Manifestation of the Enhanced Photovoltaic Performance in Eco-Friendly AgBiS2 Solar Cells Using Titanium Oxynitride as the Electron Transport Layer

材料科学 太阳能电池 光电子学 光伏系统 带隙 X射线光电子能谱 化学工程 冶金 电气工程 工程类
作者
S. Akhil,R. Mithun Prakash,Mohammed Jalalah,Mabkhoot Alsaiari,Farid A. Harraz,M. Sakar,R. Geetha Balakrishna
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:36 (23): 14393-14402 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.2c02287
摘要

In this study, titanium oxynitride with empirical composition of TiON is developed using a sol–gel and ammonia-gas-assisted thermal nitridation process. The obtained TiON phase is employed as the photoanodic electron transport layer (ETL) in a silver bismuth sulfide (AgBiS2) quantum-dot-sensitized solar cell (QDSSC) device and compared to a QDSSC consisting of commercial TiO2 as the ETL. The obtained X-ray photoelectron spectroscopy spectra and Mott–Schottky plots of the samples suggested that the valence and conduction bands of TiON are significantly shifted (EVB = 2.9 eV and ECB = −0.3 eV) with respect to that of TiO2 (EVB = 1.88 eV and ECB = −0.51 eV), which eventually decreased its band gap energy to 2.46 eV compared to TiO2 (3.2 eV). A decrease in the charge transfer resistance (Rct = 38.2 Ω) and improvement in carrier lifetime (τ = 5.3 ms) are observed in the developed TiON device. The work also endorses the use of eco-friendly green quantum dots of AgBiS2 as photoabsorbers in solar cells. Although the photovoltaic performance is not found to be greater, the demonstration of the enhanced performance of the TiON-based device with ∼50% enhancements, owing to its improved open circuit voltage and current density by 20 and 35%, is achieved in this work. Titanium oxynitride can, hence, be considered a suitable alternative to existing commercial TiO2 in all applications that involve solar energy conversion.

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