基于一个钛醇盐和半导体聚合物为全可印刷有机 - 无机批量异质结太阳能电池形貌控制

该实验的总体目标是使用大体积的醇钛作为形态控制电子受体，制造完全可打印、不含富勒烯的体异质结太阳能电池。该方法有助于回答体异质结太阳能电池领域关于控制有机-无机杂化体异质结太阳能电池光活性层相分离结构的关键问题。该技术的主要优点是，它通过阻止大分子的自组织来控制相分离结构，而不受传统溶剂方法的溶解度限制。

该技术的含义延伸到获得更高的太阳能电池整体效率，因为带电分离和带电转移始终发生在有源层中。因此，这种方法可以深入了解 PFO-DVT 电子供体系统。它也可以使用 P3HT 或 PTV7 等半导体聚合物进行作。

首先，使用玻璃切割机将 1.1 毫米厚的 ITO 玻璃基板切割成 2 厘米 x 2 厘米的正方形。用数字万用表识别每个方块的导电面。用两条遮蔽胶带覆盖每个方块的导电面，在中心留出 2 毫米 x 2 厘米的区域。

将几滴一摩尔盐酸滴在每个方块的裸露导电区域。让方块静置 3 分钟，以在导电层中蚀刻一条条纹。然后，用棉签擦去盐酸，并取下遮蔽胶带。

将方块放入玻璃容器中，并在容器中装满去离子水。将容器放入超声波清洗机水浴中。以 42 kHz 的频率运行超声波清洗机 15 分钟。

然后，用丙酮和异丙醇清洁方块各 15 分钟。在干燥的气流下擦干方块。然后，用紫外线臭氧清洁剂清洁干燥的方块 30 分钟。

为了制备前体溶液，将 0.5 毫克 PFO-DBT 和 1.0 毫克选定的醇钛溶解在一毫升氯苯中。用铝箔包裹样品瓶以排除光线。将前驱体混合物加热至 70 摄氏度，同时以 700 RPM 的速度搅拌。

在该温度下搅拌混合物约 20 分钟。溶液澄清后，让它冷却至室温。将 0.5 毫克 PFO-DBT 和 1.0 毫克 60-PCBM 溶解在一毫升氯苯中，作为参考标准品。

在与母离子相同的条件下加热、搅拌和冷却参比标准品。要准备旋涂，请将前驱体或参比溶液放在热板上以 70 摄氏度预热，同时以 700 RPM 的速度搅拌 10 分钟。将一块方形蚀刻的 ITO 玻璃基板放在陶瓷热板上以 70 度加热 5 分钟。

然后，将加热的 ITO 玻璃方块放在旋涂机真空台的中心。用热风枪将这个方块重新加热到 70 度，然后打开真空泵将方块固定到位。将 0.5 mL 温热前体或参比溶液吸取到 1 mL 注射器中，并立即将溶液滴在方块上。

然后，以 2， 000 至 6， 000 RPM 的速度在空气中运行旋涂机 60 秒，以形成 50 纳米厚的薄膜。让表面在室温下无光干燥 10 分钟。然后，使用蘸有氯苯的棉签去除多余的光活性物质。

在相同条件下再次干燥表面。为了分析相分离结构，请在此处停止制备，并使用光学或扫描电子显微镜获得光活性层的图像。要在光敏材料涂层的 ITO 玻璃方块上打印有机电极，请使用带有 50 微米厚金属掩模的丝网打印机在方块表面打印 5 毫米 x 20 毫米的矩形 PDOT-PSS。

让电极在室温下无光在空气中干燥 30 分钟。然后，用金刚石切割机切出一块 1.5 厘米 x 2.5 厘米的 1.2 毫米厚的玻璃基板。用塑料刮刀将环氧树脂涂抹在玻璃片上。

将玻璃环氧树脂面朝下放在样品上，使样品表面的一侧暴露在外。用丙酮和棉签清洁支撑电极。使用超声波烙铁将支撑电极焊接到正方形的剩余裸露表面上。

使用太阳光模拟器测量电池的电流电压特性。对要测试的每种醇钛和 PFO-DBT 作为参考重复此过程。使用四种不同的醇钛作为电子受体制造了有机-无机体本体异质结太阳能电池。

电流电压特性受醇盐特性的显著影响，这归因于光活性层相分离结构的差异。使用钛四异丙醇、乙氧化物和丁醇的电池的短路电流密度远高于使用丁氧化物聚合物的电池。光活性层的扫描电子显微镜显示钛、四乙氧化物和异丙醇电池具有可接受的相分离结构。

钛四丁醇电池的相分离稍差，这是由于丁氧化物的体积较大。四丁醇钛聚合物的体积更大，阻碍了最佳相分离，导致光活性层中电荷产生不良。每次开发之后，这项技术都为有机-无机混合太阳能电池领域的研究人员探索各种材料的组合以实现高效光活性层铺平了道路。