Influence of the reagents’ ratio on photoelectric and optical properties of perovskite films for photovoltaics

• Veröffentlicht in: Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics
• Datum: 2021
• Hauptverfasser: Kostylyov, V.P., Sachenko, A.V., Sokolovskyi, I.O., Vlasiuk, V.M., Torchyniuk, P.V., V’yunov, O.I., Belous, A.G., Shkrebtii, A.I.
• Format: Artikel
• Sprache: Englisch
• Veröffentlicht: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2021
• Schlagworte: Optics
• Online Zugang: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/216226
• Назва журналу: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Zitieren: Influence of the reagents’ ratio on photoelectric and optical properties of perovskite films for photovoltaics / V.P. Kostylyov, A.V. Sachenko, I.O. Sokolovskyi, V.M. Vlasiuk, P.V. Torchyniuk, O.I. V’yunov, A.G. Belous, A.I. Shkrebtii // Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics. — 2021. — Т. 24, № 3. — С. 295-303. — Бібліогр.: 28 назв. — англ.

The properties of the synthesized films of organic-inorganic perovskites CH₃NH₃PbI₃ obtained at various ratios of starting reagents (PbI₂ and CH₃NH₃I) have been studied. As a solvent, we used chemically pure dried dimethylformamide (DMF). Organic-inorganic perovskites are promising for photovoltaic applications. It has been shown that regardless of the ratio of the starting reagents, single-phase perovskites are formed, and at the same time, the microstructure of the films changes significantly. It has been reported that the photoelectric and optical properties of synthesized films, namely, experimental and theoretical spectral dependences of the low-signal surface photovoltage and transmission. The band gap and the Urbach parameter dependence on the ratio of precursors were determined. It has been found that the materials’ band gap depends on the ratio of precursors and equals 1.59, 1.62, and 1.57 eV, while the characteristic Urbach energy equals 18, 19, and 22 meV for the PbI₂:CH₃NH₃I films with PbI2 ratios of 1:1, 1:2, and 1:3, respectively. It has been ascertained that the spectral dependences of the low-signal surface photovoltage are much more sensitive to the material microstructure and its electronic structure close to the absorption edge, while the optical transmission spectra are not so sensitive. The limiting value of the short-circuit current density for the films with different PbI₂ and CH₃NH₃I ratios has been determined. У цій роботі досліджено властивості синтезованих плівок органічно-неорганічних перовскітів CH₃NH₃PbI₃, отриманих при різних співвідношеннях вихідних реагентів (PbI₂ і CH₃NH₃I). Як розчинник використовували хімічно чистий висушений диметилформамід (ДМФ). Органічно-неорганічні перовскіти є перспективними для застосування в галузі фотовольтаїки. Було показано, що незалежно від співвідношення вихідних реагентів утворюються однофазні перовскіти, при цьому мікроструктура плівок суттєво відрізняється. У роботі досліджено фотоелектричні та оптичні властивості синтезованих плівок, а саме: отримано експериментальні та теоретичні спектральні залежності малосигнальної поверхневої фотонапруги та пропускання. Визначено ширину забороненої зони і залежність параметра Урбаха від співвідношення реагентів. Було встановлено, що ширина забороненої зони отриманих плівок залежить від співвідношення реагентів і дорівнює 1,59, 1,62 та 1,57 еВ, тоді як характерна енергія Урбаха дорівнює 18, 19 та 22 меВ для плівок, отриманих зі співвідношенням PbI₂:CH₃NH₃I 1:1, 1:2 та 1:3 відповідно. Установлено, що спектральні залежності малосигнальної поверхневої фотонапруги набагато більш чутливі до мікроструктури матеріалу та його електронної структури біля краю поглинання, тоді як оптичні спектри пропускання не такі чутливі. Визначено граничне значення густини струму короткого замикання для плівок, отриманих при різному співвідношенні між PbI₂ та CH₃NH₃I.