Tratamento de superfície de TiO2 eficiente usando Cs2CO3 para células solares Sb2S3 do tipo planar processadas em solução

Resumo

Relatamos um método de tratamento de superfície altamente eficaz para Sb do tipo planar ₂ S ₃ células solares empregando um Cs ₂ CO ₃ -TiO compacto modificado ₂ (c-TiO ₂ ) camada de transporte de elétrons. Verificou-se que o tratamento de superfície usando um Cs ₂ CO ₃ solução pode mudar a função de trabalho de c-TiO ₂ para cima e reduzir a aspereza da superfície. Como resultado, em comparação com a eficiência de conversão de energia das células solares não tratadas, a das células solares tratadas com um vidro / FTO / c-TiO ₂ (/ Cs ₂ CO ₃ ) / Sb ₂ S ₃ A estrutura / P3HT / Au melhorou significativamente de 2,83 para 3,97%. Este estudo demonstra que a introdução de Cs ₂ CO ₃ em um c-TiO ₂ camada é uma maneira simples e eficiente de ajustar a função de trabalho da camada de transporte de elétrons e fabricar Sb do tipo planar de alto desempenho ₂ S ₃ células solares.

Histórico

Recentemente, muitos calcogenetos de metais inorgânicos baseados em elementos abundantes em terra, como seleneto de cobre, zinco e estanho (CZTS), sulfeto de chumbo (PbS), sulfeto de cobre (I) (Cu ₂ S), sulfeto de estanho (SnS) e sulfeto de antimônio (Sb ₂ S ₃ ) foram investigados como materiais absorventes em células solares de filme fino de baixo custo, a fim de substituir os principais absorvedores processáveis em solução, como seleneto de cobre, índio e gálio (CIGS) e telureto de cádmio (CdTe) [1]. No entanto, o uso de CZTS e PbS na indústria tem graves desvantagens, porque CZTS usa a hidrazina tóxica e prejudicial (N ₂ H ₄ ) e requer o controle complexo de multi-compostos [2] e PbS contém Pb, que também é tóxico e perigoso. Outros materiais potenciais, como Cu ₂ S e SnS têm eficiências relativamente baixas em comparação com os de CIGS e CdTe. Sb ₂ S ₃ , no entanto, atraiu a atenção como um material candidato devido ao seu gap adequado (~ 1,65 eV) e alto coeficiente de absorção (> 10 ⁵ cm ⁻¹ ) para absorção de luz eficiente, alta constante dielétrica para dissociação de excitons e bom alinhamento de banda com várias camadas de transporte de orifício (HTLs) para transferência de portador de carga eficiente, além de sua eficácia de custo, baixa toxicidade e excelente estabilidade do ar [3,4, 5,6].

Existem dois tipos de Sb ₂ S ₃ células solares baseadas nas estruturas do dispositivo:célula solar sensibilizada ou célula solar do tipo planar. Células solares sensibilizadas originadas de células solares sensibilizadas por corante (DSSCs) e têm óxido de estanho dopado com F (FTO) / TiO compacto ₂ (c-TiO ₂ ) / TiO mesoporoso ₂ (m-TiO ₂ ) / Sb ₂ S ₃ / HTL / estrutura Au, enquanto as células solares do tipo planar têm um FTO / c-TiO ₂ / Sb ₂ S ₃ / Estrutura HTL / Au [7].

Em termos de eficiência do dispositivo, Sb sensibilizado ₂ S ₃ as células solares têm um valor mais alto do que os tipos planares devido à sua área interfacial de absorção de luz aprimorada devido ao m-TiO ₂ estrutura. O fator que decide o desempenho das células solares sensibilizadas é a qualidade da interface dentro do dispositivo onde ocorre a separação e transferência do portador de carga. Portanto, um esforço significativo foi dedicado à otimização das propriedades interfaciais, incluindo aquelas do m-TiO ₂ / Sb ₂ S ₃ interface, Sb ₂ S ₃ Interface / HTL e o próprio material HTL [8]. Vários tipos de materiais HTL, como 2,2 ′, 7,7′-tetraquis [N, N-di (4-metoxifenil) amina] -9,9′-espirobifluoreno (Spiro-OMeTAD) [9]; CuSCN, um material inorgânico do tipo p [10]; poli (3-hexiltiofeno) (P3HT), um polímero condutor [11]; e 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), um polímero conjugado recentemente desenvolvido [12], foi aplicado para ajustar o Sb ₂ S ₃ / Interface HTL e propriedades de transporte de furo levando a um alto fator de preenchimento (FF) e densidade de corrente de curto-circuito aumentada ( J _SC )

Vários estudos que se concentram na melhoria do m-TiO ₂ / Sb ₂ S ₃ propriedades de interface também foram relatadas. Tsujimoto et al. modificou o m-TiO ₂ superfície usando Mg ²⁺ , Ba ²⁺ e Al ³⁺ , que efetivamente aumenta a eficiência de conversão de energia (PCE) de todos os Sb inorgânicos ₂ S ₃ células solares que possuem o FTO / c-TiO ₂ / m-TiO ₂ / Sb ₂ S ₃ / CuSCN / estrutura Au [13]. Lan et al. usou m-TiO dopado com lítio ₂ para aumentar as propriedades de transporte de elétrons e alterar o nível de energia de Fermi [14]. Fukumoto et al. relatou o tratamento de superfície do Sb ₂ S ₃ / Interface HTL usando ácido 1-decilfosfônico (DPA), que pode ser anexado a um m-TiO descoberto ₂ superfície e Sb ₂ S ₃ superfície para reduzir a recombinação e aumentar a tensão de circuito aberto ( V _OC ) e FF [15].

Em células solares planas, em contraste com as sensibilizadas, o transporte do portador de carga depende da mobilidade do portador e do comprimento de difusão dentro do Sb ₂ S ₃ camada, que estão fortemente correlacionados com a morfologia, tamanho de grão e cristalinidade da camada. Portanto, a maioria das pesquisas sobre células solares do tipo planar tem se concentrado em melhorar o Sb ₂ S ₃ qualidade de filme fino para alcançar um grande tamanho de grão e uma alta cristalinidade usando várias técnicas de deposição. Por exemplo, deposição de banho químico convencional (CBD) [16], evaporação térmica (TE) [17], evaporação térmica rápida (RTE) [18, 19], deposição de camada atômica (ALD) [20] e revestimento de tinta de nanopartículas [ 21] foram aplicados para fabricar Sb ₂ S ₃ filmes finos. Recentemente, Wang et al. relataram uma abordagem química rápida (FCA) que pode ser usada para gerar tamanhos de grão muito grandes por meio de um processo de revestimento giratório de uma etapa e subsequente processo de recozimento usando uma solução de precursor orgânico de metal à base de ácido butilditiocarbâmico (BDCA) [22]. Muitos tipos de óxidos ou hidróxidos de metal podem ser dissolvidos em BDCA, que é relativamente não tóxico, barato e termicamente degradável e pode ser facilmente sintetizado por meio da reação de 1-butilamina (CH ₃ (CH ₂ ) ₃ NH ₂ ) e dissulfeto de carbono (CS ₂ ) [23].

Embora as células solares sensibilizadas tenham um PCE mais alto (3–7,5%) do que as do tipo planar (2,5–5,8%), a estrutura do dispositivo e o processo de fabricação são complicados. Além disso, eles contêm um alto grau de defeitos de interface. Um Sb de tipo plano ₂ S ₃ dispositivo teria mais potencial para uso em células solares em escala industrial com alta eficiência e baixo custo, pois é conceitualmente mais simples e fácil de escalar e é altamente reprodutível [24, 25].

Aqui, relatamos o tratamento de superfície de um c-TiO ₂ camada usando Cs ₂ CO ₃ solução para melhorar o desempenho do Sb do tipo planar ₂ S ₃ células solares. O Sb ₂ S ₃ camada foi depositada por meio de um processo simples de revestimento por rotação FCA para obter um grande tamanho de grão, que foi relatado anteriormente por Wang et al.

Cs ₂ CO ₃ foi amplamente estudado para aplicação em fotovoltaicos orgânicos (OPV) [26,27,28], dispositivos orgânicos emissores de luz (OLEDs) [29] e células solares de perovskita (PSCs) [30, 31] para melhorar o transporte de elétrons devido a sua propriedade de função de baixo trabalho. Embora Cs ₂ CO ₃ geralmente se decompõe em 550–600 ° C, Liao et al. relatou que Cs ₂ CO ₃ pode ser decomposto em óxido de césio de função de baixo trabalho por meio de um processo de recozimento térmico de baixa temperatura (150-170 ° C) [26]. No entanto, até onde sabemos, não há estudos sobre a aplicação de Cs ₂ CO ₃ para Sb ₂ S ₃ células solares.

Tratamento de superfície usando Cs ₂ CO ₃ pode não apenas reduzir a barreira de energia alterando a função de trabalho do c-TiO ₂ , mas também reduzem a resistência em série do dispositivo, reduzindo a rugosidade da superfície de c-TiO ₂ . O tratamento resultou em parâmetros de dispositivo melhorados, como o V _OC , J _SC , e FF, e o PCE aumentou de 2,83 para 3,97%. Acreditamos que este tratamento de superfície de c-TiO ₂ usando Cs ₂ CO ₃ A solução pode fornecer uma maneira simples e eficaz de melhorar o desempenho do dispositivo em células solares de calcogeneto de metal inorgânico planar.

Métodos / Experimental

Materiais usados e síntese do complexo Sb

Óxido de antimônio (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 césio (Cs ₂ CO ₃ , 99,9%), 2-metoxietanol (CH ₃ OCH ₂ CH ₂ OH, 99,8%), isopropóxido de titânio (IV) (Ti (OCH (CH ₃ ) ₂ ) ₄ , TTIP, 97%), poli (3-hexiltiofeno) (P3HT, Mw 50-70K, regioregularidade 91-94%, Rieke Metals), 1,2-diclorobenzeno (o-DCB, 99%) e etanol (CH ₃ CH ₂ OH, anidro) foram adquiridos da Sigma-Aldrich Co. e foram usados como recebidos sem purificação adicional.

O complexo Sb foi sintetizado de acordo com um método relatado [22]. Sb ₂ O ₃ (1,0 mmol) foi misturado com uma solução de etanol (2,0 mL) e CS ₂ (1,5 mL) com agitação magnética à temperatura ambiente. Em seguida, n-butilamina (2,0 mL) foi adicionada à solução lentamente sob agitação contínua por pelo menos 30 min para obter uma solução homogênea de butilditiocarbamatos de antimônio (Sb (S ₂ CNHC ₄ H ₉ ) ₃ ) Posteriormente, 2 mL desta solução foram diluídos com 1 mL de etanol para formar o complexo Sb.

Fabricação de dispositivos

O tipo plano Sb ₂ S ₃ as células solares neste estudo têm uma estrutura típica de FTO / c-TiO ₂ / Sb ₂ S ₃ / P3HT / Au, onde P3HT é empregado como o HTL. O c-TiO ₂ camada foi depositada em uma superfície de FTO limpa por revestimento giratório de uma solução mista de 2 mL de TTIP, 60 mL de etanol, 0,225 mL de água destilada e 0,03 mL de HNO ₃ a 3000 rpm por 30 s, seguido de recozimento a 500 ° C por 60 min no ar.

Para modificação de superfície usando Cs ₂ CO ₃ , Cs ₂ CO ₃ dissolvido em um CH ₃ OCH ₂ CH ₂ A solução de OH com certas concentrações (1, 3, 5 e 10 mg / mL) foi revestida por rotação em um c-TiO tratado com UV-ozônio de 10 min ₂ camada a 6000 rpm por 45 s. Os filmes foram então tratados termicamente a 150 ° C por 10 min antes do Sb ₂ S ₃ camada foi revestida por rotação.

Para o Sb ₂ S ₃ filmes finos, a solução do complexo Sb foi revestida por rotação a uma velocidade de 6000 rpm por 30 s, após o qual os filmes foram recozidos em um N ₂ - placa quente purgada a 200 ° C por 1 min e 350 ° C por 2 min.

A solução P3HT (10 mg em 1 mL o-DCB) foi revestida por rotação no Sb ₂ S ₃ / c-TiO ₂ / FTO substrato a uma velocidade de 3000 rpm por 60 s, que foi então aquecido em uma placa quente a 100 ° C por 30 min ao ar. Finalmente, o contra-eletrodo Au foi depositado usando um evaporador térmico sob uma pressão de 5,0 × 10 ⁻⁶ Torr. Cada dispositivo tinha uma área ativa de 0,16 cm ² .

Medição e análise

A superfície e as seções transversais do Sb ₂ S ₃ filmes finos foram caracterizados usando microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FE-SEM, S-4800, Hitachi). A morfologia da superfície foi estudada usando microscopia de força atômica (AFM, Park NX10, Park Systems). As propriedades ópticas do c-TiO ₂ foram determinados usando um UV-Vis (Lambda 750, Perkin Elmer). A tensão-densidade de corrente ( J - V ) as características foram determinadas usando um sistema de medição de célula solar especializado equipado com um eletrômetro (modelo 2400, Keithley) e simulador solar (91192, Newport) com uma lâmpada de arco de xenônio de 1 kW (Oriel). A intensidade da luz foi ajustada para um sol (100 mW / cm ² ) sob condições de irradiação solar AM 1.5G usando um medidor de energia radiante (modelo 70260, Oriel). A resistência em série ( R _S ) e resistência de derivação ( R _SH ) foram calculados a partir da inclinação do J correspondente - V curvas além de V _OC e J _SC , respectivamente. A eficiência quântica externa (EQE) foi medida por um sistema de medição de eficiência quântica QuantX-300 (Newport) equipado com uma lâmpada de 100 W. Xenon. As informações estruturais do FTO / c-TiO ₂ (/ Cs ₂ CO ₃ ) a amostra foi caracterizada por um sistema de difração de raios-X multifuncional (XRD) (Empyrean, PANalytical) com θ -2 θ modo a uma taxa de varredura de 0,05 ° / seg. O estado eletrônico e o nível de energia foram analisados usando espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS) e espectroscopia de fotoelétrons ultravioleta (UPS) em um ambiente de ultra-alto vácuo (ESCALAB 250Xi, Thermo Scientific). Os espectros UPS e XPS foram obtidos usando a linha He I (hν =21,2 eV) e a fonte de radiação Al Kα (hν =1486,6 eV), respectivamente. O perfil de profundidade XPS foi obtido usando Ar ⁺ - pistola de íons de cluster e taxa de corrosão de 1 Å / seg.

Resultados e discussão

A Figura 1a mostra um esquema da estrutura do dispositivo. A camada inferior é composta por c-TiO ₂ camadas em um substrato de vidro / FTO atuando como transportador de elétrons. A luz é absorvida pelo Sb ₂ S ₃ camada, enquanto os orifícios são transportados pelo P3HT HTL e coletados no contra-eletrodo Au.

a Esquema da estrutura do dispositivo do tipo plano Sb ₂ S ₃ células solares. b Sb ₂ S ₃ processo de fabricação de filme fino usando o método FCA

O Sb ₂ S ₃ camada absorvente foi depositada através do FCA usando o precursor do complexo Sb para obter tamanhos de grão muito grandes. O precursor foi decomposto termicamente ao estado amorfo a 200 ° C por 1 min e ao estado cristalino a 350 ° C por 2 min (Fig. 1b). A imagem SEM mostrada na Fig. 2 indica um tamanho de grão muito grande, que é quase o mesmo que o Sb ₂ S ₃ morfologia de filme fino relatada por Wang et al. [22].

a Vista superior e b imagens SEM em corte transversal de Sb ₂ S ₃ camada absorvente após recozimento a 350 ° C por 2 min

A eficiência do Sb tipo planar ₂ S ₃ a célula solar foi melhorada por meio de tratamento de superfície com Cs ₂ CO ₃ do c-TiO ₂ camada.

As propriedades do dispositivo com base na concentração de Cs ₂ CO ₃ solução foi realizada para determinar o Cs ₂ ideal CO ₃ concentração. A Figura 3a e a Tabela 1 mostram o J - V características para os dispositivos que usam diferentes concentrações de Cs ₂ CO ₃ solução sob iluminação AM 1.5G (100 mW / cm ² ) Quando a concentração é muito baixa (1 mg / mL), há um problema na cobertura total do c-TiO ₂ superfície com Cs ₂ CO ₃ . Porém, se for muito alto (5 e 10 mg / mL), atua como um material dielétrico, resultando em aumento da resistência série e diminuição da eficiência do dispositivo. A concentração ideal de Cs ₂ CO ₃ verificou-se ser 3 mg / mL. (Doravante, “com Cs ₂ CO ₃ tratamento ”significa tratamento usando concentração de 3 mg / mL de Cs ₂ CO ₃ a menos que indicado de outra forma.)

a Densidade de corrente - tensão ( J - V ) características e b Espectros EQE de Sb tipo planar ₂ S ₃ células solares com e sem Cs ₂ CO ₃ tratamento de c-TiO ₂

Como resultado, o dispositivo teve um PCE de 2,83%, V _OC de 0,549 V, J _SC de 10,71 mA / cm ² e FF de 48,14% antes do tratamento. No entanto, após o tratamento com solução de 3 mg / mL, todos esses parâmetros aumentaram significativamente, ou seja, para um V _OC de 0,596 V, J _SC de 11,71 mA / cm ² e FF de 56,89%, resultando em um PCE de 3,97%. Este tratamento resultou em uma melhora de ~ 40% no PCE. O EQE mais alto em toda a faixa de espectro, conforme mostrado na Fig. 3b, indica que a luz é mais eficientemente convertida em corrente levando a um aumento em J _SC por este Cs ₂ CO ₃ tratamento. A partir dos espectros EQE, também podemos ver que o início do EQE em 750 nm corresponde bem a um gap de 1,65 eV para Sb ₂ S ₃ e uma diminuição no EQE de 500 para 650 nm é atribuída à absorção da camada P3HT HTL.

Medimos os padrões de XRD do c-TiO ₂ em substratos de vidro FTO com e sem Cs ₂ CO ₃ tratamento para investigar se Cs ₂ CO ₃ tem efeitos na cristalização do c-TiO ₂ camada e / ou a formação de uma nova fase secundária por espécies difundidas relacionadas com Cs. Não houve mudança no pico de XRD após Cs ₂ CO ₃ tratamento como mostrado na Fig. 4. Isso indica que o Cs ₂ CO ₃ o tratamento tem pouco efeito na estrutura cristalina do c-TiO ₂ e também não cria uma nova fase. Além disso, não houve evidência de uma fase relacionada ao Cs decomposta (óxido de césio, subóxido de césio ou elemento Cs) após o tratamento térmico de Cs ₂ CO ₃ , o que significa que a espessura do Cs ₂ CO ₃ é muito fino. Como mostrado na Fig. 5d, a espessura das espécies relacionadas com Cs foi de cerca de 2 ~ 3 nm, que foi determinada por análise de perfil de profundidade XPS para a amostra de FTO / c-TiO ₂ / Cs ₂ CO ₃ (3 mg / mL). A espessura medida de Cs ₂ CO ₃ (2 ~ 3 nm) está em bom acordo com a análise AFM, que mostra rugosidade superficial melhorada por meio de Cs ₂ CO ₃ tratamento de 9,89 a 8,03 nm (ver Fig. 6a).

Padrões de XRD do c-TiO ₂ em substratos de vidro FTO com e sem Cs ₂ CO ₃ tratamento

Espectros XPS de a varredura de pesquisa e pico Cs 3d, b Pico Ti 2p, c Pico de O 1 s para c-TiO ₂ superfície com e sem Cs ₂ CO ₃ tratamento e d perfil de profundidade para pico Cs 3d para FTO / c-TiO ₂ / Cs ₂ CO ₃ amostra para determinar a espessura da camada relacionada ao Cs

a Imagens AFM (2 μm × 2 μm) da morfologia da superfície e b Espectros de absorção e transmissão de UV-Vis de c-TiO ₂ com e sem Cs ₂ CO ₃ tratamento

Estudamos o estado da superfície do c-TiO ₂ camada usando medições XPS. Os espectros de XPS na Fig. 5 mostram que tanto a varredura de levantamento quanto a varredura de pico Cs 3d indicam claramente a existência de Cs no c-TiO ₂ superfície. Os picos de Ti 2p e O 1 s foram deslocados para energias de ligação mais baixas devido ao Cs ₂ CO ₃ tratamento, o que indica que o Cs ₂ CO ₃ tratamento afetou a estrutura eletrônica do c-TiO ₂ camada. O aparecimento de um ligeiro ombro em ~ 531 eV no espectro de O 1 s pode ser atribuído ao óxido de césio gerado a partir de Cs ₂ CO ₃ decomposição via recozimento a 150 ° C, que tem uma baixa função de trabalho [26].

As imagens AFM na Fig. 6a revelam uma diferença na morfologia da superfície do c-TiO ₂ camada antes e depois de Cs ₂ CO ₃ tratamento. A superfície tornou-se mais lisa e a rugosidade quadrática média (Rg) diminuiu de 9,89 para 8,03 nm após o tratamento. Esta superfície lisa foi útil para aumentar o contato físico entre o c-TiO ₂ (/ Cs ₂ CO ₃ ) camada e o Sb ₂ S ₃ camada, levando a uma diminuição no R _S valor de 11,14 Ω cm ² (sem Cs ₂ CO ₃ ) a 8,82 Ω cm ² (com Cs ₂ CO ₃ ) (ver Tabela 1). O R diminuído _S pode ter contribuído para aumentar o FF de 48,14 para 56,89% [5].

Os espectros de transmitância UV-Vis do c-TiO ₂ filmes com e sem Cs ₂ CO ₃ são mostrados na Fig. 6b. A figura mostra que há pouca mudança na transmitância óptica entre comprimentos de onda de 300 e 800 nm, o que confirma que Cs ₂ CO ₃ o tratamento tem um efeito insignificante na intensidade da luz que atinge o Sb ₂ S ₃ camada.

UPS foi usado para determinar a mudança na função de trabalho do c-TiO ₂ camada antes e depois de Cs ₂ CO ₃ tratamento para investigar o efeito do Cs ₂ CO ₃ em V _OC . Os resultados são mostrados na Fig. 7a. A função de trabalho de c-TiO ₂ diminui em 0,3 eV após Cs ₂ CO ₃ tratamento. Cs ₂ CO ₃ é amplamente utilizado como um material de transporte de elétrons eficiente em muitos dispositivos optoeletrônicos por meio de evaporação térmica ou processo de solução. No entanto, a análise precisa do mecanismo de transporte de elétrons e o tipo de espécies relacionadas ao Cs decompostas que são responsáveis pela propriedade de transporte de elétrons ainda são incertos e controversos. Entre os relatórios anteriores sobre Cs processado por solução ₂ CO ₃ , Liao et al. mostrou que Cs ₂ CO ₃ pode ser decomposto em função de baixo trabalho, semicondutor dopado na forma de Cs ₂ O dopado com Cs ₂ O ₂ após o recozimento térmico a 150 ° C usando a análise XPS [26]. Esta forma de óxido de césio dopado pode atuar como um semicondutor do tipo n com função de trabalho intrinsecamente baixa, o que pode contribuir para a redução da função de trabalho do c-TiO ₂ em nosso sistema. Além disso, não houve mudança no início da absorção, conforme mostrado na Fig. 6b, indicando pouca mudança no bandgap óptico do c-TiO ₂ após o tratamento.

a Espectros UPS de c-TiO ₂ , b diagrama de nível de energia e c princípio operacional proposto do tipo plano Sb ₂ S ₃ células solares com e sem Cs ₂ CO ₃ tratamento

O diagrama da banda de energia na Fig. 7b mostra que o nível de energia da banda de condução de c-TiO ₂ mudou para uma energia mais baixa em 0,3 eV. Essa mudança leva não apenas a um V melhorado _OC devido a um aumento no potencial integrado ( V _BI ) dentro dos dispositivos, mas também um aumento J _SC devido ao alinhamento do nível de energia entre c-TiO ₂ e Sb ₂ S ₃ para reduzir a barreira de transporte de carga na interface. O princípio operacional proposto é ilustrado na Fig. 7c. Na condição de circuito aberto, a banda de condução deslocada do c-TiO ₂ camada por Cs ₂ CO ₃ o tratamento leva ao aumento de V _BI , o que contribui para a melhoria do V _OC . Ao mesmo tempo, o aumento do V _BI resulta na maior curvatura da banda de energia do Sb ₂ S ₃ camada sob condições de curto-circuito e, portanto, os elétrons fotogerados podem se mover rapidamente em direção ao c-TiO ₂ camada. Este transporte rápido de elétrons é atribuído a causar o aumento J _SC e FF. Assim, o Cs ₂ CO ₃ tratamento em c-TiO ₂ camada pode aumentar tanto V _OC e J _SC simultaneamente, levando ao PCE aprimorado. Portanto, Cs ₂ CO ₃ é um material promissor para c-TiO ₂ modificação da superfície, pois melhora o desempenho do dispositivo, alterando a função de trabalho e melhorando as propriedades de transporte de elétrons.

Conclusões

Cs ₂ CO ₃ foi considerado um modificador de superfície eficaz para aumentar a capacidade de transporte de carga do c-TiO ₂ camada de transporte de elétrons (ETL) para Sb do tipo planar ₂ S ₃ células solares. Os dados da UPS mostram que Cs ₂ CO ₃ o tratamento pode mudar a função de trabalho do c-TiO ₂ para cima, possivelmente aumentando o potencial embutido do dispositivo e reduzindo a barreira de energia para o transporte de carga. O c-TiO ₂ a superfície tornou-se mais lisa após Cs ₂ CO ₃ tratamento, resultando em maior contato físico com o Sb ₂ S ₃ absorvedor. O desempenho da célula solar foi significativamente melhorado em todos os parâmetros simultaneamente, incluindo V _OC , J _SC e FF. Isso resultou em um aumento no PCE de 2,83 para 3,97%, um aumento de quase 40%. Este estudo mostra que o tratamento de superfície usando compostos inorgânicos como Cs ₂ CO ₃ desempenhará um papel importante no desenvolvimento de Sb do tipo planar altamente eficiente ₂ S ₃ células solares.