Синтез і дослідження властивостей плівок органо-неорганічних перовскітів безконтактними методами

Автор(и)

  • V.P. Kostylyov V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
  • A.V. Sachenko V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine https://orcid.org/0000-0003-0170-7625
  • V.M. Vlasiuk V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine https://orcid.org/0000-0001-6352-0423
  • I.O. Sokolovskyi V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine https://orcid.org/0000-0002-7072-6670
  • S.D. Kobylianska V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
  • P.V. Torchyniuk V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine
  • O.I. V’yunov V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine https://orcid.org/0000-0001-7420-2287
  • A.G. Belous V.I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine https://orcid.org/0000-0001-7808-3828

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe66.5.429

Ключові слова:

поверхнева фотонапруга, плiвка перовскiту, довжина дифузiї, передача спектрiв, ефект Урбаха

Анотація

В роботi наведено результати дослiдження фотоелектричних характеристик плiвок перовскiту CH3NH3PbI2.98Cl0.02, нанесених на скляну пiдкладинку методом spin-coating. З використанням рентгенiвських методiв дослiдження визначено параметри елементарної комiрки перовскiту та показано, що морфологiя плiвок описується як сiтка неорiєнтованих голкоподiбних структур iз значною шорсткiстю та пористiстю. Для дослiдження властивостей отриманих плiвок використовувались безконтактнi методи, зокрема, вимiрювання пропускання i вiдбивання та метод спектральних залежностей малосигнальної поверхневої фотонапруги. Показано, що метод спектральних залежностей малосигнальної поверхневої фотонапруги та метод пропускання мiстять iнформацiю про зовнiшнiй квантовий вихiд в дослiджуваних плiвках та про довжину дифузiї неосновних носiїв у плiвках перовскiту. В результатi аналiзу спектрiв встановлено, що отриманi плiвки є природно профiльованими, а їхня ширина забороненої зони становить 1,59 еВ. Показано, що при визначеннi залежностi коефiцiєнта поглинання та ширини забороненої зони слiд враховувати ефект Урбаха. Довжина дифузiї неосновних носiїв заряду бiльша за товщину плiвок, яка дорiвнює 400 нм. Отриманi плiвки є перспективними для розробки на їх основi ефективних сонячних елементiв.

Посилання

M.A. Green, A. Ho-Baillie, H.J. Snaith. The emergence of perovskite solar cells. Nature Photonics 8, 7 (2014).

https://doi.org/10.1038/nphoton.2014.134

M.A. Green, Y. Hishikawa, E.D. Dunlop et al. Solar cell efficiency tables (Version 53). Prog. Photovolt. Res. Appl. 27, (2019).

https://doi.org/10.1002/pip.3102

M.A. Green. Third Generation Photovoltaics. Advanced Solar Energy Conversion. (Springer, 2006).

W.S. Yang et al. High-performance photovoltaic perovskite layers fabricated through intramolecular exchange. Science 348, 6240 (2015).

https://doi.org/10.1126/science.aaa9272

D. Song et al. Managing carrier lifetime and doping property of lead halide perovskite by postannealing processes for highly efficient perovskite solar cells. J. Phys. Chem. C 119, 40 (2015).

https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b06859

M.M. Lee, J. Teuscher, T. Miyasaka, T.N. Murakami, H.J. Snaith. Efficient hybrid solar cells based on mesosuperstructured organometal halide perovskites. Science 338, 2 (2012).

https://doi.org/10.1126/science.1228604

B.-E. Cohen, S. Gamliel, L. Etgar. Parameters influencing the deposition of methylammonium lead halide iodide in

hole conductor free perovskite-based solar cells. APL Materials 2, 8 (2014).

J.-H. Im, I.-H. Jang, N. Pellet, M. Gratzel, N.-G. Park. Growth of CHSNHSPblS cuboids with controlled size for high-efficiency perovskite solar cells. Nature Nanotech. 9, 11 (2014).

https://doi.org/10.1038/nnano.2014.181

J. Burschka et al. Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells. Nature 499, 7458 (2013).

https://doi.org/10.1038/nature12340

J.H. Kim, S.T. Williams, N. Cho, C.C. Chueh, A.K.Y. Jen. Enhanced environmental stability of planar heterojunction

perovskite solar cells based on blade-coating. Adv. Energy Mater. 5, 4 (2014).

K. Hwang et al. Toward large scale roll-to-roll production of fully printed perovskite solar cells. Adv. Mater. 27, 7 (2015).

https://doi.org/10.1002/adma.201404598

J. Borchert, H. Boht, W. Franzel, R. Csuk, R. Scheer, and P. Pistor. Structural investigation of co-evaporated methyl ammonium lead halide perovskite films during growth and thermal decomposition using different PbX 2 (X = I, Cl) precursors. J. Mater. Chem. A 3, 39 (2015).

https://doi.org/10.1039/C5TA04944J

J.-H. Im, C.-R. Lee, J.-W. Lee, S.-W. Park, N.-G. Park. 6.5% efficient perovskite quantum-dot-sensitized solar cell.

Nanoscale 3, 10 (2011).

L. Barnea-Nehoshtan, S. Kirmayer, E. Edri, G. Hodes, D. Cahen. Surface photovoltage spectroscopy study of organo-lead perovskite solar cells. J. Phys. Chem. Lett. 5, (2014).

https://doi.org/10.1021/jz501163r

Th. Dittrich, F. Lang, O. Shargaieva, J. Rappich, N.H. Nickel, E. Unger, B. Rech. Diff usion length of photo-generated charge carriers in layers and powders of CH3NH3PbI3 perovskite. Appl. Phys. Lett. 109, 073901 (2016).

https://doi.org/10.1063/1.4960641

J. Wang, E. Motaharifar, L.N.S. Murthy, et al. Revealing lattice and photocarrier dynamics of high-quality MAPbBr3 single crystals by far infrared reflection and surface photovoltage spectroscopy. J. Appl. Phys. 125, 025706 (2019).

https://doi.org/10.1063/1.5072794

L. Kronik, Y. Shapira. Surface photovoltage phenomena: theory, experiment, and applications. Surf. Sci. Rep. 37, 1 (1999).

https://doi.org/10.1016/S0167-5729(99)00002-3

D.K. Schroder. Surface voltage and surface photovoltage: history, theory and applications. Meas. Sci. Technol. 12, R16 (2001).

https://doi.org/10.1088/0957-0233/12/3/202

J. Qiu et al. All-solid-state hybrid solar cells based on a new organometal halide perovskite sensitizer and one-

dimensional TiO2 nanowire arrays. Nanoscale 5, 8 (2013).

A.G. Belous, O.I. V'yunov, S.D. Kobylyanskaya, A.A. Ishchenko, A.V. Kulinich. Influence of synthesis conditions on the morphology and spectral-luminescent properties of fi lms of organic-inorganic perovskite

CH3NH3PbI2.98Cl0.02. Rus. J. General Chem. 88, 1 (2018).

ASTM Standard F391-90a, "Standard Test Method for Minority-Carrier Diff usion Length in Silicon by Measurement of Steady-State Surface Photovoltage", 1996 Annual Book of ASTM Standards (Am. Soc. Test. Mat., 1996).

Y. Kawamura, H. Mashiyama, K. Hasebe. Structural study on cubic-tetragonal transition of CH3NH3PbI3. J. Phys. Soc. of Japan 71, 7 (2002).

https://doi.org/10.1143/JPSJ.71.1694

A.V. Sachenko et al. Recombination characteristics of single-crystalline silicon wafers with a damaged near- surface layer. Ukr. J. Phys. 58, 2 (2013).

C. Honsberg, S. Bowden. (30.10.2018). Quantum Efficiency (PVEducation ed.) [Internet]. Available: https://

www.pveducation.org/pvcdrom/solar-cell-operation/quantum-efficiency.

T. Tiedje, E. Yablonovitch, G.D. Cody, B.G. Brooks. Limiting efficiency of silicon solar cells. IEEE Transactions on Electron Devices 31, 5 (1984).

https://doi.org/10.1109/T-ED.1984.21594

M.A. Green. Lambertian light trapping in textured solar cells and light-emitting diodes: Analytical solutions. Prog. Photovolt: Res. Appl. 10, (2002).

https://doi.org/10.1002/pip.404

S. Schafer, R. Brendel. Accurate calculation of the absorptance enhances effi ciency limit of crystalline silicon solar cells with Lambertian light trapping. IEEE J. Photovoltaics 8, 4 (2018).

https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2018.2824024

A. Fahrenbruch, R. Bube. Fundamentals of Solar Cells: Photovoltaic Solar Energy Conversion (Elsevier, 2012)

[ISBN: 978-0122476808].

E. Yablonovitch. Statistical ray optics. JOSA 72, 7 (1982).

https://doi.org/10.1364/JOSA.72.000899

A.V. Sachenko et al. Peculiarities of photoconversion efficiency modeling in perovskite solar cells. Tech. Phys. Lett. 43, 7 (2017).

https://doi.org/10.1134/S1063785017070240

A.V. Sachenko et al. The effect of base thickness on photoconversion efficiency in textured silicon-based solar cells. Tech. Phys. Lett. 44, 10 (2018).

https://doi.org/10.1134/S1063785018100139

K. Seeger. Semiconductor Physics (Springer Science & Business Media, 2004). https://doi.org/10.1007/978-3-662-09855-4

Stefaan De Wolf, J. Holovsky, S.-J. Moon, P. Loper, B. Niesen, M. Ledinsky, F.-J. Haug, J.-H. Yum, C. Ballif. Organometallic halide perovskites: Sharp optical absorption edge and its relation to photovoltaic performance. J. Phys. Chem. Lett. 5, (2014). https://doi.org/10.1021/jz500279b

J.D. Joannopoulos, G. Lucovsky. The Physics of Hydrogenated Amorphous Silicon II: Electronic and Vibrational Properties (Springer Science and Business Media, 1984). https://doi.org/10.1007/3-540-12807-7

C. Wehrenfennig, G.E. Eperon, M.B. Johnston, H.J. Snaith, L.M. Herz. High charge carrier mobilities and lifetimes in organolead trihalide perovskites. Adv. Mater. 26, 10 (2013). https://doi.org/10.1002/adma.201305172

V.P. Kostylyov, V.G. Lytovchenko, A.V. Sachenko, T.V. Slusar, V.V. Chernenko. Features of solar cells and solar silicon wafers surface photovoltage spectral dependences in the short-wave absorption region, in Proceedings 28 European Photovoltaic Solar Energy Conf. and Exhib. (Paris, France, 2013), p. 1715.

Downloads

Опубліковано

2021-05-28

Як цитувати

Kostylyov, V., Sachenko, A., Vlasiuk, V., Sokolovskyi, I., Kobylianska, S., Torchyniuk, P., V’yunov, O., & Belous, A. (2021). Синтез і дослідження властивостей плівок органо-неорганічних перовскітів безконтактними методами. Український фізичний журнал, 66(5), 429. https://doi.org/10.15407/ujpe66.5.429

Номер

Том 66 № 5 (2021)

Розділ

Фізика поверхні

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.

Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають