Processing Temperature Effect on Optical and Morphological Parameters of Organic Perovskite CH3NH3PbI3 Prepared Using Spray Pyrolysis Method

Abstract

Поновлювані джерела енергії фактично знаходяться в експоненційній еволюції, щоб з'ясувати природну, дешеву, захищену та безпечну альтернативу для енергетичних ресурсів палива. Останнім часом досліджено різні способи осадження шарів перовскітних матеріалів у фотоелектричних застосуваннях з метою розуміння впливу зовнішніх параметрів на характеристики сонячних елементів, такі як щільність струму короткого замикання (Jsc), напруга розімкнутого ланцюга (Voc), коефіцієнт заповнення (FF) і ефективність перетворення енергії (PCE). У даній роботі метод осадження спрейпіролізом з рухомим соплом був використаний для виготовлення шару матеріалу органічнонеорганічного перовскіту. У цьому контексті три зразка матеріалу органічного перовскіту CH3NH3PbI3 були осаджені при різних температурах обробки 70 °C, 80 °C та 100 °C при умовах навколишнього середовища, щоб з’ясувати вплив температури на різні оптичні та морфологічні параметри, а саме: форму шару, ширину забороненої зони та енергію Ауербаха. Тому ширина забороненої зони кожного зразка розраховувалася за допомогою спектру оптичного пропускання (УФ-видимий спектрофотометр Shimadzu, Модель 1800), і кожна оптична характеристика отримувалася скануючим електронним мікроскопом (SEM:FEI Quanta 250 з вольфрамовою ниткою). Було встановлено, що енергія Ауербаха зменшується зі збільшенням температури обробки, даючи мінімальне значення 0.66 еВ при 100 °С, що також відповідає кращому значенню ширини забороненої зони 1.49 еВ. Крім того, слід зазначити, що з аналізу SEM морфологія шару перовскіту CH3NH3PbI3 краща при високому значенні температури обробки у порівнянні з нижчими температурами. Отримані результати заохочують використання перовскіту CH3NH3PbI3 обробленого за температури 100 °C для високоефективних сонячних елементів нового покоління.

Renewable energy is actually in exponential evolution to find out a natural, low price, secured and safe alternative for fuel energy resources. Recently, different layer deposition methods of perovskite materials are investigated in photovoltaic applications in order to understand the effect of ambient parameters on solar cell characteristics such as short circuit current density (Jsc), open circuit voltage (Voc), fill factor (FF) and power conversion efficiency (PCE). In this paper, the spray pyrolysis deposition method with a moving nozzle has been used to fabricate the organic-inorganic perovskite material layer: methylammonium lead triiodide CH3NH3PbI3 (MAPbI3). In this context, three samples of organic perovskite CH3NH3PbI3 material have been deposited under various processing temperatures; 70 °C, 80 °C and 100 °C at ambient conditions in order to deduce the effect of temperature on different optical and morphological parameters, namely, layer form, band gap and Auerbach energy. Therefore, each sample's band gap was calculated using optical transmittance spectrum (UV-visible spectrophotometer Shimadzu, Model 1800) and each optical characteristic was made through scanning electron microscope (SEM:FEI Quanta 250 with a tungsten filament). It is found that Auerbach energy decreases with increasing processing temperature giving the lower value of 0.66 eV at 100 °C, which also corresponds to the better band gap value of 1.49 eV. In addition, it is to note that from SEM analysis, the layer morphology of perovskite CH3NH3PbI3 is better with high processing temperature value in comparison with lower ones. The obtained results are encouraging for use the 100 °C processed perovskite CH3NH3PbI3 for new generation high efficiency solar cell applications.