全面解决方案处理的无机纳米晶体光伏器件的制造

该程序的总体目标是在环境条件下沉积无机纳米晶体的旋转和喷涂薄膜，以在配体交换和退火后构建完全溶液处理的太阳能电池器件。这种方法可以帮助回答纳米科学和应用材料界面领域的关键问题，例如我们能否通过在纳米尺度上制备无机材料来构建功能性电子产品，以便我们可以自下而上对整个器件进行溶液处理。这种技术的主要优点是我们可以开始考虑将电子设备喷涂到新的和非常规的表面上。

这包括由于额外的沉积自由度，可以在短时间内喷涂大面积和不规则的区域。虽然这种方法可以专门提供对构建光伏设备的见解，但它也可以应用于其他系统，例如 LED、晶体管和电容器的喷涂处理。合成硒化镉和碲化镉油墨时，请遵循文本方案直到吡啶合成步骤。

倒出上清液，加入 5 毫升蒸馏的吡啶和 5 毫升 1-丙炔醇。然后，用惰性气体冲洗培养瓶，并以 40 kHz 的频率对混合物进行超声处理 30 分钟。通过 1 微米 PTFE 针式过滤器过滤油墨并通过干燥 200 微升来测量油墨浓度也很重要。

最后，根据需要用 pyradine 和 1-propynol 稀释墨水，并将墨水储存在惰性气体下。在 500 毫升锥形瓶中：将氯化金、三水合物和水搅拌在一起。接下来，将制备好的四辛基溴化铵添加到黄色混合物中。

接下来，添加己硫醇配体。另外，将硼氢化钠混合到水中。立即将这种冒泡还原液滴加到反应瓶中。

搅拌 3 小时后，用分液漏斗分离有机相。然后，使用 rotovap 将体积减少到 20 毫升。用 50 毫升己烷和 200 毫升甲醇清洗收集的墨水。

沉淀固体并倒出无色 supernat。然后，将固体风干，并以每毫升 70 毫克的浓度重新加入氯仿中。为 ITO 墨水准备适当比例的铟锡固体对于该电极的高导电性至关重要。

退火后形成的氧化膜对前驱体相对浓度的微小变化非常敏感。首先，在 50 毫升聚丙烯管中，将硝酸铟水合物和二水合锡的固体盐与 10 毫升 2-甲氧基乙醇混合。向该混合物中加入氢氧化铵以缓冲 pH 值。

然后加入硝酸铵固体作为氧化剂。在 40 kHz 的温水中对试管进行超声处理 20 到 60 分钟，或直到墨水从朦胧和白色变为无色和透明。切一个方形载玻片，用超声处理清洁，然后用乙炔醇和丙酮清洁。

接下来，将玻璃杯放入浓氢氧化钠中 1 分钟。用水短暂冲洗玻璃杯，然后在玻璃杯上甩涂 ITO 墨水。然后，立即将玻片转移到设置为 400 摄氏度的热板上。

五分钟后，将其取出，放在陶瓷板上冷却至室温。继续将 ITO 墨水分层到载玻片上，直到薄层电阻低于 1， 000 欧姆（由万用表或四点探针测量）。最后，将薄膜短暂浸入稀王水中，然后用蒸馏水冲洗。

干燥后，电阻应低于 500 欧姆。现在，使用印刷网格作为参考，排列玻璃纸胶带条，以掩盖用于酸蚀刻的层。在放置胶带的地方，ITO 将保留在玻璃上。

如果没有正确的模式，设备将没有所需的区域，并且效率或电流测量将不正确。此外，图案化可确保相邻器件不会相互接触，从而避免器件短路。接下来，将薄膜浸泡在 60 摄氏度的稀王水中，以溶解曝光的 ITO。

快速冲洗并用水擦干后，取下胶带。然后用丙酮和乙炔醇对胶片进行超声处理，以去除任何胶带残留物。现在，添加用于进行测量的触点。

在基板正方形一侧的每个 ITO 条带的边缘上滴一小滴银环氧树脂。最后，将基材在 150 摄氏度下加热两分钟，然后冷却。首先将图案化的 ITO 玻璃基板放在旋涂机上，然后涂上硒化镉晶体油墨。

让它在 150 摄氏度下干燥两分钟，然后将其浸入氯化铵和加热至 60 摄氏度的甲炔诺溶液中 15 秒。然后，将薄膜浸入异丙醇中。接下来，在惰性气体下干燥薄膜并在 380 摄氏度下加热 25 秒。

冷却后，用蒸馏水冲洗掉多余的盐，并在惰性气体下干燥底物。重复此过程，直到达到所需的厚度。与旋涂不同，喷涂具有不一致的细微差别，具体取决于喷涂人员。

但是，经过几个月的反复试验，我们找到了一种效果很好的方法。用胶带或夹子将 ITO 玻璃基板垂直安装在平坦、坚固的背衬上。将 0.25 到 1 毫升稀释的镉墨水加载到重力进料喷枪中。

为薄而光滑的薄膜设置更高的压力。现在，在距离基材表面 60 毫米的地方，开始从基材上喷涂纳米晶体墨水然后，在基材上快速左右移动，保持喷雾流垂直于表面。通过喷涂，我们可以更好地控制薄膜厚度、粗糙度和整体形态。

然而，由于这些增加的自由度，必须仔细监测喷雾距离、溶液浓度、输送压力和沉积持续时间，以实现一致性。继续添加纳米晶体墨水层，直到达到所需的厚度。然后，对活动层进行胶带图案化。

最后，可以将金纳米晶体薄膜喷涂到基材上。扫描电子显微镜用于监测退火薄膜中晶粒生长的程度。沉积单层镉染料并在氯化铵存在下加热后，通过调整加热温度和持续时间、油墨浓度、喷涂压力和持续时间或旋转速度来优化晶粒尺寸。

通常，较大的晶粒表示具有较高短路电流的器件。紫外-可见光谱法用于根据吸光度峰与量子限制效应的相关性来估计纳米晶体的尺寸。通过改变前驱体的浓度、反应温度和墨水合成的持续时间来调整晶体尺寸。

采用光学轮廓测量法测量薄膜厚度和粗糙度。这用于每种材料的单层和完整的设备。采用傅里叶变换红外光谱来监测氯化铵甲炔醇处理过程中配体交换的减弱，通过在 2、924 和 2、852 处 CH 醛拉伸带的消失来测量。

电流电压特性是在黑暗和模拟一个太阳照射下从校准的太阳模拟器获得的。文本协议中提供了详细说明。观看此视频后，您应该对如何简单地使用喷枪、准备好的墨水和热源将通常不溶于不溶的无机纳米晶体喷涂到非导电基材上以构建工作电子设备有很好的了解。

一旦掌握，如果执行得当，这项技术可以在一到两个小时内完成。在尝试此过程时，请务必记住在加热后缓慢冷却设备基板，以免玻璃破裂。不要忘记，使用纳米材料可能非常危险。

始终采取预防措施，例如在穿戴个人防护装备的同时在通风橱中进行所有喷涂过程。