Summary
Dieses Manuskript wird beschrieben, wie zu entwerfen und fertigen effiziente invertierten SMPV1:PC71BM Solarzellen mit ZnO Laptops (NRs) auf eine qualitativ hochwertige Al-dotierten ZnO (AZO) Samen Schicht angebaut. Die gut abgestimmten vertikal ausgerichtet ZnO NRs Ausstellung hohe kristalline Eigenschaften. Der Wirkungsgrad von Solarzellen erreichen 6.01 %.
Abstract
Dieses Manuskript wird beschrieben, wie zu entwerfen und fertigen effiziente umgekehrte Solarzellen, die auf eine zweidimensionale konjugierte kleines Molekül (SMPV1) basieren und [6,6] - Phenyl - C71-Buttersäure-Methylester (PC71BM), durch die Verwendung von ZnO Laptops (NRs) auf eine qualitativ hochwertige Al-dotierten ZnO (AZO) Samen Schicht angebaut werden. Die invertierte SMPV1:PC71BM Solarzellen mit ZnO NRs, die auf einer gesputterten und Sol-Gel verarbeiteten AZO Saatgut-Schicht wuchs werden hergestellt. Verglichen mit der AZO Dünnschicht, vorbereitet von der Sol-Gel-Methode, Exponate die gesputterte AZO Dünnschicht besser Kristallisation und geringer Oberflächenrauheit nach Röntgendiffraktometrie (XRD) und Rasterkraft-Mikroskop (AFM)-Messungen. Die Ausrichtung auf eine Schicht gesputterten AZO Saatgut angebaut ZnO-NRs zeigt besser vertikale Ausrichtung, die für die Ablagerung von der nachfolgenden wirkstoffschicht bilden bessere Oberfläche Morphologien von Vorteil ist. Morphologie die Oberfläche der aktiven Ebene dominiert im Allgemeinen, vor allem den Füllfaktor (FF) der Geräte. Infolgedessen kann die gut abgestimmten ZnO NRs, die Träger-Sammlung der aktiven Ebene zu verbessern und die FF der Solarzellen zu erhöhen verwendet werden. Darüber hinaus als Anti-Reflektions-Struktur, kann es auch genutzt werden, um zu verbessern, die Lichtsammlung der absorptionsschicht mit Wirkungsgrad (PCE) von Solarzellen erreichen 6.01 %, höher als das Sol-Gel-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 4,74 basierte %.
Introduction
Organische Photovoltaik (OPV) Geräte haben bemerkenswerte Fortschritte bei der Anwendung von erneuerbaren Energiequellen vor kurzem erfahren. Solche organischen Geräte haben viele Vorteile, einschließlich der Lösungsprozess Kompatibilität, niedrige Kosten, geringes Gewicht, Flexibilität, etc.1,2,3,4,5 bis jetzt, Polymer-Solarzellen (EAP) mit einem PCE von mehr als 10 % wurden durch den Einsatz der konjugierten Polymers gemischt mit PC71BM6entwickelt. Im Vergleich zu Polymer-basierten PSCs, kleine Molekül-basierte OPVs (SM-OPV) haben mehr Aufmerksamkeit bei der Herstellung von OPV aufgrund ihrer einige deutliche Vorteile, einschließlich der klar definierten chemischen Strukturen, einfache Synthese und Reinigung, und in der Regel höhere offenen Spannungen (VOc)7,8,9. Zur Zeit eine 2-D-Struktur konjugiert niedermolekularer SMPV1 (2,6-Bis[2,5-bis(3-octylrhodanine)-(3,3-dioctyl-2,2':5,2''-terthiophene)]-4,8-bis((5-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene) mit BDT-T (Benzo [1,2-B:4, 5-b "] Dithiophene) als zentrale Einheit und 3-Octylrodanine wie die Aberkennung der Elektron-Endgruppe10 wurde entworfen und zur Mischung mit PC71BM für vielversprechende nachhaltige OPVs Anwendung. Die PCE von konventionellen niedermolekularer Solarzellen (SM-OPV) basierend auf SMPV1 gemischt mit PC71BM hat mehr als 8,0 %10,11erreicht.
In der Vergangenheit konnten PSCs verbessert und optimiert, indem die Dicke der aktiven Ebene. Jedoch im Gegensatz zu EAP haben SM-OPVs im Allgemeinen eine kürzere Länge der Diffusion, die die Dicke der aktiven Ebene stark einschränkt. Daher wurde um die kurze Stromdichte (Jsc) von SM-OPVs zu steigern, unter Verwendung der Nanostruktur12 oder NRs9 zur Verbesserung der optischen Absorption von SM-OPVs notwendig.
Unter diesen Verfahren ist die Entspiegelung NRs Struktur in der Regel wirksam zur Lichtsammlung der aktiven Ebene über ein breites Spektrum von Wellenlängen; Daher ist es sehr kritisch, zu wissen, wie gut abgestimmten vertikal ausgerichteten Zinkoxid (ZnO) NRs wachsen. Die Rauheit der Oberfläche der Samen Schicht unterhalb der NRs ZnO-Schicht hat einen großen Einfluss auf die Ausrichtung der NR-Arrays; Daher muss um gut orientierten NRs einzahlen, die Kristallisation der Samen Schicht genau kontrollierten9.
In dieser Arbeit werden die AZO Filme von Fernsehsektors-Frequency (RF) Sputtern Technik vorbereitet. Im Vergleich mit anderen Techniken, ist RF Sputtern bekannt, ist eine effiziente Technologie, die für die Industrie dafür übertragbar ist eine zuverlässige Abscheidung-Technik ermöglicht die Synthese von hoher Reinheit, gleichmäßige, glatte und selbsterhaltende AZO Dünnschichten zu wachsen über großflächige Substrate. Nutzung der RF Sputtern Ablagerung ermöglicht die Bildung von qualitativ hochwertigen AZO Filme, die hohen Kristallisation mit reduzierten Rauheit der Oberfläche aufweisen. Daher in das anschließende Wachstum-Schicht, die Ausrichtungen der NRs sind hoch ausgerichtet, umso mehr, wenn im Vergleich zu ZnO-Filme von der Sol-Gel-Methode bereit. Mit dieser Technik kann der PCE der invertierten niedermolekularer Solarzellen basierend auf gut abgestimmten vertikal ausgerichteten ZnO NR Arrays 6.01 % erreichen.
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Protocol
1. Wachstum der AZO gesputterten Samen Schicht auf ITO Substrat
- Kleben Sie Anti-Korrosions-Band 4-teilig (0,3 x 1,5 cm) auf der einen Seite des Substrates Indium-Zinn-Oxid (ITO) bilden ein Quadrat (1,5 x 1,5 cm). Legen Sie die ITO in Salzsäure für 15 min auf die exponierten Bereich des ITO Ätzen.
- Entfernen Sie das Klebeband und reinigen Sie die Probe mit einem sonikator; mit entionisiertem (DI)-Wasser, Aceton, Ethanol und Isopropanol wiederum für 30 min beschallen. Föhnen Sie die gemusterte ITO mit einer komprimierten Stickstoff-Pistole.
- Anbringen Sie die gereinigten gemusterten ITO Substrate auf den Untergrund-Halter durch Klebeband, und laden Sie den Halter in die Hauptkammer RF Sputter-System. Pumpen der Kammerdruck, unten 4 x 10-6 mm Hg über die mechanische und Diffusionspumpe um ökologische Reinheit zu gewährleisten.
- Legen Sie reines Argon-Gas (Durchflussmenge: 30 Sccm) in die Hauptkammer und Kontrolle der Pumpe der Druck der Kammer 1 Mtorr aufrecht zu erhalten.
- Bereiten Sie die AZO Saatgut-Schichten mit Hilfe der RF (13,56 MHz) Methode, basierend auf den gemeldeten Methode13Sputtern. Verwenden Sie eine Runde 2 in Dimension AZO (2 Gew.-% Al2O3 in ZnO) Keramik Ziel auf vorgereinigten ITO Glassubstrate zu hinterlegen. Halten Sie den Ziel-Substrat-Abstand 10 cm.
- Arbeitsdruck am 1 Mtorr und HF-Leistung 40 W während der Abscheidung zu erhalten. Kontrolle der Substrattemperatur bei Raumtemperatur. Legen Sie der angewandten DC-Bias und Abscheiderate 187 V und 4 nm/min, bzw. auf die AZO Dünnschicht einzahlen. Die Dicke der Schicht AZO Saatgut sollte kontrolliert werden, um 40 nm basierend auf der Quarzkristall Dicke Monitor.
- Nachdem die Probe bis zu 30 ° C in der Kammer abgekühlt, schalten Sie die Pumpe und der Hauptkammer stecken Sie Stickstoffgas, bis die Kammer geöffnet werden kann. Entfernen Sie die Probe aus dem Substrat-Halter.
2. Wachstum von der Sol-Gel verarbeitet ZnO Seed Layer auf ITO Substrat
- Hinterlegen Sie die ZnO-Samen-Schicht auf dem gemusterten ITO Substrat durch die Sol-Gel-Spin coating Methode14. Die Zink-Acetat-Dihydrat, 2-Methoxethanol und Monoethanolamin (MEA) werden als die Ausgangs-, Lösungsmittel, und Stabilisator verwendet.
- Auflösen der Zink-Acetat-Dihydrat (4,39 g) in einer Mischung aus 2-Methoxethanol (40 mL) und MEA (1,22 g), die Zink-Acetat-Konzentration von 0,5 M zu erhalten.
- Rühren Sie die resultierende Mischung bei 60 ° C für 2 h. Lassen Sie die Sol sitzen für 12 h um eine klare und transparente, homogene Lösung zu bilden.
- ZnO Samen Schicht auf die gereinigte ITO gemustert Glassubstrate mit der Spin-Beschichtung-Methode zu hinterlegen. Fügen Sie 0,1 mL Sol-Gel-Lösung auf das Substrat und drehen bei 3.000 u/min für 30 s mit einem Spin Coater.
- Nach Spin coating Trocknen des Films bei 200 ° C für 30 min auf einer heißen Platte erlauben das Lösemittel verdunsten und die organischen Rückstände zu entfernen. Die Schichtdicke ZnO Samen sollte etwa 40 nm14sein.
3. Wachstum von ZnO NR Array auf einem Seed Layer
- Wachsen Sie das ZnO NR-Array mit der hydrothermalen Methode.
- Mix-1,49 g Zink Nitrat Hexahydrat (Zn (Nr.3)2·6H2O) und 0,7 g Hexamethylentetramin (HMT) (C6H12N4) in 100 mL DI Wasser. Rühren Sie die resultierende Mischung bei Zimmertemperatur 30 min.
- Befestigen Sie die ITO-Seite der AZO gesputterten Saatgut-Schicht mit der ZnO-Sol-Gel-Proben auf dem Deckglas mit Klebeband. Legen Sie die Proben in ein 50 mL Polypropylen konischem Rohr mit der 50 mL Lösung gefüllt (Nr.3) Zn2·6H2O und HMT.
- Während des Wachstums erhitzen Sie Polypropylen konische Rohr legen es horizontal in einem Labor-Ofen mit den Spin beschichteten Proben nach unten, und behalten Sie die Temperatur bei 90 ° C 90 min.
- Am Ende der Wachstumsperiode entfernen Sie die Substrate aus der Projektmappe und spülen Sie sofort die Probenoberfläche mit VE-Wasser und Ethanol (in zwei Waschflaschen) im Gegenzug für 1 min pro Salz von der Oberfläche zu entfernen. Föhnen Sie die Probe mit einem komprimierten Stickstoff-Gun und auf einer heißen Platte bei 250 ° C für 10 min backen.
4. Herstellung und Messung der invertierten niedermolekularer Solarzellen
- Laden Sie die ITO-Substrat mit dem ZnO NR-Array auf einen Spin Coater in das Handschuhfach. Mischen Sie 1 mL Toluol mit 15 mg SMPV1 und 11,25 mg PC71BM Add 0,1 mL Lösung, drehen Sie die Probe bei 2.000 u/min für 40 s mit einem Spin Coater und bei 60 ° C für 2 min Tempern.
- Platzieren Sie nach den glühprozess das Substrat in einem thermischen verdampfungsystem. Die Vakuumkammer zunächst mit einer mechanischen Pumpe, bis der Druck 4 x 10-2 Torr, wechseln dann zu einem Turbo erreicht Pumpe um den Umgebungsdruck < 4 x 10-6 mm Hg.
- Einzahlung der MoO3 Schicht bei einer Abscheiderate von 0,1 nm/s durch Erhitzen MoO3 Pulver in einem resistiven Molybdän-Boot mit einem Z-Verhältnis von 1,0 und einem Eingangsstrom von 105 A. Ablagerung der Ag Schicht bei einer Abscheiderate von 0,5 nm/s durch Heizung Silber Barren in einem resistiven t Ungsten Boot mit einem Z-Verhältnis von 0.529 und ein Eingangsstrom von 190 A. Das System sollte einen Quarzkristall Verdampfung Rate Monitor enthalten, für die Steuerung der Verdampfung. Die Dicke der MoO3 und Ag Schichten sollte kontrolliert werden, um 5 bis 150 nm, bzw. basierend auf der Quarzkristall Dicke Monitor zu sein.
- Nachdem die Probe bis zu 30 ° C in der Kammer abgekühlt, schalten Sie die Pumpe, und legen Sie Stickstoff-Gas in die Kammer, bis die Kammer geöffnet werden kann. Entfernen Sie die Probe aus dem Substrat-Halter und laden Sie die Probe in das Handschuhfach.
- Öffnen Sie das Solarsimulator System und warten Sie 20 min, bis die Lichtquelle das System stabil ist. Beleuchten die Probe bei 100 mW/cm2 aus einem Sonnensimulator mit einer Luftmasse 1.5 global (AM 1.5G) Filter. Gleichzeitig, benutze den Analyzer, um das Gerät von-1 V bis + 1 V, die Stromdichte-Spannung (J-V) Kurve14,15zu erhalten zu fegen.
5. Charakterisierung Techniken
- Führen Sie die x-ray Diffraction Measurment16 mit einer Cu Kα-Quelle, die Strukturen der ZnO NRs, auf die AZO gesputterten Saatgut-Schicht und die ZnO Sol-Gel verarbeitet Samen Schicht zu studieren. Die Scan-Geschwindigkeit sollte 1 ° / min, und der Scan-Bereich sollte 10-90 ° (2θ).
- Charakterisieren die Oberflächenmorphologie und Cross-Sectional Bild der Proben durch Feldemission Scannen Elektronenmikroskopie17 durch Festlegen der Betriebsspannung bei 10 kV.
- Erhalten die Mikro Photolumineszenz (PL) Spektren von allen Proben mit einem 325 nm-He-Cd CW-Laser (20 mW) als Anregungsquelle mit einem 2.400 Rillen/mm Gitter in der backscattering Geometrie. AllPL Messungen18 sollte bei Raumtemperatur durchgeführt werden.
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Representative Results
Der mehrschichtige Aufbau der Geräte bestand aus einer ITO Substrat/AZO (40 nm) / NRs ZnO-Schicht, SMPV1:PC71BM (80 nm) /3 MoO (5 nm) /Ag (150 nm) wie in Abbildung 1dargestellt. Im Allgemeinen ist die AZO oder ZnO Schicht Samen verbreitet als Elektron Transportschicht (ETL) in einheitlichen Geräten funktionieren. Neben der einheitlichen Ansprechpartner haben SM-OPVs in der Regel eine kürzere wirkstoffschicht, begrenzt durch die kürzere Verbreitung Länge8. Daher wird um die Licht-ernten-Fähigkeit der Geräte weiter zu verbessern, die NRs ZnO-Schicht eingeführt, um auf die Saatgut-Schicht, Arbeit als eine Antireflex-Schicht zur Sammlung des einfallenden Lichts zu erhöhen und die Interface-Fläche für Träger zu erhöhen angebaut werden Sammlung in der gleichen Zeit12,14.
Die Oberflächenmorphologie und Rauheit der Schicht Samen haben einen erheblichen Einfluss auf die Ausrichtung der NR-Arrays. Abbildung 2a und Abb. 2 b AreAFM Bilder der Samen Ebene anhand der Sputter-Methode und die Sol-Gel-Methode bzw.. Morphologie der Sol-Gel verarbeitet Samen Schicht die Oberfläche kann höhere Rauheit gesehen, nicht nur Ausstellung, sondern auch eine natürliche Ridge Muster zu bilden. Infolgedessen wird die Ausrichtung der NR-Arrays auf der Sol-Gel verarbeitet Schicht gewachsen viel rauer als Schichten gewachsen mit der Sputter-Technik sein. Abbildung 2 c und Figur 2d zeigen der Rasterelektronenmikroskopie (SEM) Bilder der NR Arrays bzw. auf die gesputterte Saatgut-Schicht und die Sol-Gel verarbeitet Samen Schicht gewachsen. Natürlich kann die Ausrichtung der NR-Arrays auf die gesputterte AZO Schicht gewachsen beobachtet werden, um besser zu sein als die Erwachsenen auf der Sol-Gel verarbeitet ZnO-Schicht.
Neben der REM-Bilder um weitere schätzen die Ausrichtung der NR-Arrays XRD Analyse (Abbildung 3) dient zur Orientierung und Kristallisation der NR-Arrays zu identifizieren. Im Vergleich mit den XRD-Spektren von der NRs auf eine Sol-Gel verarbeitet Samen Schicht angebaut, zeigen die Spektren der NR-Arrays anhand einer gesputterten Saatgut-Schicht eine relativ stärkere Spitze bei 34,5 °, darauf hinweist, dass nicht nur die Orientierung, sondern auch die Kristallisation von ZnO NR arrays ich s besser auf die gesputterte Layer als auf der Sol-Gel Prozess Schicht.
Auch gemessen sowie die XRD-Messung der Saatgut-Schicht die µ-PL-Spektren von NRs. Abbildung 4 zeigt die PL Spektren der NR-Arrays mit verschiedenen Ablagerung Methoden. Die Emission Peak bei 385 nm stammt aus der excitonic Rekombination19. Auf der anderen Seite kommt die grüne Emission der Spektren von Sauerstoff Stellenangebote (intrinsische Mängel), wieder suggeriert wird, dass die Filmqualität der gesputterten Ebene besser als die Qualität des Films durch die Sol-Gel-Methode gebildet ist. Es kann festgestellt werden, dass die PL-Spektren von ZnO NRs auf gesputterten AZO zeigt einen deutlich schwächeren Höhepunkt bei 385 nm im Vergleich zu derjenigen der ZnO NRs auf Sol-Gel-ZnO. Dies erhebliche PL abschrecken im ZnO NR Array auf dem Layer gesputterten AZO Samen tritt suggeriert wird, dass die AZO Samen Schicht besser Exziton Dissoziation enthält und berechnen Trennung Fähigkeit als die ZnO-Sol-Gel-Samen-Layers. Die Ergebnisse zeigen, dass die AZO/ZnO NRs-Layer basierend auf dem Sputterprozess eine bessere Elektronentransport-Schicht als scheint, basierend auf den Lösungsprozess zu sein.
Abbildung 5 zeigt die J-V Eigenschaften der Geräte mit einer gesputterten AZO Saatgut-Schicht und eine Sol-Gel verarbeitet ZnO Samen Schicht. Der Kurzschluss aktuelle Jsc, offener Stromkreis Spannung VOc, FF und der PCE können aus den J-V-Kurven abgeleitet werden. Die Geräte mit einer gesputterten Samen zeigen Jsc 11,96 mA/cm2, VOc von 0,87 V, FF von 57,8 % und PCE 6.01 %, die besser als der Sol-Gel ist verarbeitet Solarzelle mit Jsc 10.01 mA/cm2, VOc von 0.88 V , FF von 53,8 % und PCE von 4,74 %.
Tabelle 1 zeigt die Leistung der Geräte mit verschiedenen Samen Schichten. Durch die Nutzung der gesputterten Samen Schicht, gut abgestimmten vertikal ausgerichteten ZnO NR ETL kann gebildet werden, und damit nicht nur die Aufnahme, sondern auch die Träger Abscheideleistung verstärkt werden kann. Infolgedessen weisen im Vergleich mit der Sol-Gel verarbeitet-Geräte, Geräte mit einer gesputterten Samen Schicht Jsc höherwertige (11,96 mA/cm2) und ein besseres FF (57,8 %), wie in Tabelle 1dargestellt.
Abbildung 1: Schematische Darstellung der invertierten niedermolekularer Solarzellenstruktur. Schichtaufbau der Geräte bestand aus ITO Substrat/AZO (40 nm) / NRs ZnO-Schicht, SMPV1:PC71BM (80 nm) /3 MoO (5 nm) /Ag (150 nm). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2: AFM und SEM Bilder von Array ZnO-NR. AFM Bilder von ZnO NR Array auf (eine) angebaut, eine gesputterte AZO Samen Ebene und (b) ein Sol-Gel verarbeitet ZnO Samen Schicht; SEM Draufsicht Bilder von ZnO NR Array auf (c) angebaut, eine gesputterte AZO Samen Ebene und (d) ein Sol-Gel verarbeitet ZnO Samen Schicht. Die Oberflächenmorphologie und Rauheit der NRs ZnO-Schicht können über die AFM und SEM Bilder beobachtet werden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3: XRD-Spektren von ZnO NR Array. Das XRD Muster von ZnO NR Array auf einer gesputterten AZO Samen Schicht und eine Sol-Gel verarbeitet ZnO Samen Schicht angebaut. Die Ausrichtung und die Kristallisation der NRs können durch XRD-Spektren identifiziert werden. Das ZnO NR-Array auf verschiedenen Samen Schichten gewachsen zeigt fast die gleiche Ausrichtung (002). Die Stärke des (002) Peak für die NRs auf gesputterten AZO Samen Layer ist stärker auf Sol-Gel verarbeitet ZnO seed Layer, enthüllt, dass ZnO NRs auf gesputterten AZO Samen Schicht besser vertikalen Ausrichtung (002) Achse aufweist. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4: PL Spektren von AZO und ZnO Samen Schicht. Die PL-Spektren von gesputterten AZO Samen eine Sol-Gel verarbeitet ZnO Samen Schicht. Die Mängel und die Fähigkeit, Exziton Dissoziation der NRs können durch die PL Spektren ausgewertet werden. Die Emission Peak bei 385 nm stammt aus der excitonic Rekombination und die grüne Emission der Spektren kommt von Sauerstoff der Stellenangebote des ZnO NR Arrays. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 5: J-V-Kurve der Geräte mit verschiedenen Samen Schichten. Die J-V Eigenschaften der Geräte unter Beleuchtung mit einer gesputterten AZO Samen-Schicht und einem Sol-Gel verarbeitet ZnO Samen Schicht. Die Leistung der Solarzellen aus der J-V-Kurven-14ableiten. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
| Geräte | VOc (V) | Jsc (mA/cm2) | FF (%) | PCE(%) |
| Sputter-Samen-Schicht | 0,87 | 11.96 | 57,8 | 6.01 |
| Sol-Gel verarbeitet Samen Schicht | 0,88 | 10.01 | 53,8 | 4,74 |
Tabelle 1: die Leistung der Geräte mit verschiedenen Samen Schichten. Eine Übersicht über die Leistung der Geräte abgeleitet von J-V-Kurven einschließlich Kurzschlussstrom, Leerlaufspannung, Füllfaktor und den Wirkungsgrad zu öffnen
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Discussion
Durch die Nutzung der NRs-Zwischenschicht, kann das J-sc und der FF der Geräte verbessert werden. Allerdings wird die Oberflächenrauhigkeit der NRs auch die nachfolgenden Prozessen beeinflusst. Daher sollte die Ausrichtung und die Morphologie der Oberfläche die NRs sorgfältig bearbeitet werden. Schon seit längerem verarbeitet das Sol-Gel ETL, wie TiO2 und ZnO in einheitlichen aufgrund ihrer einfachen Verfahren weit verbreitet waren. Jedoch die Kristallisation von Sol-Gel verarbeitet Schichten ist in der Regel von der amorphe Typ und Morphologie der Schichten die Oberfläche ist rau in der Mehrzahl der Fälle. Daher wurde in dieser Studie um die Filmqualität der Samen Schicht, genau zu steuern die gesputterte Samen Schicht ausgewählt, die Sol-Gel verarbeitet Samen Schicht zu ersetzen. Die ZnO-NRs auf der Ebene der gesputterten AZO Samen gewachsen zeigen auch bessere vertikale Ausrichtung, was vorteilhaft für Folgeprozesse ist. Es wird darauf hingewiesen, dass am Ende des Wachstumsprozesses NRs, das restliche Vorläufer Lösungsmittel auf die NRs muss entfernt werden, und somit das Beispiel muss gebacken werden auf der Heizplatte, um sicherzustellen, dass das restliche Lösungsmittel vollständig trocknet. Darüber hinaus um den Glühen Effekt ändern Morphologie die Oberfläche zu vermeiden, wird die Trocknungstemperatur bei 250 ° C eingestellt, unterhalb der Rekristallisationstemperatur der ZnO ist.
Im Allgemeinen dominiert die Transportschicht die OPV-Geräte die Träger Sammlung und Beförderung der Solarzellen. Infolgedessen ist die Verbesserung der Mobilität der Transport Layer sehr kritisch9. Im Gegensatz zu der Sol-Gel verarbeitet Film kann durch Anpassung der HF-Leistung, Ablagerung Temperatur und Konzentration des AZO Ziels doping gesputterten AZO Saatgut-Schicht-Folie hohe Kristallisation und hohe Elektron Mobilität pflegen.
Auch unter verschiedenen Umgebungen oder Bedingungen dieser Fertigungsprozess ist es noch einfach, die Ergebnisse des Experiments zu replizieren. Solange die Filmqualität der Samen Schicht gut kontrolliert ist, erhalten Sie leicht die gut abgestimmte vertikal ausgerichtete ZnO NR Array.
Obwohl das ZnO NR Array großes Potenzial als ETL in OPVs anzeigt, ist der schichtwiderstand des ZnO NR Arrays nach wie vor hoch. Daher können nicht die ZnO NR Arrays ersetzen die ITO und müssen mit ITO oder anderen transparenten Elektroden während der Anwendungen kompatibel.
Andere Funktion als die ETL in der SM-OPVs, können die gut abgestimmten vertikal ausgerichteten ZnO NR Arrays auch als eine Antireflex-Schicht in eine organische Leuchtdiode (OLED) Erhöhung der Lichtemission20arbeiten. Darüber hinaus kann es für Beleuchtungsanwendungen, als Spender zu rekombinieren mit Löchern zu emittieren Licht einer bestimmten Wellenlänge21fungieren. Daher, wir glauben, dass qualitativ hochwertige AZO Gesputtert Film- und gut abgestimmten vertikal ausgerichteten ZnO NR Arrays werden eine wichtige Rolle im Bereich Optoelektronik in der Zukunft.
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Disclosures
Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessenkonflikte.
Acknowledgments
Die Autoren möchte National Science Council of China für die finanzielle Unterstützung dieser Forschung unter Vertragsnr. Die meisten 106-2221-E-239-035, und die meisten 106-2119-M-033-00.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AZO target | Ultimate Materials Technology Co., Ltd. | none | AZO (2 wt% Al2O3 in ZnO) , 3”ψx 3mmt + 3mmt Cu B/P + Bonding |
| SMPV1 | Luminescence Technology Corp. | 1651168-29-4 | 2,6-Bis[2,5-bis(3-octylrhodanine)-(3,3-dioctyl-2,2':5,2''-terthiophene)]-4,8-bis((5-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene |
| RF sputtering system | Kao Duen Technology Co., Ltd | none | http://www.kaoduen.com.tw/index.php?action=product |
| Zinc Acetate Dihydrate | J. T. Baker | 5970456 | 4.39 g |
| Monoethanolamine | J. T. Baker | 141435 | 1.22 g |
| 2-methoxyethanol | Sigma-Aldrich | 109864 | 40 mL |
| Zinc Nitrate Hexahydrate | J. T. Baker | 10196186 | 1.49 g |
| Hexamethylenetetramine | Sigma-Aldrich | 100-97-0 | 0.7 g |
| Indium tin oxide (ITO) | RiTdisplay | none | coated glass substrates (<10 Ω sq–1) |
| AFM | Veeco | Innova SPM | |
| SEM | FEI | Nova 200 NanoSEM | operation voltage: 10 kV |
| XRD | Bruker | D8 X-ray diffractometer | 2θ range: 10–90 °; step size: 0.008 ° |
| PL | Horiba | Jobin-Yvon HR800 | excitation source: 325 nm UV Laser 20 mW |
| solar simulator | Newport | 91192A | AM 1.5G |
| Precision Semiconductor Parameter Analyzer | Keysight Technologies | Agilent 4156C | sweep from -1 to +1 V |
| toluene | Sigma-Aldrich | 108-88-3 | 1 mL |
| PC71BM | Sigma-Aldrich | 609771-63-3 | 11.25 mg |
| Thermal evaporation system | Kao Duen Technology Co., Ltd | Kao Duen PVD System | http://www.kaoduen.com.tw/index.php?action=product |
| HCl | Sigma-Aldrich | 7647-01-0 | |
| MoO3 | Alfa Aesar | 1313-27-5 | 99.50% |
| silver ingot | ADMAT Inc. | none | 100.00% |
| Thin Film Deposition Controller | INFICON | XTC | |
| anti-corrosion tape (Polyimide Film) | 3M Taiwan Corporation | none | http://solutions.3m.com.tw/wps/portal/3M/zh_TW/InsulatingTape/home/product/Polyimide/ |
| spin-coater | Chemat Technology, Inc | KW-4A | http://www.chemat.com/chematscientific/KW-4A.aspx |
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