CC BY
7
Pb + 4HN03 ^ Pb(N03)2 + 2N02 t +2H20, (3)
PbO + 2(CH3C02)H ^ (CH3C02)2Pb + H20. (4)
5. Смешать полученные растворы с йодидом калия с целью выпадения осадка дийодида свинца. Оба раствора окрашиваются в ярко-желтый цвет так же, как на рисунке 9:
Pb(CH3C02) + 2KI ^ Pbl2 I +2К(СН3С02) (5)
Pb(N03)2 + 2KI ^ РЫ2 I+2KN03. (6)
Использованные источники:
1. Kojima A., Teshima K., Shirai Y., Miyasaka T., Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells, - 2009
2. Snaith H. J., Perovskites: the emergence of a new era for low-cost, high-efficiency solar cells // J. Phys. Chem. Lett. - 2013 - P. 3623-3630.
3. Eperon, Giles E.; Stranks, Samuel D.; Menelaou, Christopher; Johnston, Michael B.; Herz, Laura M.; Snaith, Henry J., "Formamidinium lead trihalide: a broadly tunable perovskite for efficient planar heterojunction solar cells". Energy & Environmental Science - 2014
УДК 620.91
Шамин А. А. аспирант
кафедра «нано- и микроэлектроника» Пензенский Государственный Университет
Печерская Е.А., д.тн. научный руководитель, профессор
Россия, г. Пенза
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПЛЕНОК
ПЕРОВСКИТА В СЭ ГОНП
Аннотация: В данной статье описана методика получения пленок гибридных органо-неорганических перовскитов. Доработана центрифуга, представленная на кафедре «Нано- и микроэлектроника» Пензенского Государственного Университета.
Ключевые слова: центрифугирование, СЭ ГОНП, перовскит, возобновляемые источники энергии
Shamin A.A., post-graduate student at the department "Nano- and microelectronics"
Penza State University Russia, Penza Scientific director: Pecherskaya E.A.
Proffesor
COMPARATIVE ANALYSIS OF ENERGY EFFICIENCY PEROVSKITE FILMS IN SOLAR CELLS
The summary in English: his article describes a method ofproducing films
of hybrid organic-inorganic perovskites. To obtain was used centrifuge, presented at the Department of "Nano- and microelectronics" Penza State University.
Key words: centrifuge method, solar cells based on perovskite, perovskite, solar cells, renewable energy sources
В предыдущей главе упоминалось о том, что типичная формула соединения перовскита, используемого в солнечной энергетике, выглядит следующим образом CH3NH3PbX3, где CH3NH3 - метиламмония ион, Pb -атом свинца, а X - ион из числа галогенов (может быть как йод - I, Вг - бром, так и Cl - хлор). В ряде случаев органический катион CH3NH3 может быть заменен на катион формамидиниума NH2CH=NH2 с близким эффективным ионным радиусом [1]. Следует упомянуть и про возможные вариации металлического основания слоя гибридного органо-неорганического перовскита. В качестве альтернативы свинцу Pb может быть использовано олово в комбинации с йодом I.
Следовательно, в качестве слоя перовскита могут быть использованы соединения:
• CH3NH3PbI3;
• CH3NH3PbBr3;
• CH3NH3PbCl3;
• CH3NH3SnI3;
• (NH2CH=NH2)PbI3;
• (NH2CH=NH2)PbBr3;
• (NH2CH=NH2)PbCl3.
В работах [2, 3, 4, 5] отмечается, что в качестве слоя перовскита предпочтительнее использовать именно соединение на основе дийодида свинца. Связано это с тем, что последний имеет ширину запрещенной зоны в пределах от 1.5 эВ до 2.3 эВ. Следовательно, имеет более широкий диапазон поглощения света, что позволяет ему оставаться эффективным даже в отсутствии прямого солнечного света. Диапазон длин волн, в которых осуществляется поглощение квантов света, находится в пределах Л± = 540 нм (видимое излучение зеленого цвета) и Л2 = 1400 (инфракрасное излучение) (рисунок 1).
ультрафиолетовое излучение I нм 40С > нм видимое излучение 76С инфракрасное излучение нм ЮО н
Рисунок 1 - Спектр оптического излучения Слой перовскита может быть изготовлен с помощью простых методов мокрой химии, таких как использование растворителей и паровой депозиции в центрифугировании. Связано это с тем, что тригалоидные перовскиты являются двойными солями. Следовательно, формирование тонких пленок
гибридных органо-неорганических перовскитов сводится к возникновению перовскитной кубической кристаллической структуры из используемых солей при комнатной температуре из паровой и жидкой фаз [6].
Таким образом, для получения пленок гибридных органо-неорганических перовскитов будет использоваться метод центрифугирования, который представляет собой нанесение раствора целевого материала в растворителе на подложку во время ее вращения. Преимуществом данного метода является способность быстро и легко наносить однородные пленки от нескольких нанометров до нескольких микрон в толщину (рисунок 2).
Рисунок 2 - Пример статического нанесения капли раствора на подложку
Для получения пленок гибридных органо-неорганических перовскитов на стеклянных подложках, покрытых слоем диоксида титана TiO2 (см. пункт 2.2), использовалось следующее оборудование кафедры: вытяжной шкаф и центрифуга Centrifuge - 80-2 (рисунок 3), приобретенные в рамках программы У.М.Н.И.К. - 2010 И.А. Прониным, проект - «Разработка методики получения пористой матрицы на основе ортокремневой кислоты в качестве контейнера для полупроводниковой массы чувствительного элемента газового сенсора».
Рисунок 3 - Центрифуга «Centrifuge 80-2»
Технические характеристики:
• максимальная скорость вращения 4000 об/мин;
• минимальная скорость вращения 200 об/мин;
• максимальная длительность вращения 60 секунд;
С целью фиксации подложки к центрифуге был разработан фиксатор для подложки, изображенный на рисунке 4. Фиксатор представляет собой шестиугольную пластину из фторопласта. Материал фиксатора был выбран из соображений практичности материала. Фторопласт - химически стойкий и прочный материал, это означает, что он не взаимодействует с попадающими на него веществами и соответственно не деформируется. В центре шестиугольника было вырезано прямоугольное отверстие для крепления подложки. Сам фиксатор был прикреплен к вращающему элементу центрифуги при помощи трех саморезов. После прикрепления фиксатора был пробный запуск центрифуги, который показал надежность и стабильность данной конструкции.
Рисунок 4 - Фиксатор для подложки Также для получения слоя гибридного органо-неорганического
перовскита потребуются:
• Растворитель - диметилформамид (DMF) 2C3H7NO;
• Магнитная мешалка;
• Дозатор;
Методика получения пленок гибридного органо-неорганического перовскита с помощью метода центрифугирования состоит из следующих этапов:
1. Подготовить поверхности подложек (см. п. 2.1);
2. Растворить дийодид свинца PbI2 (см. п. 2.3) с помощью растворителя диметилформамида (DMF) 2C3H7NO в различных пропорциях 1:1, 1:2, 1:3.
2 C3H7NO + 2 Pbl2 = 2(CH3NH3)PbI2 + Н20 (7)
3. Перемешать получившийся раствор с помощью магнитной мешалки в течение 1 часа.
4. Включить центрифугу, довести скорость вращения до 1500...3000 об/мин с шагом в 500 об/мин.
5. С помощью скотча обозначить границы наносимого слоя.
6. Нанести с помощью дозатора получившийся раствор на подложку, закрепленную в центрифуге.
7. Спустя 20 секунд, убедившись, что весь растворитель испарился, извлечь стеклянную подложку с нанесенным на нее слоем гибридного органо-неорганического перовскита.
Использованные источниики:
1. Snaith H. J., Perovskites: the emergence of a new era for low-cost, high-efficiency solar cells // J. Phys. Chem. Lett. - 2013 - P. 3623-3630.
2. Eperon, Giles E.; Stranks, Samuel D.; Menelaou, Christopher; Johnston, Michael B.; Herz, Laura M.; Snaith, Henry J., "Formamidinium lead trihalide: a broadly tunable perovskite for efficient planar heterojunction solar cells". Energy & Environmental Science - 2014
3. Liling G., Zhang S., Guanghui Z., Xing Li, Hanxing L. Synthesis and Characterization of Layered Perovskite-type organic-inorganic hybrids ((R-NH3)2(CH3NH3)Pb2I7), Journal of Wuhan university of technology-mater. Sci. Ed. - 2012
4. Silvia C., Edoardo M., Paolo F., Andrea L., Francesco G., MAPbI3.xClx mixed halide perovskite for hybrid solar cells: the role of chloride as dopant on the transport and structural properties, Chem. Mater. - 2013 - P.4613-4618.
5. Bi D. Q., Bosch loo G., Schwarzmiiller S., Yang L., Johansson E. M. J., Efficient and stable CH3NH3Pbl3-sensitized ZnO nanorod array solid-state solar cells, Nanoscale - 2013 - P. 11686-11691
