Summary
这个协议描述无机纳米晶体层的合成和溶液沉积由层产生对非导电性表面上的薄膜电子器件。溶剂稳定的油墨能够产生在玻璃基板上通过旋涂和喷涂以下后沉积配体交换和烧结完成的光伏器件。
Abstract
我们证明用于从旋制备完全溶液处理无机太阳能电池的方法和喷雾纳米油墨的涂层沉积。对于光活性吸收层，胶体CdTe和CdSe纳米晶（3-5纳米）使用的惰性热喷射技术合成和沉淀清洗以除去过量的起始试剂。同样，金的纳米晶体（3-5纳米）的环境条件下合成并溶解在有机溶剂中。另外，对于透明导电氧化铟锡（ITO）膜前体溶液是从与反应性氧化剂成对铟和锡的盐的溶液制备。层 - 层，这些解决方案被沉积到下面的退火（200-400℃），以建立所述纳米晶体的太阳能电池（玻璃/ ITO /的CdSe / CdTe的/金）的玻璃基板。预退火配体交换所需的硒化镉和碲化镉纳米晶体薄膜的地方在NH 4氯浸：甲醇代替长链本土联赛NDS小无机氯-阴离子。 氯化铵 （多个）被发现充当烧结反应（作为无毒替代常规的CdCl 2（S）处理）的催化剂加热时导致晶粒生长（136±39纳米）。所制备的膜的厚度和粗糙度的特征在于用SEM和光学轮廓。 FTIR用于确定在烧结之前配体交换的程度，和XRD用来验证每种材料的结晶度和相。紫外/可见光谱显示高可见光透过ITO层和热退火后红移的镉硫族化合物纳米晶体的吸收传输。完成器件的电流 - 电压曲线之下模拟一个太阳照度测定。在沉积技术和配位体交换过程中所用的试剂的微小差异已显示出对器件性能产生深远的影响。在这里，我们研究CHEMI的影响卡尔（烧结和配体交换剂）和光生伏打器件的性能物理处理（溶液浓度，喷雾压力，退火时间和退火温度）。
Introduction
由于其独特的新兴性质，无机纳米晶体的油墨已经在广泛的电子设备，包括光电，1找到的应用程序- 6发光二极管，7，8电容器9和晶体管10这是由于出色的电子的组合和无机材料和纳米级的溶液相容的光学性质。散装无机材料通常不溶于，因此仅限于高温，低气压真空沉积。然而，在用有机配位体壳的纳米制备时，这些材料可分散在有机溶剂中，并从溶液中沉积（滴，浸涂，旋，喷雾涂层）。这种自由与电子设备外套大和不规则表面减少了这些技术的成本，同时也不断扩大可能的特殊应用。6,11 12
镉（II），碲化（碲化镉），镉（II）的硒化物（硒化镉），镉（II）的硫化物（CDS）和氧化锌的溶液处理（ZnO）的无机半导体的有源层，导致到达效率（ƞ）光伏器件为金属碲化镉肖特基结的CdTe /铝（ƞ= 5.15％）13，14和异质结的CdS / CdTe的（ƞ= 5.73％），15的CdSe / CdTe的（ƞ= 3.02％），16，17的ZnO /碲化镉（ƞ= 7.1 ％，12％）。18，19在相反的散装CdTe器件真空沉积，这些纳米晶体膜必须经过配体交换之后沉积以除去天然和绝缘长链有机配位体通过薄膜禁止有效的电子传输。此外，烧结CD-（S，硒，碲）必须在一个合适的盐的催化剂的存在下在加热过程中发生。最近，有人˚Found即无毒氯化铵（NH 4 Cl）的可以用于此目的作为用于通常使用的镉（Ⅱ）氯化物置换（CDCL 2）20通过在氯化铵沉积的纳米晶体薄膜浸渍：甲醇溶液，与暴露于热活化氯化铵烧结催化剂同时发生的配位体交换反应。这些制备的薄膜被加热层-层来构建光活性层的所需的厚度。21
在透明导电膜的最新进展（金属纳米线，石墨烯，碳纳米管，燃烧处理铟锡氧化物）和导电性金属纳米晶体的油墨导致的建立在任意的非导电表面的柔性或弯曲的电子设备的制造。22，23在此介绍中，我们证明包括有源层（CdTe和CdSe纳米晶），每个前体油墨溶液的制备中，transpa租导电氧化物电极（ 即 ，氧化铟掺杂的锡，ITO）和背面金属接触以从溶液中处理完全构建完成的无机太阳能电池。24在这里，我们突出显示非导电性的喷涂工艺和器件层图案形成结构玻璃。这种详细的视频协议旨在帮助研究者谁是设计和建造的解决方案处理后的太阳能电池;然而，这里所描述的相同的技术可应用于广泛的电子设备。
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Protocol
注意：使用前请咨询各相关材料安全数据表（MSDS）。许多前体的解决方案和产品都是有害或致癌。应特别注意针对由于出现的相比，他们的同行批量独特的安全担忧的纳米材料。适当的防护设备应在此过程中可以穿在任何时候（护目镜，面罩，手套，实验室外套，长裤和封闭趾鞋）。
1.前体纳米晶油墨的合成
- 的CdSe和CdTe油墨18，25
- 在惰性气氛手套箱中，为碲化镉（或0.1527克（0.0019摩尔）硒（Se）为硒化镉）粉末4.39克（0.012摩尔）三辛基膦（TOP）到5结合0.24克（0.0019摩尔）碲（Te）圆底烧瓶（RBF）。
- 密封此瓶用橡胶隔膜和从手套箱取出用于在加热的（60℃）声处理（40千赫）水浴，直到所有的固体Te或Se的溶解（约20分钟）。拨款50毫升1-十八（1-ODE）的。
- 单独地，在一个清洁干燥的3颈250毫升RBF有磁力搅拌棒的，结合0.48克（0.0037摩尔）镉（II）氧化物（CDO）粉末4.29克（0.015摩尔）油酸（OA）和76毫升的1-十八碳烯。检查是否使用前缺陷玻璃器皿，并组装所有玻璃 - 玻璃接头高温真空润滑脂。
- 通过在Schlenk线玻璃器皿离开RBF自由的至少一个颈部注入TOP-硫族化物的前体连接于低流量向烧瓶真空泵和惰性气体（氩，Ar或氮气N 2）源。将温度探头直接进入从脖子和密封件的一个解决方案。
- 设置在最高转速下搅拌和30分钟设定在真空下温度为110℃。
注：超过250 ℃，可能会降低由从无色到的颜色变化指示的油酸成分黄色。 - 从真空切换到惰性气体来构建在烧瓶一个轻微的正压力。调整气体到低压（约1磅）的流动。气泡应该在1-5赫兹的在油鼓泡器的频率来形成。
- 另外准备一个玻璃颈部伸展用橡胶隔膜突破。附加注射器针头油管上舒伦克线。
- 皮尔斯注射器针头插入隔膜，使压力释放。记得要轻轻润滑脂真空润滑脂关节。
- 在这个时候，迅速从反应烧瓶中取出顶部玻璃塞，用玻璃扩展替换它。过量的惰性气体将流过烧瓶中，这将有气泡从油鼓泡新兴来指示。
- 关闭原始惰性气体源，并打开第二排气孔，以允许合成的其余时间里惰性气体的缓慢受控流入烧瓶的顶部。
- 增加溶液至26的温度0 ℃，碲化镉（250℃，硒化镉），并等待直至溶液从浅棕色完全无色透明的曲折。
- 一旦达到所需的反应温度，通过提取TOP-硫族化物的前体和另外5毫升1- ODE制备用于注射的注射器。
- 在一个步骤中，除去加热套，在连续搅拌并迅速注入TOP-硫属化物/ 1- ODE混合物。
- 允许溶液冷却至室温（〜30分钟）并监视颜色的变化作为量子受限粒子种子形成和生长成较大的纳米晶体。的CdSe是深红色和CdTe是深褐色。
- 直接向烧瓶中加入25毫升庚烷和100毫升乙醇中，以沉淀产物。转印40毫升等份到50ml离心管中并加入5毫升甲苯和5ml乙醇以完成沉淀。
- 离心产物在1722 xg离心2分钟或直至上清液是透明的。倒出上清液并结合固体p通过加入0.5毫升甲苯和5ml蒸馏的吡啶以分散纳米晶体RODUCT到5ml的RBF。注意：进行通风橱下的所有吡啶实验。
- 冲洗用惰性气体RBF和，然后用橡胶隔片密封。安装加热套，带来至85℃。减轻使用简要插入橡胶隔膜的针的任何压力。继续加热和18小时轻轻搅拌。
- 继吡啶交流，在1722 XG结合碲化镉或硒化镉产品和40毫升己烷和离心2分钟或直到上清液是无色的。滗上清液，加入5毫升蒸馏的吡啶和5ml 1-丙醇。冲洗烧瓶用惰性气体和超声（40千赫）此混合物30分钟。收集上清并丢弃任何固体产物。
- 通过一个1微米的聚四氟乙烯（PTFE）针筒式过滤器过滤油墨以除去大或聚集的颗粒。通过干燥和称重1毫升测量油墨的浓度。典型的浓度ARE-40毫克毫升-1 CdTe和16毫克毫升-1的CdSe。
- 根据需要稀释用吡啶/ 1-丙醇墨。在惰性气体下商店墨水在不使用时。
- 金墨26
- 在500毫升锥形瓶中，同时搅拌，结合金（III）三水合物的1.518克（0.00385摩尔），氯金酸4。3H 2 O和126毫升水2 O以产生黄色溶液。
- 添加9.52克（0.0174摩尔）四辛基溴化334毫升甲苯的预混合溶液。
- 接下来，添加配位体，在2毫升甲苯0.452克（0.00382摩尔）己硫醇。
- 最后，分别结合1.58克（0.0418摩尔）硼氢化钠（NaBH 4还原）用105ml 的 H 2 O和立即添加该起泡还原溶液滴加到反应烧瓶中。
- 在空气中在室温下搅拌3小时后，分离有机相用分液漏斗中。
- 使用旋转蒸发器，以减少体积至20ml洗该墨水用50ml己烷和200毫升甲醇。沉淀的固体用离心1722 xg离心2分钟，并倒出无色上清液。
- 干燥固体在空气中，并在氯仿与70毫克毫升-1的浓度再分散。
- ITO油墨23
- 结合铟（Ⅲ）硝酸盐水合物的固体盐（以（NO 3）3。2.85H 2 O，2.93克，0.00974摩尔）和锡（II）二水合物，（的SnCl 2·2H 2 O，0.357克，0.00158摩尔）用10毫升2-甲氧基乙醇至50ml聚丙烯离心管中。
- 此，添加167微升14.5 1M氢氧化铵（NH 4 OH，0.0024摩尔）作为pH稳定剂和0.83克（0.0104摩尔）硝酸铵（NH 4 NO 3）作为氧化剂。
- 在40千赫20分钟加热（60℃）超声处理，或直到从朦胧白色至无色和tran油墨的变化sparent。
2. ITO图案
- 剪切和通过在乙醇和丙酮超声清洗（25毫米×25毫米×1.1毫米）载玻片。
- 1分钟浸泡在浓（> 5 M）的氢氧化钠水溶液（氢氧化钠）的玻璃基板，并用水简单冲洗。
- 广场上的旋涂在玻璃基板和填充墨水ITO幻灯片。转速为3228 XG为20秒。
- 立即放置在基板上的加热板的设定至400℃并加热10分钟。在室温下，缓慢冷却陶瓷板上。
- 重复此过程（2.3 - 2.4），直至薄层电阻低于每平方1000欧姆（约10层）。通过放置在一个稳定的表面上的ITO /玻璃膜和压下万用表探针相距大约0.5cm到记录电阻近似用万用表或度量用四点探针的薄层电阻。如果一个四点探针可用，踩下探针尖端到薄膜记录片řesistance按照既定的方法。27
- 最后，简要地浸（〜2秒）在稀王水膜，并用蒸馏水，随后干燥，以减少低于每平方500欧姆的电阻冲洗。
- 通过切割胶带的条带构造的器件图案（ 即 ，对于热处理或酸蚀刻玻璃纸胶带聚酰胺磁带）和粘附它们沿预先设计的网格。例如，具有0.10厘米的宽度垂直条会产生0.10厘米2器件区域。
- 与文档编辑软件设计网格，打印到纸和位置在所述衬底下充当用于安装磁带到透明载玻片的导向。
注意：根据应用程序和油墨的性质，这些网格可用于产生具有在一个正方形，长方形或可测量区域的任何形状的形状重叠的顶部和底部电极的设备。例如，通过交替的ITO两个平行的条带即各自0.10厘米宽，随后沉积有源层（硒化镉和碲化镉），金层，可以仅使用旋转90度相同的图案，以形成两个0.10厘米2设备沉积。
- 与文档编辑软件设计网格，打印到纸和位置在所述衬底下充当用于安装磁带到透明载玻片的导向。
- 具有粘附带条浸泡在玻璃/ ITO薄膜在稀王水在60 °C，直到露出ITO溶解，留下光秃秃的玻璃基板。
- 取出磁带，并用丙酮和乙醇冲洗膜以从磁带粘合剂除去任何残留物。
- 放置银环氧树脂的小滴在ITO在玻璃基板的一个端部剥离。加热此在150的加热板上 °℃2分钟，随后冷却至室温。这些将作为接触点用于设备的测量，因为它是难以退火后除去的CdTe /硒化镉的活性层。
硒化镉，碲化镉和Au膜3.解决方案处理
- 旋涂28
- 将图案的ITO-GLAS上旋涂小号基板与一滴包衣CdSe纳米晶填充的顶面。
- 旋在610×g离心30秒，然后干燥在150的加热板上 °℃2分钟。冷却至25℃。
- 沾膜在NH 4 CL：甲醇（25饱和 °C）的解决方案设置为60 C。保持15秒，然后浸片成异丙醇的单独的容器。
- 上在380的加热板上在惰性气体下干燥，然后加热 °℃，25秒。冷却至室温，并在惰性气体的干燥前用清水冲洗干净，用蒸馏水多余的盐分。
- 重复此过程（3.1.1 - 3.1.4），直到达到所希望的厚度。通常情况下，硒化镉的3层产生一个60纳米薄膜和CdTe的6层产生400纳米的CdTe膜。
- 喷涂12，29
- 用胶带或夹子垂直安装在ITO玻璃基板上平坦坚实的后盾。
- 语用氯仿1和加载重力供给喷枪（配备有0.5毫针刺）用0.25毫升的油墨-尤特的CdTe和硒化镉墨水至4mg毫升。
- 调整10和40磅之间的载气的压力。使用更高的压力更薄更平滑的薄膜。
- 压低下于衬底随后使用其中空气刷喷嘴保持约60 mm，从基片的快速垂直侧到另一侧的运动均匀地喷在基片上喷嘴和喷雾纳米油墨。通过喷洒〜1毫升纯氯仿远离设备清洗喷枪。
- 从支架移除基板和对待沉积的碲化镉或硒化镉纳米晶体薄膜具有相同的程序作为用于旋涂（3.1.5），直到所希望的厚度。
- 同样地，喷背金属接触纳米晶体薄膜上活性层以完成该设备。使用使用用于ITO电极所用的相同的方法，图案0.01厘米粗条低胶带有源层垂直于ITO条。
- 加载喷枪与分散在氯仿将2ml金（Au）纳米晶体油墨（70毫克毫升-1）。
- 深色不透明膜淀积之后，卸除基片，在250℃下进行20秒加热在热板上之前小心地取出磁带。黄金颜色会出现，该装置可被冷却至室温并进行测试。
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Representative Results
小角度X射线衍射图案被用来验证退火纳米晶体膜（ 图1A）的结晶度和相位。如果微晶尺寸低于100纳米，其晶体直径可以用Scherrer公式来估算（式1）中，用扫描电子显微镜（SEM）证实， 
其中，d是平均微晶直径，K是该材料的无量纲形状因子，β是在布拉格角θ的X射线衍射（XRD）峰的半峰全宽。
扫描电子显微镜（SEM）被用来监测晶粒生长的在退火膜（ 图2B，C和图3C-F）的范围内。在氯化铵的存在下沉积的CdTe或硒化镉和加热的单层后，晶粒尺寸可通过调节温度和硬脑膜被优化加热的灰以及油墨浓度，喷雾压力/时间或旋转速度。典型地，较大的晶粒表明具有较高的短路电流的装置。12对于信息图像，该装置的玻璃一侧可以用金刚石划线进行评分和裂化，以产生一个直边并且安装在SEM垂直（ 图1B）。
紫外/可见光谱法被用于基于与量子限制效应（ 图1C-D）的吸收峰相关估计纳米晶体的尺寸。晶体尺寸可以通过修改前体的浓度，反应温度和墨合成的持续时间进行调整。
光学轮廓用于测量膜厚度和粗糙度。此可以在每个材料的单个层上完成的设备（ 图3G-J），来进行。
傅立叶变换红外（F TIR）光谱采取监控的氯化铵中配位体交换的程度：由C-H烷基伸缩谱带的消失在2924和2852厘米-1（ 图2A）测定甲醇处理20
电流-电压（IV）特性可以在黑暗中和在模拟一个太阳光照从一个校准太阳模拟器（ 图2D，E）得到。附接探针尖端与阳极（Au）和阴极（ITO）的光电流可以用数字万用表/源计来测量。通过从负到正的电位扫描（实施例-1.5 V至+ 1.5V），一个IV曲线产生和0.0安培，短路电流（I SC）在提供数据，例如开路电压（V OC） 0.0伏，填充因子（FF，公式2）和效率（ƞ，式3），
4eq2.jpg“/>
其中，J MP和V MP是在最大功率点处的电流密度和电压，分别。如果软件不提供FF，地被J和V的产品策划作为V的函数为了提高效率使用找到最大功率点， 
其中P 在从太阳辐照（100毫瓦/厘米2）每单位面积的输入功率。由占器件区域（例如0.1 平方厘米），单位取消留下一个无单位的级分。特别考虑必须采取掩蔽衬底上的其他设备的测量过程中，以避免从相邻器件的过量光电流贡献。
图1.薄膜表征。每个单独的设备Laye的X射线衍射图案ř作为单膜和完成的器件（A）中包括纳米晶体的油墨装置的构建（B）的横截面SEM图像。紫外线的商业ITO（浅蓝色）和ITO的溶胶（紫色）上的CdSe-溶胶（红），碲化镉基溶胶（棕色）和硒化镉溶胶/碲化镉基溶胶膜一起（黑色）上的玻璃和吸收/ Vis光谱商业的ITO玻璃基板（D）和硒化镉（红色），碲化镉（棕色），Au（金）的纳米晶体前体溶液的吸收，和ITO（紫色）之前退火（℃）。从改编参考。 24从皇家化学学会的许可。24 ，请点击此处查看该图的放大版本。
图2.配体交换催化剂和设备属性。红外光谱吡啶交换的CdTe纳米晶体薄膜（A）的浸渍于氯化铵 ：甲醇溶液（绿色）和在纯甲醇（红色），其包括在380℃下对应这些膜（B和C，分别地）退火后的SEM图像，持续25秒。下1太阳照度（D）和旋涂（---）进行比较测定的所有溶液处理的CdSe / CdTe的异质结器件的电流-电压曲线和喷雾涂覆（ - ）肖特基器件（E）根据1太阳照度（红），并在黑暗中（黑色）。从许可转载 参考。 12. 2014年版权所有美国化学学会和适应参考。 20和24与化学的英国皇家学会的许可。20,24 请点击此处查看该图的放大版本。
XRD图谱呈现一定角度清晰衍射峰对应于晶格尺寸为每种材料和完成的器件（ 图1A）。谢勒大小分析估计为100nm的用于碲化镉薄膜的顺序相比，合成的纳米晶体（3-5纳米）上晶粒尺寸。这从红色的CdSe和CdTe的量子受限纳米晶体变换移位在退火膜批量规模晶粒在图1C-D的紫外/可见光谱被示出。沉积的膜的厚度可以通过提高墨的浓度或增加层的数量为旋涂和喷涂增加。膜的厚度和均匀性是由光学轮廓（ 图3B，GJ）监测。喷雾涂布薄膜通常粗糙（51±14纳米喷雾：22±12纳米的自旋），虽然这可以以较高的输送压力和更少浓油墨减少。12一旦在单个膜获得在目标厚度和粗糙度玻璃，该过程可以适用于器件制造。各层的器件显示膜厚度的横截面的图像，并确认它们之间的完整的接口（ 图1B）。24
合成的纳米晶体包含与薄膜质量干扰长链天然油酸酯配位体的一个外壳，留下在加热过程中曝晒有机材料。吡啶交换反应被用来去除油酸壳;然而，因为许多已经观察到，这个过程是不完整的。16,26,27经过18小时吡啶交换，由CH烷基其特征红外拉伸频率在2924和2852厘米观察残留油酸酯配位体保持附着在纳米晶体-1。红外光谱在图2A中显示了不存在（绿色）和在与NH 4处理所沉积的预退火的膜结合至纳米晶天然油酸酯配体的存在（红色）</ SUB> CL：只，分别为甲醇配体交换催化剂和甲醇。该盐的治疗同时替换小无机氯化物阴离子的残余长链油酸酯配位体，而在烧结反应辅助。在这种情况下，这是唯一的纳米晶体，该配体交换剂必须移除天然配体，同时还对表面上提供过量充分烧结催化剂。这两个过程是成功的CdTe装置的关键部件。以前的研究表明， 氯化镉的共同使用可以与无毒的氯化铵代替用于此目的。的136±39纳米的退火之后所得到的平均晶粒生长示于图2B为氯化铵处理的CdTe膜而没有生长为甲醇对照（ 图2C）观察到。监测配位体交换是由于相比批量规模真空沉积许多纳米晶体的电子薄膜的一个唯一的元件自下而上的合成途径的固有性质。3,30这些涉及的有机配体，炮弹提供对无机核心溶液中的溶解度的形成，虽然这样的绝缘外壳通常不会向膜的光电功能。
太阳能电池设备1下太阳光照（ 图2D，E）0.1 cm 2的设备显示的电流-电压曲线测量。这里示出的特征装置产生开路电压= 0.52±0.02伏，ĴSC = 9.42±3.2毫安厘米-2，FF（％）= 43.3±2.9和ƞ（％）=模拟太阳光下2.37±0.23。但是，由于晶粒生长和加工方法之间的密切联系，在退火温度和碲化镉薄膜的加热时间的微小变化可导致大的变化在这些纳米晶体薄膜，导致报告的JSC值范围从开路电压和短路电流0.7毫安/ cm 2至25毫安/厘米2和10％以上。12,31更高的效率的效率预计下列增强的对溶液加工光伏以及其他电子设备和功能表面材料的质量和组合。
相比纳米晶体薄膜的传统的旋涂，喷涂，需要由于使用具有可调的输送压力，从基片的距离，喷雾和持续时间的角度喷枪的固有自由额外考虑。当保持恒定的CdTe墨水浓度（4毫克/毫升）和喷嘴的距离到衬底（60 MM），越来越大的压力，发现系统地降低膜的粗糙度产生平滑的，更高质量的层。 图3概括在胶片上调节喷雾压力的作用形态学和光学性能。作为提高从15 psi至40psi的压力的结果，碲化镉纳米晶体膜显示出更高的光透射率（图3A）为保持身体瘦（30纳米VS 95每一层纳米， 图3B）的结果。在较高的压力下，喷涂材料被分散到一个更大的区域中的目标衬底周围和更少的材料被淀积在器件上。在380退火后 ℃，纳米晶体的膜具有更高的堆积密度凝结作为配位体分子被释放，并且个别纳米晶体的表面区域减小到较大的合并晶粒。因此，所沉积的纳米晶体的较薄的膜经受在体积较小的变化，从而导致在加热后出现了裂纹。这种效应可以产生更加平滑的电影几乎完全相同那些通过旋涂沉积。这可以在SEM图像和相应的光学轮廓地图（ 图3C-J）被观察到。喷涂参数的优化，以获得所需的膜的品质后，装置可被制造并在模拟器上进行测试编阳光。 图2E示出了旋涂和喷涂的玻璃/ ITO /碲化镉/钙/铝的肖特基器件之间的比较，其中，被溶液处理的CdTe纳米晶体层，这表明器件性能（效率之间的最小差异=两个2.2％旋涂和喷涂设备）。
图3.纳米喷涂压力和膜形态 （A）至15喷涂沉积后在380℃退火25秒的CdTe器件膜的光的传输。（ - ），20（ - ） - 30（ - - - ），以及40磅（...）与用于比较的旋涂装置（蓝- ）。平均膜厚度为喷雾压力（B）的一个函数。 SEM图像分割与碲化镉器件膜喷雾包衣在15（C），20（D）中 ，30的低倍率（E j） -摹40磅（F），包括相应的光学轮廓扫描显示相对表面粗糙度（G>）和。转载与参考许可。 12.版权所有2014年美国化学学会。 请点击此处查看该图的放大版本。
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Discussion
总之，这个协议提供了涉及构建处理的电子装置从一个喷雾或旋涂沉积的溶液的关键步骤的准则。在这里，我们突出显示溶液加工的透明导电氧化铟锡（ITO）薄膜上的非导电性的玻璃基板的新方法。一个浅显蚀刻过程之后，各个电极可以前喷雾沉积光活性层而形成。使用层 - 层技术，硒化镉和碲化镉纳米晶体可以从喷枪在环境条件下被沉积在空气中。配体交换和热处理后，最后的非透明导电性金属电极可以是喷涂到设备，并加热以除去天然的有机配体。该层也可以通过在沉积过程中使用的掩蔽图案构图。完全得到的溶液进行处理，所有的无机设备可以被表征和测试。
应特别注意DIRECTEd可使用新鲜试剂作为过时的材料可导致不纯或不需要的产品。此外，该顶部和底部电极的导电性应装置制备过程中进行测试。 ITO膜应具有每平方至少为500欧姆和顶部金属膜应该是每平方至少为20欧姆的表面电阻。如果薄层电阻较高，应用此电极的多个层。如果设备是因为每个设备需要相互连接的电子被串联或并联连接，这变得特别重要。层的厚度和粗糙度应通过监测改变空气压力和墨浓度的影响来仔细控制。这些影片的轮廓扫描可以提供关于喷雾或旋涂参数的宝贵意见。通常，薄的粗膜（> 100nm的均方根）可能导致器件的短路和不活动的设备。为了避免短路，沉积较厚的顺畅活性层，从不触碰ACTUA捏造或者当测量过程中升装置。
相较于单晶材料和普通光刻洁净室制造技术的现有真空沉积，纳米水性油墨沉积更便宜，并让更多的自由对大面积或不规则表面沉积。然而，个别纳米晶体之间的界面的质量，由于天然的有机配体的存在下与膜的固有多晶硅性质降低。这导致的膜，因此，较高的电子空穴重组率中的杂质和缺陷的更高的密度。这可以通过使用配体交换和烧结剂（ 例如 NH 4 Cl等），以提高整个膜结晶来缓解;然而，这仍然是无机纳米晶体器件的一个根本问题。虽然，对于具有大玻尔 - 激子半径像硫化铅的材料系统，硫化铅（约20纳米），则不需要烧结对于纳米晶体之间的有效的电荷传输。此外，单个装置的面积取决于掩模图案的厚度和横向尺寸。面积大（> 1 平方厘米）的设备是可以实现与宏观掩蔽图案;然而，微米级或纳米级的图案将是必要的微或量子尺寸的电子设备。
此视频协议描述为基于油墨的薄膜光伏器件的从喷射/旋涂法的制造方法。但是，由于周围空气的沉积，没有真空或控制气氛的要求，这里所涉及的主题也可以被修改为无机器件的喷墨印刷。基于油墨的沉积的相对于传统的真空沉积和太阳能电池模块的包装也可以通过降低制造和安装成本降低太阳能电力的价格较低的成本。此外，该方法可以适用于其它材料系统和体系结构，包括有机半导体。除了光伏，我们描述了无机材料的溶液加工技术可用于构建其他电子设备，诸如发光二极管（LED），电容器和晶体管。
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Disclosures
作者什么都没有透露。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Oleic acid, 90% | Sigma Aldrich | 364525 | |
| 1-octadecene, 90% | Sigma Aldrich | O806 | Technical grade |
| Trioctylphosphine (TOP), 90% | Sigma Aldrich | 117854 | Air sensitive |
| Trimethylsilyl chloride, 99.9% | Sigma Aldrich | 92360 | Air and water sensitive |
| Se, 99.5+% | Sigma Aldrich | 209651 | |
| NH4Cl, 99% | Sigma Aldrich | 9718 | |
| CdCl2, 99.9% | Sigma Aldrich | 202908 | Highly toxic |
| CdO, 99.99% | Strem | 202894 | Highly toxic |
| Te, 99.8% | Strem | 264865 | |
| In(NO3)3.2.85H2O, 99.99% | Sigma Aldrich | 326127-50G | |
| SnCl2.2H2O, 99.9% | Sigma Aldrich | 431508 | |
| NH4OH | Sigma Aldrich | 320145 | Caustic |
| NH4NO3, 99% | Sigma Aldrich | A9642 | |
| HAuCl4.3H2O, 99.9% | Sigma Aldrich | 520918 | |
| Tetraoctylammonium bromide (TMA-Br) | Sigma Aldrich | 294136 | |
| Toluene, 99.8% | Sigma Aldrich | 244511 | |
| Hexanethiol, 95% | Sigma Aldrich | 234192 | |
| NaBH4, 96% | Sigma Aldrich | 71320 | |
| Hexanes, 98.5% | Sigma Aldrich | 650544 | |
| Ethanol, 99.5% | Sigma Aldrich | 459844 | |
| Methanol, anhydrous, 99.8% | Sigma Aldrich | 322415 | |
| 1-propanol, 99.5% | Sigma Aldrich | 402893 | |
| 2-propanol, 99.5% | Sigma Aldrich | 278475 | |
| Pyridine, > 99% | Sigma Aldrich | 360570 | Purified by distillation |
| Heptane | Sigma Aldrich | 246654 | |
| chloroform > 99% | Sigma Aldrich | 372978 | |
| Acetone | Sigma Aldrich | 34850 | |
| Glass microscope slides | Fisher | 12-544-4 | Cut with glass cutter |
| Gravity Fed Airbrush | Paasche | VSR90#1 | |
| Syringe needle | Fisher | CAD4075 | |
| Solar Simulator Testing Station | Newport | PVIV-1A | |
| Software | Oriel | PVIV 2.0 | |
| Round bottom flask | Sigma Aldrich | Z723134 | |
| Round bottom flask | Sigma Aldrich | Z418668 | |
| Polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter | Sigma Aldrich | Z259926 | |
| Polyamide tape | Kapton | KPT-1/8 | |
| Cellophane tape | Scotch | 810 Tape | |
| Polypropylene centrifuge tube | Sigma Aldrich | CLS430290 | |
| Silver epoxy | MG Chemicals | 8331-14G |
References
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