mesures XPS. Les spectres XPS de la Fig. 5 montrent que le balayage d'enquête et le balayage de pic 3D de Cs indiquent clairement l'existence de Cs sur le c-TiO₂ surface. Les pics Ti 2p et O 1 s ont été déplacés vers des énergies de liaison plus faibles en raison du Cs₂ CO₃ traitement, ce qui indique que le Cs₂ CO₃ le traitement a affecté la structure électronique du c-TiO₂ couche. L'apparition d'un léger épaulement à ~ 531 eV dans le spectre O 1 s pourrait être attribuée à l'oxyde de césium généré à partir de Cs₂ CO₃ décomposition par recuit à 150 °C, qui a un faible travail d'extraction [26].

Les images AFM de la Fig. 6a révèlent une différence dans la morphologie de surface du c-TiO₂ couche avant et après Cs₂ CO₃ traitement. La surface est devenue plus lisse et la rugosité quadratique moyenne (Rg) a diminué de 9,89 à 8,03  nm après traitement. Cette surface lisse était utile pour augmenter le contact physique entre le c-TiO₂ (/Cs₂ CO₃ ) et la couche Sb₂ S₃ couche, entraînant une diminution du R _S valeur à partir de 11,14 Ω cm ² (sans Cs₂ CO₃ ) à 8,82 Ω cm ² (avec Cs₂ CO₃ ) (voir tableau 1). Le R diminué _S peut avoir contribué à augmenter le FF de 48,14 à 56,89 % [5].

Les spectres de transmittance UV-Vis du c-TiO₂ films avec et sans Cs₂ CO₃ sont illustrés à la Fig. 6b. La figure montre qu'il y a peu de changement dans la transmittance optique entre les longueurs d'onde de 300 et 800  nm, ce qui confirme que Cs₂ CO₃ le traitement a un effet négligeable sur l'intensité de la lumière atteignant le Sb₂ S₃ couche.

UPS a été utilisé pour déterminer le changement dans la fonction de travail du c-TiO₂ couche avant et après Cs₂ CO₃ traitement pour étudier l'effet de Cs₂ CO₃ sur V _OC . Les résultats sont présentés sur la figure 7a. La fonction de travail de c-TiO₂ diminue de 0.3 eV après Cs₂ CO₃ traitement. Cs₂ CO₃ est largement utilisé comme matériau de transport d'électrons efficace dans de nombreux dispositifs optoélectroniques par le biais d'un processus d'évaporation thermique ou de solution. Cependant, l'analyse précise du mécanisme de transport des électrons et le type d'espèces décomposées liées au Cs qui sont responsables de la propriété de transport des électrons sont encore incertaines et controversées. Parmi les rapports précédents sur les Cs₂ traités par solution CO₃ , Liao et al. a montré que Cs₂ CO₃ peut être décomposé en faible travail d'extraction, semi-conducteur dopé sous forme de Cs₂ O dopé au Cs₂ O₂ après recuit thermique à 150°C en utilisant l'analyse XPS [26]. Cette forme d'oxyde de césium dopé peut agir comme un semi-conducteur de type n avec un travail de sortie intrinsèquement faible, ce qui pourrait contribuer à la réduction du travail de sortie de c-TiO₂ dans notre système. De plus, il n'y a eu aucun changement dans le début de l'absorption, comme le montre la figure 6b, indiquant peu de changement dans la bande interdite optique du c-TiO₂ après le traitement.

un Spectres UPS de c-TiO₂ , b diagramme de niveau d'énergie, et c principe de fonctionnement proposé de type planaire Sb₂ S₃ cellules solaires avec et sans Cs₂ CO₃ traitement

Le diagramme de bande d'énergie de la Fig. 7b montre que le niveau d'énergie de la bande de conduction de c-TiO₂ déplacé vers une énergie inférieure de 0,3 eV. Ce changement conduit non seulement à une amélioration du V _OC en raison d'une augmentation du potentiel intégré (V _BI ) à l'intérieur des appareils, mais aussi un J accru _SC en raison de l'alignement du niveau d'énergie entre c-TiO₂ et Sb₂ S₃ pour réduire la barrière de transport de charge à l'interface. Le principe de fonctionnement proposé est illustré à la Fig. 7c. En circuit ouvert, la bande de conduction décalée du c-TiO₂ couche par Cs₂ CO₃ le traitement entraîne une augmentation du V_BI , ce qui contribue à l'amélioration du V _OC . Dans le même temps, l'augmentation du V_BI entraîne une plus grande flexion de la bande d'énergie du Sb₂ S₃ couche dans des conditions de court-circuit, et ainsi les électrons photogénérés peuvent se déplacer rapidement vers le c-TiO₂ couche. Ce transport rapide des électrons est attribué à l'augmentation du J _SC et FF. Ainsi, le Cs₂ CO₃ traitement sur c-TiO₂ couche pourrait augmenter à la fois V _OC et J _SC simultanément, conduisant au PCE amélioré. Par conséquent, Cs₂ CO₃ est un matériau prometteur pour le c-TiO₂ modification de la surface car elle améliore les performances de l'appareil en modifiant la fonction de travail et en améliorant les propriétés de transport des électrons.

Conclusions

Cs₂ CO₃ s'est avéré être un modificateur de surface efficace pour améliorer la capacité de transport de charge du c-TiO₂ couche de transport d'électrons (ETL) pour Sb₂ de type plan S₃ cellules solaires. Les données UPS montrent que Cs₂ CO₃ le traitement peut déplacer la fonction de travail de c-TiO₂ vers le haut, augmentant éventuellement le potentiel intégré de l'appareil et réduisant la barrière énergétique pour le transport de charge. Le c-TiO₂ la surface est devenue plus lisse après Cs₂ CO₃ traitement, entraînant un contact physique accru avec le Sb₂ S₃ absorbeur. Les performances des cellules solaires ont été considérablement améliorées dans tous les paramètres simultanément, y compris V _OC , J _SC , et FF. Cela s'est traduit par une augmentation du PCE de 2,83 à 3,97 %, soit une augmentation de près de 40 %. Cette étude montre que le traitement de surface utilisant des composés inorganiques tels que Cs₂ CO₃ jouera un rôle important dans le développement de Sb₂ de type planaire hautement efficace S₃ cellules solaires.

Abréviations

AFM :

Microscopie à force atomique

c-TiO₂ :

TiO compact₂

EQE :

Efficacité quantique externe

ETL :

Couches de transport d'électrons

FCA :

Approche chimique rapide

FF :

Facteur de remplissage

FTO :

Oxyde d'étain dopé au fluor

HTL :

Couches de transport de trous

J _SC :

Densité de courant de court-circuit

J –V :

Densité de courant–tension

m-TiO₂ :

TiO mésoporeux₂

P3HT :

Poly(3-hexylthiophène)

PCE :

Efficacité de conversion de puissance

R _S :

Résistance série

R _SH :

Résistance shunt

SEM :

Microscopie électronique à balayage

UPS :

Spectroscopie de photoélectrons ultraviolets

UV-Vis :

Spectromètre ultraviolet-visible

V _BI :

Potentiel intégré

V _OC :

Tension en circuit ouvert

XPS :

Spectroscopie photoélectronique aux rayons X

XRD :

Diffraction des rayons X