RU203663U1 - Полупроводниковое устройство на основе запассивированного органо-неорганического перовскита - Google Patents

Полупроводниковое устройство на основе запассивированного органо-неорганического перовскита Download PDF

Info

Publication number
RU203663U1
RU203663U1 RU2020134171U RU2020134171U RU203663U1 RU 203663 U1 RU203663 U1 RU 203663U1 RU 2020134171 U RU2020134171 U RU 2020134171U RU 2020134171 U RU2020134171 U RU 2020134171U RU 203663 U1 RU203663 U1 RU 203663U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
perovskite
passivated
semiconductor
layer
cation
Prior art date
Application number
RU2020134171U
Other languages
English (en)
Inventor
Григорий Андреевич Верхоглядов
Дмитрий Станиславович Гец
Анвар Абдулахадович Захидов
Сергей Владимирович Макаров
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО)
Priority to RU2020134171U priority Critical patent/RU203663U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU203663U1 publication Critical patent/RU203663U1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infra-red radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infra-red radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256Semiconductor devices sensitive to infra-red radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material

Abstract

Полезная модель относится к физике и технологии полупроводниковых приборов, а именно к полупроводниковому устройству на основе органо-неорганического перовскита, способному работать как солнечный элемент или светодиод, и может использоваться в энергетике, промышленности и в других областях. Полупроводниковое устройство на основе запассивированного органо-неорганического перовскита состоит из анода, дырочного транспортного слоя, запассивированного слоя перовскита, электронного транспортного слоя, дырочно-блокирующего слоя и катода, при этом в запассивированном слое перовскита галогенид первого или второго катиона находится в избытке в количестве от 2% до 25% по массе. Техническим результатом данной полезной модели является полупроводниковое устройство на основе запассивированного перовскита с улучшенными параметрами. Данное устройство показывает лучшие значения квантового выхода фотолюминесценции, времени жизни фотолюминесценции и коэффициент полезного действия, а также демонстрирует смещение пика электролюминесценции в видимую область.

Description

Полезная модель относится к физике и технологии полупроводниковых приборов, а именно к полупроводниковому устройству на основе органо-неорганического перовскита, способному работать как солнечный элемент или светодиод, и может использоваться в энергетике, промышленности и в других областях.
Известно устройство «Запассивированный перовскитный светодиод и метод его изготовления» (Заявка KR №101899428 В1, МПК H01L 33/02; H01L 33/44; H01L 2924/12041, дата приоритета 10.04.2017, дата публикации 17.09.2018), «Passivated perovsikite light-emitting diodes and preparation method thereof». Конструкция данного устройства представляет собой анод, дырочный транспортный слой, перовскитный фотоактивный слой, слой пассивирующих агентов, электронный транспортный слой и катод. Все эти слои последовательно наносят на стеклянную подложку. Добавление таких пассиваторов, как этилендиамин и полиэтеленимин усложняют технологический процесс изготовления устройств из-за необходимости нанесения дополнительного слоя, а также не способны повлиять на сегрегацию в перовскитах со смешанным анионом.
Известно устройство «Металло-галогенидный перовскит и фотовольтаическое устройство, содержащие пассирующие агенты» (Заявка JP №2019096891 А, МПК H01L 31/02167; H01L 31/077; H01L 31/1868, дата приоритета 05.08.2014, дата публикации 20.06.2019), «Metal halide perovskite and photovoltaic device containing passivation agent». Конструкция данного устройства представляет собой анод, дырочный транспортный слой, перовскитный фотоактивный слой с добавлением пассивирующих агентов, электронный транспортный слой и катод. В данном устройстве используются органические пассиваторы большие по размеру, чем первый катион. Такие пассиваторы способны замещать катионные и анионные дефекты в перовските. Однако использование таких пассивирующих агентов не влияет на положения пика фото- и электролюминесценции в полученных устройствах.
Известно устройство с применением «Пассивации поверхностных дефектов перовскита цвиттерионными аминокислотами» (Заявка US №20190164699 А1, МПК H01L 51/448; H01L 51/0003; H01L 51/4253, дата приоритета 15.01.2019, дата публикации 30.05.2019), «Perovskite surface defect passivation using zwitterionic amino acids», принятое авторами за прототип. Конструкция данного устройства представляет собой катод, дырочно-блокирующий слой, электронный транспортный слой, слой перовскита, запассивированный дополнительным слоем цвиттерионной аминокислоты, дырочный транспортный слой и анод. Цвиттерионные аминокислоты пассивируют катионные и анионные дефекты перовскита, однако, такая пассивация повышает параметры солнечного элемента, но не улучшают оптические параметры светодиода и не влияют на положение пика люминесценции.
Техническим результатом данной полезной модели является полупроводниковое устройство на основе запассивированного перовскита с улучшенными параметрами. Данное устройство показывает лучшие значения квантового выхода фотолюминесценции, времени жизни фотолюминесценции и коэффициент полезного действия, а также демонстрирует смещение пика электролюминесценции в видимую область.
Сущность полезной модели заключается в том, что полупроводниковое устройство состоит из катода, дырочного транспортного слоя, запассивированного слоя органо-неорганического перовскита, электронного транспортного слоя, дырочно-блокирующего слоя и анода, при этом в запассивированном слое перовскита галогенид первого или второго катиона находится в избытке в количестве от 2% до 25% по массе.
В данной полезной модели в качестве фотоактивного слоя выступает слой органо-неорганического перовскита, запассивированный добавлением избытка галогенида одного из катионов. Перовскит имеет формулу АВХ3, где А это органический катион метиламмония (МА) или формамидиния (FA) или их комбинация, в качестве катиона В используется свинец (Pb), а X - это анион, состоящий из комбинации йода (I) и брома (Br), также возможно добавление хлора (Cl).
Ионы в перовските способны двигаться по кристаллической решетке и тем самым образуют дефекты, например вакансии, концентрация которых максимальна на поверхности. Дефекты служат центрами безызлучательной рекомбинации, что уменьшает эффективность солнечных элементов и светодиодов на основе перовскитов. Вакансии галогенов также выступают в качестве каналов для сегрегации перовскитов со смешанным анионом, которая приводит к образованию областей из-за образования областей, обогащенных одним анионом, через которые происходит вся люминесценция и приводит к смещению пика люминесценции в более длинноволновую область. Образование таких сегрегированных областей происходит на поверхности из-за высокой концентрации галогенных вакансий.
Пассивирующие агенты способны взаимодействовать с вакансиями на поверхности перовскита и сокращать общее количество поверхностных дефектов, что ведет к сокращению числа актов безизлучательной рекомбинации и улучшает оптические параметры светодиодов и солнечных элементов. Помимо улучшения эффективности, пассивация поверхностных дефектов позволяет подавить сегрегацию в перовскитах со смешанным анионом. Пассивация этих дефектов позволяет предотвратить образование сегрегированных областей и подавить сегрегацию.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется фигурами 1-3, где на Фиг. 1 представлена структура полупроводникового устройства на основе запассивированного органо-неорганического перовскита.
Устройство состоит из полупрозрачного анода - оксида индия-олова (1ТО) 1, на котором расположен дырочный транспортный слой PEDOT:PSS 2, запассивированный слой перовскита со смешанным анионом и органическим катионом с избытком первого или второго катиона 3, электронный транспортный слой фуллеренов С60 4, дырочно-блокирующий слой фторида лития (LiF) 5, серебряный катод 6 и электроды 7 и 8.
На Фиг. 2 показано зерна перовскита 9 без пассивации галогенидами первого или второго катиона. На рисунке показано зерно с поверхностными вакансиями первого или второго катиона 10 и вакансиями галогенидов 11.
На Фиг. 3 показано зерно перовскита 9 после пассивации галогенидами первого или второго катиона. Вакансии на поверхности зерна перовскита 9 занимаются пассивирующим агентом, состоящим из галогена 12 и первого или второго катиона перовскита 13.
Данная полезная модель может быть реализована в полупроводниковых устройствах на основе органо-неорганического перовскита с избытком первого или второго катиона, которые способны работать как солнечный элемент или светодиод. Добавления избытка галогенида первого или второго катиона способно оказать положительное влияние на параметры устройства, избыток первого катиона позволяет улучшить параметры солнечного элемента, избыток второго катиона улучшает параметры светодиода.
Добавления избытка галогенида первого катиона в количестве от 2% до 25% по массе, например, бромида, иодида или хлорида метиламмония или формамидиния (MABr, MAI, MACl, FABr, FAI, FACl) или второго катиона в количестве от 2% до 25% по массе, например, бромида, иодида или хлорида свинца (PbBr2, PbI2, PbCl2) или же псевдогалогенида свинца, например ацетата свинца (Pb(ас)2), позволяет запассивировать поверхностные вакансии первого и второго катиона 10, а также вакансии галогенов 11, что выражается в улучшении параметров устройств, таких как квантового выхода фотолюминесценции (PLQE) в 2.5 раза с 4% до 10%. Квантовый выход фотолюминесценции показывает отношение количества актов излучательной рекомбинации к общему количеству актов рекомбинаций. Также в увеличении времени жизни фотолюминесценции в 1.5 раза, которое говорит об уменьшении общего числа дефектов, что подтверждает пассивирующие свойства избытка галогенида первого или второго катиона.
Избыток галогенида первого катиона также приводит к увеличению параметров полупроводникового устройства в режиме солнечного элемента, что отражается в увеличении на плотности тока короткого замыкания с 8.4 мА/см2 до 10.1 мА/см2, напряжения открытой цепи на с 1 В до 1.1 В, фактора заполнения с 58.7% до 66.9% и коэффициента полезного действия с 4.96% до 7.44%. Избыток галогенида второго катиона эффективно улучшает параметры устройства в режиме светодиода. Что отражается в более значительном увеличении PLQE, чем при избытке первого катиона, а также в смещении пика фото- и электролюминесценции в коротковолновую область с 750 нм до 700 нм для перовскитов с анионным составом, состоящим из смеси брома и йода, что соответствует видимому диапазону. Наиболее эффективное смещение пика в более коротковолновую область получается в результате добавления избытка псевдогалогенида второго катиона - ацетата свинца. Избыток солей свинца пассивирует поверхностные вакансии и образует пассивирующий слой на границе зерен перовскита, который не позволяет ионам мигрировать и оставляет поверхностные состояния запассивированными и препятствуют образованию сегрегированных областей.
Таким образом, полупроводниковое устройство на основе органо-неорганического перовскита с избытком галогенида первого или второго катиона наиболее эффективно для использования в качестве солнечного элемента или светодиода. Благодаря избытку катионов параметры устройств могут быть улучшены, а также сегрегация частично подавляется без использования дополнительных пассиваторов или дополнительных слоев, что упрощает технологию создания и архитектуру устройства.

Claims (1)

  1. Полупроводниковое устройство на основе запассивированного органо-неорганического перовскита, состоящее из анода, дырочного транспортного слоя, запассивированного слоя перовскита, электронного транспортного слоя, дырочно-блокирующего слоя и катода, отличающееся тем, что в запассивированном слое перовскита галогенид первого или второго катиона находится в избытке в количестве от 2% до 25% по массе.
RU2020134171U 2020-10-16 2020-10-16 Полупроводниковое устройство на основе запассивированного органо-неорганического перовскита RU203663U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134171U RU203663U1 (ru) 2020-10-16 2020-10-16 Полупроводниковое устройство на основе запассивированного органо-неорганического перовскита

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134171U RU203663U1 (ru) 2020-10-16 2020-10-16 Полупроводниковое устройство на основе запассивированного органо-неорганического перовскита

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU203663U1 true RU203663U1 (ru) 2021-04-15

Family

ID=75521532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020134171U RU203663U1 (ru) 2020-10-16 2020-10-16 Полупроводниковое устройство на основе запассивированного органо-неорганического перовскита

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU203663U1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160380125A1 (en) * 2013-12-17 2016-12-29 Isis Innovation Limited Photovoltaic device comprising a metal halide perovskite and a passivating agent
RU2645221C1 (ru) * 2016-09-30 2018-02-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Перовскитная солнечная ячейка и способ ее изготовления
KR101899428B1 (ko) * 2017-04-10 2018-09-17 울산과학기술원 부동태화된 페로브스카이트형 발광다이오드 및 이의 제조방법
US20190164699A1 (en) * 2017-02-17 2019-05-30 Nutech Ventures Perovskite surface defect passivation using zwitterionic amino acids
RU195827U1 (ru) * 2019-11-01 2020-02-06 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования"Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Перестраиваемый светодиод на основе перовскита с модификацией интерфейса

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160380125A1 (en) * 2013-12-17 2016-12-29 Isis Innovation Limited Photovoltaic device comprising a metal halide perovskite and a passivating agent
RU2645221C1 (ru) * 2016-09-30 2018-02-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Перовскитная солнечная ячейка и способ ее изготовления
US20190164699A1 (en) * 2017-02-17 2019-05-30 Nutech Ventures Perovskite surface defect passivation using zwitterionic amino acids
KR101899428B1 (ko) * 2017-04-10 2018-09-17 울산과학기술원 부동태화된 페로브스카이트형 발광다이오드 및 이의 제조방법
RU195827U1 (ru) * 2019-11-01 2020-02-06 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования"Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) Перестраиваемый светодиод на основе перовскита с модификацией интерфейса

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Inverted Quantum-Dot Light Emitting Diode Using Solution Processed p-Type WO x Doped PEDOT: PSS and Li Doped ZnO Charge Generation Layer
Thambidurai et al. Improved photovoltaic performance of triple-cation mixed-halide perovskite solar cells with binary trivalent metals incorporated into the titanium dioxide electron transport layer
Cheng et al. Efficient all-inorganic perovskite light-emitting diodes with improved operation stability
Yan et al. LEDs using halide perovskite nanocrystal emitters
Yang et al. Low-temperature interfacial engineering for flexible CsPbI 2 Br perovskite solar cells with high performance beyond 15%
RU195827U1 (ru) Перестраиваемый светодиод на основе перовскита с модификацией интерфейса
Wang et al. Enhanced perovskite solar cells with cesium-doped TiO2 compact layer
Ji et al. Halide Perovskite Light‐Emitting Diode Technologies
Chen et al. Identifying, understanding and controlling defects and traps in halide perovskites for optoelectronic devices: a review
Lee et al. Dimensionality and defect engineering using fluoroaromatic cations for efficiency and stability enhancement in 3D/2D perovskite photovoltaics
RU203663U1 (ru) Полупроводниковое устройство на основе запассивированного органо-неорганического перовскита
Wu et al. Progress and perspective on CsPbX3 nanocrystals for light emitting diodes and solar cells
Yang et al. Improved current efficiency of quasi-2D multi-cation perovskite light-emitting diodes: the effect of Cs and K
Litvin et al. Carbon Nanoparticles as Versatile Auxiliary Components of Perovskite‐Based Optoelectronic Devices
US20210054288A1 (en) Crystal defects mitigating agents for high power conversion efficiency and stability of perovskyte photovoltaic devices
KR101899428B1 (ko) 부동태화된 페로브스카이트형 발광다이오드 및 이의 제조방법
Gelloz et al. Enhancing the external quantum efficiency of porous silicon LEDs beyond 1% by a post-anodization electrochemical oxidation
Xu et al. Grain size control for high-performance formamidinium-based perovskite solar cells via suppressing heterogenous nucleation
Ling et al. A Perspective on the Commercial Viability of Perovskite Solar Cells
He et al. 40.1% Record Low‐Light Solar‐Cell Efficiency by Holistic Trap‐Passivation using Micrometer‐Thick Perovskite Film
Guo et al. Phase Tailoring of Ruddlesden–Popper Perovskite at Fixed Large Spacer Cation Ratio
Ren et al. Advances and Challenges in Two-Dimensional Organic–Inorganic Hybrid Perovskites Toward High-Performance Light-Emitting Diodes
CN110690354A (zh) 一种钙钛矿发光二极管及其制备方法
Wan Interface passivation strategy improves the efficiency and stability of organic–inorganic hybrid metal halide perovskite solar cells
KR101257492B1 (ko) Sb 또는 InP 도핑을 이용한 실리콘 양자점 태양전지 및 그 제조방법