Perlakuan Permukaan TiO2 yang Efisien Menggunakan Cs2CO3 untuk Sel Surya Sb2S3 Tipe Planar yang Diproses dengan Solusi
Abstrak
Kami melaporkan metode perawatan permukaan yang sangat efektif untuk Sb tipe planar2 S3 sel surya dengan menggunakan Cs2 CO3 -modifikasi kompak TiO2 (c-TiO2 ) lapisan transpor elektron. Ditemukan bahwa perawatan permukaan menggunakan Cs2 CO3 solusi dapat menggeser fungsi kerja c-TiO2 ke atas dan mengurangi kekasaran permukaannya. Akibatnya, dibandingkan dengan efisiensi konversi daya sel surya yang tidak diolah, sel surya yang dirawat dengan kaca/FTO/c-TiO2 (/Cs2 CO3 )/Sb2 S3 Struktur /P3HT/Au meningkat secara signifikan dari 2,83 menjadi 3,97%. Studi ini menunjukkan bahwa pengenalan Cs2 CO3 pada c-TiO2 lapisan adalah cara sederhana dan efisien untuk menyesuaikan fungsi kerja lapisan transpor elektron dan membuat Sb tipe planar berkinerja tinggi2 S3 sel surya.
Latar Belakang
Baru-baru ini, banyak kalkogenida logam anorganik berdasarkan unsur melimpah bumi seperti tembaga seng timah selenida (CZTS), timbal sulfida (PbS), tembaga (I) sulfida (Cu2 S), timah sulfida (SnS), dan antimon sulfida (Sb2 S3 ) telah diselidiki sebagai bahan penyerap dalam sel surya film tipis berbiaya rendah untuk menggantikan penyerap solusi-proses utama seperti tembaga indium gallium selenide (CIGS) dan kadmium telluride (CdTe) [1]. Namun, penggunaan CZTS dan PbS dalam industri memiliki kelemahan yang parah, karena CZTS menggunakan hidrazin yang beracun dan berbahaya (N2 H4 ) dan memerlukan kontrol kompleks multi-senyawa [2] dan PbS mengandung Pb, yang juga beracun dan berbahaya. Bahan potensial lainnya seperti Cu2 S dan SnS memiliki efisiensi yang relatif rendah dibandingkan dengan CIGS dan CdTe. Sb2 S3 , bagaimanapun, telah menarik perhatian sebagai bahan kandidat karena celah pita yang sesuai (~ 1.65 eV) dan koefisien penyerapan yang tinggi (> 10
5
cm
−1
) untuk penyerapan cahaya yang efisien, konstanta dielektrik yang tinggi untuk disosiasi eksiton, dan penyelarasan pita yang baik dengan berbagai lapisan transportasi lubang (HTL) untuk transfer pembawa muatan yang efisien, selain efektivitas biaya, toksisitas rendah, dan stabilitas udara yang sangat baik [3,4, 5,6].
Ada dua jenis Sb2 S3 sel surya berdasarkan struktur perangkat:sel surya peka atau sel surya tipe planar. Sel surya tersensitisasi berasal dari dye-sensitized solar cell (DSSCs) dan memiliki F-doped tin oxide (FTO)/compact TiO2 (c-TiO2 )/TiO2 mesopori2 (m-TiO2 )/Sb2 S3 /HTL/Au struktur, sedangkan sel surya tipe planar memiliki FTO/c-TiO2 /Sb2 S3 /HTL/Struktur Au [7].
Dalam hal efisiensi perangkat, Sb yang peka2 S3 sel surya memiliki nilai yang lebih tinggi daripada tipe planar karena area antarmuka penyerap cahaya yang ditingkatkan karena m-TiO2 struktur. Faktor yang menentukan kinerja sel surya peka adalah kualitas antarmuka mereka di dalam perangkat di mana terjadi pemisahan dan transfer pembawa muatan. Oleh karena itu, upaya yang signifikan telah dicurahkan untuk optimasi sifat antarmuka, termasuk sifat m-TiO2 /Sb2 S3 antarmuka, Sb2 S3 /HTL interface, dan material HTL itu sendiri [8]. Berbagai macam bahan HTL, seperti 2,2′,7,7′-tetrakis[N,N-di(4-methoxyphenyl)amine]-9,9′-spirobifluorene (Spiro-OMeTAD) [9]; CuSCN, bahan tipe-p anorganik [10]; poli(3-heksiltiofena) (P3HT), polimer konduktor [11]; dan poli(2,6-(4,4-bis-(2-etilheksil)-4H-siklopenta [2,1-b,3,4-b′]ditiofena)-alt-4,7(2,1, 3-benzothiadiazole)) (PCPDTBT), polimer terkonjugasi yang baru dikembangkan [12], telah diterapkan untuk menyesuaikan Sb2 S3 /HTL antarmuka dan properti transportasi lubang yang mengarah ke faktor pengisian tinggi (FF) dan peningkatan kepadatan arus hubung singkat (JSC ).
Beberapa penelitian yang berfokus pada peningkatan m-TiO2 /Sb2 S3 properti antarmuka juga telah dilaporkan. Tsujimoto dkk. memodifikasi m-TiO2 permukaan menggunakan Mg
2+
, Ba
2+
, dan Al
3+
, yang secara efektif meningkatkan efisiensi konversi daya (PCE) dari semua Sb anorganik2 S3 sel surya yang memiliki FTO/c-TiO2 /m-TiO2 /Sb2 S3 /CuSCN/Au struktur [13]. Lan dkk. menggunakan m-TiO yang didoping Li2 untuk meningkatkan sifat transpor elektron dan mengubah tingkat energi Fermi [14]. Fukumoto dkk. melaporkan perawatan permukaan Sb2 S3 /HTL antarmuka menggunakan asam 1-desilfosfonat (DPA), yang dapat dipasang ke kedua m-TiO2 yang tidak tertutup permukaan dan Sb2 S3 permukaan untuk mengurangi rekombinasi dan meningkatkan tegangan sirkuit terbuka (VOC ) dan FF [15].
Dalam sel surya tipe planar, berbeda dengan yang peka, transportasi pembawa muatan tergantung pada mobilitas pembawa dan panjang difusi dalam Sb2 S3 yang sangat berkorelasi dengan morfologi, ukuran butir, dan kristalinitas lapisan. Oleh karena itu, sebagian besar penelitian tentang sel surya tipe planar telah difokuskan pada peningkatan Sb2 S3 kualitas film tipis untuk mencapai ukuran butir yang besar dan kristalinitas yang tinggi dengan menggunakan berbagai teknik pengendapan. Misalnya, deposisi mandi kimia konvensional (CBD) [16], penguapan termal (TE) [17], penguapan termal cepat (RTE) [18, 19], deposisi lapisan atom (ALD) [20], dan pelapisan tinta nanopartikel [ 21] telah diterapkan untuk membuat Sb2 S3 film tipis. Baru-baru ini, Wang dkk. melaporkan pendekatan kimia cepat (FCA) yang dapat digunakan untuk menghasilkan ukuran butir yang sangat besar melalui proses spin-coating satu langkah dan proses annealing berikutnya menggunakan larutan prekursor logam-organik berbasis butyldithiocarbamic acid (BDCA) [22]. Banyak jenis oksida logam atau hidroksida dapat dilarutkan dalam BDCA, yang relatif tidak beracun, murah, dan dapat terdegradasi secara termal, dan dapat dengan mudah disintesis melalui reaksi 1-butilamin (CH3 (CH2 )3 NH2 ) dan karbon disulfida (CS2 ) [23].
Meskipun sel surya peka memiliki PCE yang lebih tinggi (3-7,5%) daripada tipe planar (2,5-5,8%), struktur perangkat dan proses fabrikasinya rumit. Selain itu, mereka mengandung tingkat cacat antarmuka yang tinggi. Sb tipe planar2 S3 perangkat akan lebih berpotensi untuk digunakan dalam sel surya skala industri dengan efisiensi tinggi dan biaya rendah, karena secara konseptual lebih sederhana dan lebih mudah untuk ditingkatkan dan sangat dapat direproduksi [24, 25].
Di sini, kami melaporkan perawatan permukaan c-TiO2 lapisan menggunakan Cs2 CO3 solusi untuk meningkatkan kinerja Sb tipe planar2 S3 sel surya. Sb2 S3 lapisan diendapkan melalui proses spin-coating FCA sederhana untuk mewujudkan ukuran butir yang besar, yang sebelumnya dilaporkan oleh Wang et al.
Cs2 CO3 telah dipelajari secara luas untuk aplikasi dalam fotovoltaik organik (OPV) [26,27,28], perangkat pemancar cahaya organik (OLED) [29], dan sel surya perovskit (PSC) [30, 31] untuk meningkatkan transpor elektron karena properti fungsi kerjanya yang rendah. Meskipun Cs2 CO3 biasanya terurai pada 550–600 °C, Liao et al. melaporkan bahwa Cs2 CO3 dapat didekomposisi menjadi cesium oksida dengan fungsi kerja rendah melalui proses anil termal suhu rendah (150-170 °C) [26]. Namun, sejauh pengetahuan kami, tidak ada studi tentang penerapan Cs2 CO3 ke Sb2 S3 sel surya.
Perawatan permukaan menggunakan Cs2 CO3 tidak hanya dapat mengurangi hambatan energi dengan mengubah fungsi kerja c-TiO2 , tetapi juga mengurangi resistansi seri perangkat dengan mengurangi kekasaran permukaan c-TiO2 . Perawatan menghasilkan parameter perangkat yang lebih baik seperti VOC , JSC , dan FF, dan PCE meningkat dari 2,83 menjadi 3,97%. Kami percaya bahwa perlakuan permukaan c-TiO2 menggunakan Cs2 CO3 solusi dapat memberikan cara yang sederhana dan efektif untuk meningkatkan kinerja perangkat dalam sel surya chalcogenide logam anorganik tipe planar.
Metode/Eksperimental
Bahan yang Digunakan dan Sintesis Kompleks Sb
Antimon (III) oksida (Sb2 O3 , 99,99%), CS2 (> 99,9%), n-butilamin (CH3 (CH2 )3 NH2 , n-BA, 99,5%), sesium karbonat (Cs2 CO3 , 99,9%), 2-metoksietanol (CH3 OCH2 CH2 OH, 99,8%), titanium (IV) isopropoksida (Ti(OCH(CH3 )2 )4 , TTIP, 97%), poli(3-hexylthiophene) (P3HT, Mw 50–70K, regioregularity 91–94%, Rieke Metals), 1,2-dichlorobenzene (o-DCB, 99%), dan etanol (CH3 CH2 OH, anhidrat) dibeli dari Sigma-Aldrich Co. dan digunakan saat diterima tanpa pemurnian lebih lanjut.
Kompleks Sb disintesis menurut metode yang dilaporkan [22]. Sb2 O3 (1,0 mmol) dicampur dengan larutan etanol (2,0 mL) dan CS2 (1,5 mL) dengan pengadukan magnetik pada suhu kamar. Kemudian, n-butilamin (2,0 mL) ditambahkan ke dalam larutan secara perlahan sambil terus diaduk selama minimal 30 menit untuk mendapatkan larutan antimon butilditiokarbamat yang homogen (Sb(S2 CNHC4 H9 )3 ). Setelah itu, 2 mL larutan ini diencerkan dengan 1 mL etanol untuk membentuk kompleks Sb.
Fabrikasi Perangkat
Sb tipe planar2 S3 sel surya dalam penelitian ini memiliki struktur khas FTO/c-TiO2 /Sb2 S3 /P3HT/Au, dimana P3HT digunakan sebagai HTL. c-TiO2 lapisan diendapkan ke permukaan FTO yang telah dibersihkan dengan spin-coating larutan campuran 2 mL TTIP, 60 mL etanol, 0,225 mL air suling, dan 0,03 mL HNO3 pada 3000 rpm selama 30 s, diikuti dengan anil pada 500 °C selama 60 menit di udara.
Untuk modifikasi permukaan menggunakan Cs2 CO3 , Cs2 CO3 dilarutkan dalam CH3 OCH2 CH2 Larutan OH dengan konsentrasi tertentu (1, 3, 5, dan 10 mg/mL) dispin-coating pada c-TiO2 yang diberi perlakuan UV-ozon selama 10 menit. lapisan pada 6000 rpm selama 45 s. Film kemudian dipanaskan pada suhu 150 °C selama 10 menit sebelum Sb2 S3 lapisan berlapis spin.
Untuk Sb2 S3 film tipis, larutan kompleks Sb dilapisi spin pada kecepatan 6000 rpm selama 30 s, setelah itu film dianil pada N2 - hot plate yang dibersihkan pada 200 °C selama 1 menit dan 350 °C selama 2 menit.
Larutan P3HT (10 mg dalam 1 mL o-DCB) dilapisi spin pada Sb2 S3 /c-TiO2 /FTO substrat dengan kecepatan 3000 rpm selama 60 s, yang kemudian dipanaskan di atas hot plate pada 100 °C selama 30 min di udara. Akhirnya, elektroda lawan Au diendapkan menggunakan evaporator termal di bawah tekanan 5,0 × 10
−6
Tor. Setiap perangkat memiliki area aktif 0,16 cm
2
.
Pengukuran dan Analisis
Permukaan dan penampang Sb2 S3 film tipis dikarakterisasi menggunakan mikroskop elektron pemindaian emisi lapangan (FE-SEM, S-4800, Hitachi). Morfologi permukaan dipelajari menggunakan mikroskop gaya atom (AFM, Park NX10, Park Systems). Sifat optik c-TiO2 ditentukan menggunakan UV-Vis (Lambda 750, Perkin Elmer). Kepadatan arus–tegangan (J –V ) karakteristik ditentukan menggunakan sistem pengukuran sel surya khusus yang dilengkapi dengan elektrometer (model 2400, Keithley) dan simulator surya (91192, Newport) dengan lampu busur Xenon 1-kW (Oriel). Intensitas cahaya disesuaikan dengan satu matahari (100 mW/cm
2
) di bawah kondisi penyinaran matahari AM 1.5G menggunakan meteran energi daya pancaran (model 70260, Oriel). Resistansi seri (RS ) dan hambatan shunt (RSH ) dihitung dari kemiringan J . yang sesuai –V kurva di luar VOC dan JSC , masing-masing. Efisiensi kuantum eksternal (EQE) diukur dengan sistem pengukuran efisiensi kuantum QuantX-300 (Newport) yang dilengkapi dengan lampu Xenon 100 W. Informasi struktural FTO/c-TiO2 (/Cs2 CO3 ) sampel dikarakterisasi dengan sistem difraksi sinar-X multiguna (XRD) (Empyrean, PANalytical) dengan θ -2θ mode pada kecepatan pemindaian 0,05°/dtk. Keadaan elektronik dan tingkat energi dianalisis menggunakan spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) dan spektroskopi fotoelektron ultraviolet (UPS) dalam lingkungan vakum ultratinggi (ESCALAB 250Xi, Thermo Scientific). Spektrum UPS dan XPS diperoleh dengan menggunakan garis He I (hν = 21.2 eV) dan sumber radiasi Al Kα (hν = 1486.6 eV), masing-masing. Profil kedalaman XPS diperoleh menggunakan Ar
+
-cluster ion gun dan kecepatan etsa 1 Å/dtk.
Hasil dan Diskusi
Gambar 1a menunjukkan skema struktur perangkat. Lapisan bawah terdiri dari c-TiO2 lapisan pada substrat kaca/FTO yang bertindak sebagai pengangkut elektron. Cahaya diserap oleh Sb2 S3 lapisan, sedangkan lubang diangkut oleh P3HT HTL dan dikumpulkan di elektroda counter Au.
a Skema struktur perangkat Sb tipe planar2 S3 sel surya. b Sb2 S3 proses fabrikasi film tipis menggunakan metode FCA
Sb2 S3 lapisan penyerap diendapkan melalui FCA menggunakan prekursor kompleks Sb untuk mewujudkan ukuran butir yang sangat besar. Prekursor didekomposisi secara termal menjadi keadaan amorf pada 200 °C selama 1 menit dan keadaan kristal pada 350 °C selama 2 menit (Gbr. 1b). Gambar SEM yang ditunjukkan pada Gambar. 2 menunjukkan ukuran butir yang sangat besar, yang hampir sama dengan Sb2 S3 morfologi film tipis dilaporkan oleh Wang et al. [22].
a Tampilan atas dan b gambar SEM penampang Sb2 S3 lapisan penyerap setelah anil pada 350 °C selama 2 menit
Efisiensi Sb tipe planar2 S3 sel surya ditingkatkan melalui perawatan permukaan dengan Cs2 CO3 dari c-TiO2 lapisan.
Properti perangkat berdasarkan konsentrasi Cs2 CO3 solusi dilakukan untuk menentukan Cs optimum2 CO3 konsentrasi. Gambar 3a dan Tabel 1 menunjukkan J –V karakteristik untuk perangkat yang menggunakan konsentrasi Cs yang berbeda2 CO3 solusi di bawah iluminasi AM 1.5G (100 mW/cm
2
). Ketika konsentrasi terlalu rendah (1 mg/mL), ada masalah di seluruh cakupan c-TiO2 permukaan dengan Cs2 CO3 . Namun, jika terlalu tinggi (5 dan 10 mg/mL), ia bertindak sebagai bahan dielektrik, yang mengakibatkan peningkatan resistansi seri dan penurunan efisiensi perangkat. Konsentrasi optimum Cs2 CO3 ditemukan 3 mg/mL. (Selanjutnya, “dengan Cs2 CO3 pengobatan” berarti pengobatan menggunakan konsentrasi Cs 3 mg/mL2 CO3 kecuali dinyatakan lain.)
a Kerapatan arus–tegangan (J –V ) karakteristik dan b Spektrum EQE dari Sb tipe planar2 S3 sel surya dengan dan tanpa Cs2 CO3 pengobatan c-TiO2
Hasilnya, perangkat memiliki PCE sebesar 2,83%, VOC dari 0,549 V, JSC dari 10,71 mA/cm
2
, dan FF sebesar 48,14% sebelum perlakuan. Namun, setelah pengobatan dengan larutan 3 mg/mL, semua parameter ini meningkat secara signifikan, yaitu menjadi VOC 0,596 V, JSC dari 11,71 mA/cm
2
, dan FF sebesar 56,89%, menghasilkan PCE sebesar 3,97%. Perawatan ini menghasilkan peningkatan ~ 40% pada PCE. EQE yang lebih tinggi pada rentang spektrum penuh seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3b menunjukkan bahwa cahaya lebih efisien diubah menjadi arus yang mengarah pada peningkatan JSC oleh Cs ini2 CO3 perlakuan. Dari spektrum EQE, kita juga dapat melihat bahwa permulaan EQE pada 750 nm sesuai dengan celah pita 1,65 eV untuk Sb2 S3 lapisan dan penurunan EQE dari 500 menjadi 650 nm dikaitkan dengan penyerapan lapisan HTL P3HT.
Kami mengukur pola XRD dari c-TiO2 pada substrat kaca FTO dengan dan tanpa Cs2 CO3 pengobatan untuk menyelidiki apakah Cs2 CO3 memiliki efek pada kristalisasi c-TiO2 lapisan dan/atau pembentukan fase sekunder baru oleh spesies terkait Cs yang tersebar. Tidak ada perubahan puncak XRD setelah Cs2 CO3 perlakuan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4. Hal ini menunjukkan bahwa Cs2 CO3 perlakuan memiliki sedikit efek pada struktur kristal c-TiO2 dan juga tidak membuat fase baru. Selain itu, tidak ada bukti fase terkait Cs yang terdekomposisi (cesium oksida, cesium suboksida, atau elemen Cs) setelah perlakuan termal Cs2 CO3 , yang berarti ketebalan Cs2 CO3 sangat tipis. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5d, ketebalan spesies terkait Cs adalah sekitar 2~3 nm, yang ditentukan oleh analisis profil kedalaman XPS untuk sampel FTO/c-TiO2 /Cs2 CO3 (3 mg/mL). Ketebalan terukur dari Cs2 CO3 (2~3 nm) sesuai dengan analisis AFM, yang menunjukkan peningkatan kekasaran permukaan melalui Cs2 CO3 perlakuan dari 9,89 hingga 8,03 nm (lihat Gbr. 6a).
Pola XRD dari c-TiO2 pada substrat kaca FTO dengan dan tanpa Cs2 CO3 pengobatan
Spektrum XPS dari a pemindaian survei dan puncak 3d Cs, b Ti 2p puncak, c Puncak O 1 untuk c-TiO2 permukaan dengan dan tanpa Cs2 CO3 pengobatan, dan d profil kedalaman untuk puncak 3d Cs untuk FTO/c-TiO2 /Cs2 CO3 sampel untuk menentukan ketebalan lapisan terkait Cs
a Gambar AFM (2 μm × 2 μm) dari morfologi permukaan dan b Penyerapan UV-Vis dan spektrum transmisi c-TiO2 dengan dan tanpa Cs2 CO3 pengobatan
Kami mempelajari keadaan permukaan c-TiO2 lapisan menggunakan pengukuran XPS. Spektrum XPS pada Gambar 5 menunjukkan bahwa pemindaian survei dan pemindaian puncak Cs 3d dengan jelas menunjukkan keberadaan Cs pada c-TiO2 permukaan. Puncak Ti 2p dan O 1 bergeser ke energi ikat yang lebih rendah karena Cs2 CO3 perlakuan, yang menunjukkan bahwa Cs2 CO3 pengobatan mempengaruhi struktur elektronik c-TiO2 lapisan. Munculnya sedikit bahu pada ~ 531 eV dalam spektrum O 1 dapat dikaitkan dengan cesium oksida yang dihasilkan dari Cs2 CO3 dekomposisi melalui anil pada 150 °C, yang memiliki fungsi kerja rendah [26].
Gambar AFM pada Gambar. 6a menunjukkan perbedaan morfologi permukaan c-TiO2 lapisan sebelum dan sesudah Cs2 CO3 perlakuan. Permukaan menjadi lebih halus dan kekasaran kuadrat rata-rata akar (Rg) menurun dari 9,89 menjadi 8,03 nm setelah perlakuan. Permukaan halus ini berguna untuk meningkatkan kontak fisik antara c-TiO2 (/Cs2 CO3 ) lapisan dan Sb2 S3 lapisan, menyebabkan penurunan RS nilai dari 11,14 Ω cm
2
(tanpa Cs2 CO3 ) hingga 8,82 Ω cm
2
(dengan Cs2 CO3 ) (lihat Tabel 1). Penurunan RS mungkin telah berkontribusi dalam meningkatkan FF dari 48,14 menjadi 56,89% [5].
Spektrum transmisi UV-Vis dari c-TiO2 film dengan dan tanpa Cs2 CO3 ditunjukkan pada Gambar. 6b. Gambar tersebut menunjukkan bahwa ada sedikit perubahan dalam transmisi optik antara panjang gelombang 300 dan 800 nm, yang menegaskan bahwa Cs2 CO3 perlakuan memiliki efek yang dapat diabaikan pada intensitas cahaya yang mencapai Sb2 S3 lapisan.
UPS digunakan untuk mengetahui perubahan fungsi kerja c-TiO2 lapisan sebelum dan sesudah Cs2 CO3 pengobatan untuk menyelidiki efek dari Cs2 CO3 di VOC . Hasilnya ditunjukkan pada Gambar. 7a. Fungsi kerja c-TiO2 berkurang 0,3 eV setelah Cs2 CO3 perlakuan. Cs2 CO3 banyak digunakan sebagai bahan transpor elektron yang efisien di banyak perangkat optoelektronik melalui penguapan termal atau proses larutan. Namun, analisis akurat dari mekanisme transpor elektron dan jenis spesies terkait Cs yang terdekomposisi yang bertanggung jawab atas properti transpor elektron masih belum pasti dan kontroversial. Di antara laporan sebelumnya tentang Cs yang diproses dengan solusi2 CO3 , Liao dkk. menunjukkan bahwa Cs2 CO3 dapat didekomposisi menjadi fungsi kerja rendah, semikonduktor yang didoping dalam bentuk Cs2 O didoping dengan Cs2 O2 setelah anil termal pada 150 °C dengan menggunakan analisis XPS [26]. Bentuk cesium oksida yang didoping ini dapat bertindak sebagai semikonduktor tipe-n dengan fungsi kerja yang rendah secara intrinsik, yang mungkin berkontribusi pada pengurangan fungsi kerja c-TiO2 dalam sistem kami. Selain itu, tidak ada perubahan dalam onset penyerapan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6b, yang menunjukkan sedikit perubahan pada celah pita optik c-TiO2 setelah perawatan.
a Spektrum UPS c-TiO2 , b diagram tingkat energi, dan c prinsip operasi yang diusulkan dari Sb tipe planar2 S3 sel surya dengan dan tanpa Cs2 CO3 pengobatan
Diagram pita energi pada Gambar 7b menunjukkan bahwa tingkat energi pita konduksi c-TiO2 bergeser ke arah energi yang lebih rendah sebesar 0,3 eV. Pergeseran ini tidak hanya mengarah pada peningkatan VOC karena peningkatan potensi bawaan (VBI ) di dalam perangkat, tetapi juga peningkatan JSC karena keselarasan tingkat energi antara c-TiO2 dan Sb2 S3 untuk mengurangi hambatan transportasi muatan pada antarmuka. Prinsip operasi yang diusulkan diilustrasikan pada Gambar. 7c. Pada kondisi rangkaian terbuka, pergeseran pita konduksi dari c-TiO2 lapisan oleh Cs2 CO3 pengobatan menyebabkan peningkatan VBI , yang berkontribusi pada peningkatan VOC . Pada saat yang sama, peningkatan VBI menghasilkan pembengkokan pita energi yang lebih besar dari Sb2 S3 lapisan di bawah kondisi hubung singkat, dan dengan demikian elektron fotogenerasi dapat bergerak cepat menuju c-TiO2 lapisan. Transpor elektron yang cepat ini dikaitkan dengan peningkatan JSC dan FF. Jadi, Cs2 CO3 pengobatan pada c-TiO2 lapisan dapat meningkatkan keduanya VOC dan JSC secara bersamaan, yang mengarah ke PCE yang ditingkatkan. Oleh karena itu, Cs2 CO3 adalah bahan yang menjanjikan untuk c-TiO2 modifikasi permukaan karena meningkatkan kinerja perangkat dengan mengubah fungsi kerja dan meningkatkan sifat transpor elektron.
Kesimpulan
Cs2 CO3 ditemukan sebagai pengubah permukaan yang efektif untuk meningkatkan kemampuan pengangkutan muatan c-TiO2 lapisan transpor elektron (ETL) untuk Sb tipe planar2 S3 sel surya. Data UPS menunjukkan bahwa Cs2 CO3 pengobatan dapat menggeser fungsi kerja c-TiO2 ke atas, mungkin meningkatkan potensi bawaan perangkat dan mengurangi penghalang energi untuk pengangkutan muatan. c-TiO2 permukaan menjadi lebih halus setelah Cs2 CO3 pengobatan, mengakibatkan peningkatan kontak fisik dengan Sb2 S3 penyerap Performa sel surya meningkat secara signifikan di semua parameter secara bersamaan termasuk VOC , JSC , dan FF. Hal ini mengakibatkan peningkatan PCE dari 2,83 menjadi 3,97%, hampir meningkat 40%. Penelitian ini menunjukkan bahwa perlakuan permukaan menggunakan senyawa anorganik seperti Cs2 CO3 akan memainkan peran penting dalam pengembangan Sb tipe planar yang sangat efisien2 S3 sel surya.
