Methodenartikel

Die Herstellung von Voll Lösung verarbeitet Anorganische Nanokristalline Photovoltaik-Anlagen

DOI:

10.3791/54154

⸱

8. Juli 2016

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Chemistry and Biochemistry, St. Mary's College of Maryland, 2Department of Chemistry, U.S. Naval Academy, 3NSWC Indian Head EOD Technology Division, 4Electronics and Devices Division, Naval Research Laboratory

In diesem Artikel

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dieses Protokoll beschreibt die Synthese und die Lösungsabscheidung von anorganischen Nanokristalle Schicht für Schicht-Dünnfilm-Elektronik auf nichtleitenden Oberflächen zu erzeugen. Solvent-stabilisierten Tinten können folgende nach der Abscheidung Ligandenaustausch und Sintern komplette Photovoltaik-Anlagen auf Glassubstraten durch Spin und Spritzbeschichtung erzeugen.

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wir zeigen, ein Verfahren zur Herstellung der Lösung vollständig verarbeitet anorganischen Solarzellen aus einer Spin-Beschichtung und Abscheidung von Nanokristall Tinten sprühen. Für die photoaktiven Absorberschicht werden kolloidale CdTe und CdSe-Nanokristalle (3-5 nm) synthetisiert eine inerte heiße Injektionstechnik unter Verwendung von und mit Fällungen gereinigt, um überschüssige Ausgangs Reagenzien zu entfernen. In ähnlicher Weise Gold-Nanokristalle (3-5 nm) werden unter Umgebungsbedingungen synthetisiert und in organischen Lösungsmitteln gelöst. Zusätzlich Vorläuferlösungen für transparente leitende Indium-Zinn-Oxid (ITO) Filme aus Lösungen von Indium- und Zinn-Salze mit einem reaktiven Oxidationsmittel gepaart hergestellt. Schicht-für-Schicht werden diese Lösungen auf einem Glassubstrat abgeschieden folgenden Annealing (200-400 ° C), um die Nanokristallsolarzelle (Glas / ITO / CdSe / CdTe / Au) zu bauen. Vorglühen Ligandenaustausch ist für CdSe und CdTe - Nanokristalle erforderlich , wenn Filme eingetaucht werden in NH 4 Cl: Methanol langkettiger , nativer liga zu ersetzennds mit kleinen anorganischen Cl - Anionen. NH 4 Cl (s) wurde als Katalysator zu wirken für die Sinterreaktion gefunden (als nicht-toxische Alternative zu dem herkömmlichen CdCl 2 (s) Behandlung) , was zu Kornwachstum (136 ± 39 nm) bei der Erwärmung. Die Dicke und die Rauheit der hergestellten Filme werden mit SEM und optische Profilometrie gekennzeichnet. FTIR verwendet, um den Grad der Ligandenaustausch vor dem Sintern zu bestimmen und XRD verwendet wird, um die Kristallinität und die Phase jedes Material zu verifizieren. UV / Vis-Spektren zeigen eine hohe Transmission für sichtbares Licht durch die ITO-Schicht und einer Rotverschiebung in der Absorption der Cadmium-Nanokristallen nach dem Tempern. Strom-Spannungs-Kurven der abgeschlossenen Geräte werden unter simulierten eine Sonnenbeleuchtung gemessen. Kleine Unterschiede in Abscheidungstechniken und Reagenzien während der Ligandenaustausch verwendet wurden, einen starken Einfluss auf die Eigenschaften der Vorrichtung zu haben, gezeigt. Hier untersuchen wir die Wirkung von chemocal (Sintern und Ligandenaustauschmittel) und physikalische Behandlungen (Lösungskonzentration, Spritzdruck, Glühzeit und Glühtemperatur) auf Photovoltaik-Leistung der Vorrichtung.

Einleitung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Aufgrund ihrer einzigartigen Schwelleneigenschaften haben anorganische Nanokristall Tinten - Anwendungen in einer Vielzahl von elektronischen Geräten , einschließlich Photovoltaik gefunden . 1 - 6 Leuchtdioden, 7, 8 Kondensatoren 9 und die Transistoren 10 Dies ist auf die Kombination der hervorragenden elektronischen fällig ist und optischen Eigenschaften von anorganischen Materialien und deren Lösung die Kompatibilität auf der Nanoskala. Bulk anorganische Materialien sind typischerweise nicht löslich und werden daher auf eine hohe Temperatur, Niederdruck-Vakuumabscheidungen begrenzt. Wenn sie jedoch auf der Nanoskala mit einem organischen Ligandenhülle hergestellt, können diese Materialien in organischen Lösungsmitteln und aus der Lösung (Drop-, Tauch-, Spin-, Sprüh- Beschichtung) aufgebracht dispergiert werden. Diese Freiheit zu beschichten große und unregelmäßige Oberflächen mit elektronischen Geräten reduziert die Kosten dieser Technologien , während auch möglich Nischenanwendungen zu erweitern. 6, 11 p>, 12

Lösungsverarbeitung von Cadmium (II) Tellurid (CdTe), Cadmium (II) Elenid (CdSe), Cadmium (II) sulfid (CdS) und Zinkoxid (ZnO) anorganische aktive Halbleiterschichten hat , um photovoltaische Bauelemente geführt Effizienzen (Ƞ) erreichen für Metall-CdTe Schottky - Übergang CdTe / Al (Ƞ = 5,15%) 13, 14 und mit Hetero CdS / CdTe (Ƞ = 5,73%), 15 CdSe / CdTe (Ƞ = 3,02%), 16, 17 ZnO / CdTe (Ƞ = 7,1 %, 12%). 18, 19 im Gegensatz zur Vakuumabscheidung von CdTe bulk Geräte müssen diese Nanokristallfilme Ligandenaustausch nach der Abscheidung zu unterziehen langkettigen organischen Liganden zu entfernen nativer und isolierende , die eine effiziente Elektronentransport durch die Folie zu verbieten. Zusätzlich Sintern Cd- (S, Se, Te) während Erhitzen in Gegenwart eines geeigneten Salzkatalysators auftreten. Vor kurzem wurde es found daß nicht toxische Ammoniumchlorid (NH 4 Cl) kann zu diesem Zweck als Ersatz für die üblicherweise verwendeten Cadmium (II) -chlorid (CdCl 2) verwendet werden , 20 , um den abgelagerten Nanokristall - Film in NH 4 Cl Durch Eintauchen. Methanollösungen, die Ligandenaustauschreaktion tritt bei Exposition gegenüber der wärmeaktivierbaren NH 4 Cl Sinter Katalysators gleichzeitig. Diese Folien werden hergestellt erhitzt Schicht- für -Schicht die gewünschte Dicke der photoaktiven Schichten zu bauen. 21

Jüngste Fortschritte in der transparenten leitfähigen Filmen (Metall - Nanodrähte, Graphen, Kohlenstoff - Nanoröhren, die Verbrennung verarbeitet Indium - Zinn - Oxid) und leitfähigen Metall - Nanokristall - Tinten haben gebaut , um die Herstellung von flexiblen oder gebogenen Elektronik auf beliebige nichtleitenden Oberflächen geführt. 22, 23 In dieser Präsentation wir die Herstellung jeder Vorläufer Tintenlösung einschließlich der aktiven Schichten (CdTe und CdSe-Nanokristalle) demonstrieren, die Transpaleitende Oxid - Elektrode mieten (dh Indium dotiertes Zinnoxid, ITO) und der Rückmetallkontakt eine abgeschlossene anorganischen Solarzelle vollständig aus einem Lösungsverfahren. 24 Hier stellen wir das Sprühverfahren und die Bauteilschicht Strukturierungs Architekturen auf nichtleitenden zu konstruieren Glas. Diese detaillierte Video-Protokoll soll Forschern zu helfen, die entwerfen und Gebäudelösung verarbeitet Solarzellen; jedoch sind die gleichen hier beschriebenen Techniken anwendbar auf einen weiten Bereich von elektronischen Geräten.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Protokoll

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hinweis: Bitte konsultieren Sie alle relevanten Materialien Sicherheitsdatenblätter (MSDS) vor dem Gebrauch. Viele der Vorläuferlösungen und Produkte sind gefährlich oder krebserregend. Besondere Beachtung sollte wegen des einzigartigen Sicherheitsbedenken gerichtet zu Nanomaterialien, die auf ihre Masse Pendants verglichen entstehen. Geeignete Schutzausrüstung sollte während dieses Verfahrens jederzeit getragen (lange Hosen und geschlossene Schuhe, die vorne Schutzbrillen, Gesichtsschutz, Handschuhe, Kittel,) werden.

1. Synthese von Nanokristalline Precursor-Tinten

  1. CdSe und CdTe - Tinten 18, 25
    1. In einer inerten Glovebox Atmosphäre kombinieren 0,24 g (0,0019 mol) Tellur (Te) für CdTe (oder 0,1527 g (0,0019 mol) Selen (Se) für CdSe) Pulver mit 4,39 g (0,012 mol) Trioktylphosphin (TOP) in 5 ml-Rundkolben (RBF).
    2. Siegel diesen Kolben mit einem Gummiseptum und entfernen aus Glovebox zur Beschallung (40 kHz) in einem erwärmten (60 ° C)Wasserbad, bis das gesamte feste Te oder Se aufgelöst hat (ca. 20 min). Beiseite 5 ml 1-Octadecen (1-ODE).
    3. Getrennt davon wurde in einem sauberen und trockenen 3-Hals-250 ml RBF mit einem magnetischen Rührstab, kombinieren 0,48 g (0,0037 mol) Cadmium (II) -oxid (CDO) Pulver mit 4,29 g (0,015 mol) Ölsäure (OA) und 76 ml 1-Octadecen. Überprüfen Sie Gläser für Mängel vor der Verwendung und montieren alle Glas-Glasverbindungen mit hoher Temperaturvakuumfett.
    4. Schließen Sie eine Vakuumpumpe und ein Inertgas (Argon, Ar oder Stickstoff, N 2) Quelle auf Low - Flow in den Kolben durch eine Glas - Schlenk - Leitung mindestens einen Hals des RBF frei Verlassen des TOP-Chalkogenid Vorstufe zu injizieren. Legen Temperaturfühler direkt in die Lösung von einem der Hälse und Dichtung.
    5. Set mit der höchsten Geschwindigkeit zu rühren und die eingestellte Temperatur auf 110 ° C unter Vakuum für 30 min.
      Hinweis: mehr als 250 ° C der Ölsäurekomponente verschlechtern können von farblos durch einen Farbwechsel angegebenGelb.
    6. Umschalten von Vakuum auf Inertgas einen leicht positiven Druck in dem Kolben zu bauen. Stellen Sie den Gasstrom zu einem Niederdruck (~ 1 psi). Blasen sollte bei einer Frequenz von 1-5 Hz in dem Öl Bubbler werden bilden.
      1. Getrennt bereiten mit einem Gummiseptum gekrönt mit einer Glashalsverlängerung. Bringen Sie eine Spritzennadel an der Schlenklinie Schlauch.
      2. Pierce die Spritzennadel in das Septum zu ermöglichen, um Druck abzulassen. Denken Sie daran, leicht die Verbindung mit Vakuumfett einfetten.
      3. Zu diesem Zeitpunkt schnell zu entfernen, die obere Glasstöpsel aus dem Reaktionskolben und ersetzen sie durch eine Glasverlängerung. Überschüssige Inertgas wird durch den Kolben strömen, und dies wird mit Luftblasen aus dem Öl-Blasenschwellen angegeben werden.
    7. Schließen Sie die Original Inertgasquelle und öffnen Sie die zweite Entlüftungs einen langsamen kontrollierten Strom von Inertgas in die Oberseite des Kolbens während der Rest der Synthese zu ermöglichen.
    8. Erhöhen Sie die Temperatur der Lösung auf 260 ° C für CdTe (250 ° C für CdSe) und warten, bis die Lösung von einer leichten braun wird vollständig farblos und transparent.
    9. Sobald die gewünschte Reaktionstemperatur erreicht ist, bereiten eine Spritze zur Injektion durch den TOP-Chalkogenid Vorstufe zu extrahieren und den zusätzlichen 5 ml 1-ODE.
    10. In einem Schritt entfernen Sie den Heizmantel zu rühren und zu injizieren, während weiterhin schnell die TOP-Chalkogenid / 1-ODE-Gemisch.
    11. Anschließend Lösung auf RT (~ 30 min) und zu überwachen Farbänderungen als Quanten beschränkt Partikel Samen Form abkühlen lassen und in größere Nanokristalle wachsen. CdSe ist eine tiefrote Farbe und CdTe ist ein dunkelbraun.
    12. Direkt in den Kolben, 25 ml Heptan und 100 ml Ethanol, um das Produkt auszufällen. Transfer 40 ml Aliquots in ein 50 ml Zentrifugenröhrchen eingewogen und 5 ml Toluol und 5 ml Ethanol-Fällung zu vervollständigen.
    13. Zentrifugieren Sie das Produkt bei 1.722 × g für 2 Minuten oder bis der Überstand ist transparent. Dekantieren Überstand und kombinieren solide produkt in einen 5 ml RBF durch Zugabe von 0,5 ml Toluol und 5 ml Pyridin destilliert, um die Nanokristalle zu dispergieren. ACHTUNG: Führen Sie alle Pyridin Experimente unter dem Abzug.
    14. Spülen Sie das RBF mit Inertgas und dann versiegeln mit Gummiseptum. Bringen Sie Heizmantel und bringen bis 85 ° C. Entlasten Sie keinen Druck eine Nadel kurz in die Gummimembran eingesetzt werden. Weiter erhitzt und sanft für 18 Stunden gerührt wurde.
    15. Nach Pyridin Austausch kombinieren CdTe oder CdSe Produkt und 40 ml Hexan und Zentrifuge bei 1722 × g für 2 Minuten oder bis zum Überstand ist farblos. Dekantieren Überstand und mit 5 ml destilliertem Pyridin und 5 ml 1-Propanol. Flush Kolben mit Inertgas und beschallen (40 kHz) dieser Mischung für 30 min. Sammeln Sie den Überstand und verwerfen alle festen Produkt.
    16. Filtern, um die Tinte durch eine 1 um Polytetrafluorethylen (PTFE) Spritzenfilter zu groß oder aggregierte Teilchen zu entfernen. Messen der Konzentration der Tinte durch Trocknen und Wiegen von 1 ml. Typische Konzentrationen are 40 mg ml -1 für CdTe und 16 mg ml -1 für CdSe.
    17. Verdünnte Tinte mit Pyridin / 1-propanol nach Bedarf. Shop Tinte unter Inertgas während nicht in Gebrauch ist.
  2. Au Ink 26
    1. In einem 500 - ml - Erlenmeyerkolben unter Rühren kombiniert 1,518 g (0,00385 mol) Gold (III) chlorid - trihydrat, HAuCl 4. 3H 2 O und 126 ml H 2 O , um eine gelbe Lösung zu erzeugen.
    2. Fügen Sie eine vorgemischte Lösung von 9,52 g (0,0174 mol) Tetraoctylammoniumbromid in 334 ml Toluol.
    3. Als nächstes fügen Sie den Liganden, 0,452 g (0,00382 mol) Hexanthiol in 2 ml Toluol.
    4. Schließlich separat kombinieren, 1,58 g (0,0418 mol) Natriumborhydrid (NaBH 4) mit 105 ml H 2 O und sofort dieses sprudelnden hinzufügen Reduktionslösung tropfenweise zur Reaktionskolben.
    5. bei RT in Luft für 3 h, trenne die organische Phase mit einem Scheidetrichter nach dem Rühren.
    6. Verwenden Sie einen Rotationsverdampfer zu reduzierendas Volumen auf 20 ml und waschen Sie diese Tinte mit 50 ml Hexan und 200 ml Methanol. Ausfällen Feststoff mit Zentrifugation bei 1722 × g für 2 min und dekantiert die farblosen Überstand.
    7. Der Feststoff wird in Luft und wieder zu dispergieren in Chloroform mit einer Konzentration von 70 mg ml -1.
  3. ITO - Tinten 23
    1. Kombinieren feste Salze von Indium (III) -nitrat - Hydrat (In (NO 3) 3. 2.85H 2 O, 2,93 g, 0,00974 mol) und Zinn (II) -chlorid - Dihydrat, (SnCl 2. 2H 2 O, 0,357 g, 0,00158 mol mit) 10 ml 2-Methoxyethanol in einem 50 ml Polypropylen-Zentrifugenröhrchen.
    2. Dazu fügen 167 ul 14,5 M Ammoniumhydroxid (NH 4 OH, 0,0024 mol) als pH - Stabilisator und 0,83 g (0,0104 mol) Ammoniumnitrat (NH 4 NO 3) als ein Oxidationsmittel.
    3. Beschallen bei 40 kHz für 20 min unter Erwärmen (60 ° C) oder bis die Tinte ändert sich von trüb weiß bis farblos und transparent.

2. ITO Patterning

  1. Schneiden und Reinigen ein (25 mm x 25 mm x 1,1 mm) Glasobjektträger in Ethanol und Aceton Beschallen.
  2. Einweichen Glassubstrat in konzentrierter (> 5 M) wßrigem Natriumhydroxid (NaOH) für 1 min und spülen kurz mit Wasser.
  3. Legen Sie das Glassubstrat, auf dem Spin-Coater und füllen Schlitten mit ITO Tinte. Spin bei 3228 × g für 20 Sekunden.
  4. Sofort legen Sie das Substrat auf einer Heizplatte Satz auf 400 ° C und Hitze 10 min. Kühlen Sie langsam bei RT auf einer Keramikplatte.
  5. Wiederholen Sie diesen Vorgang (2,3-2,4), bis der Flächenwiderstand unter 1.000 Ohm pro Quadrat ist (ca. 10 Schichten). Ungefähre den Schichtwiderstand mit einem Multimeter oder eine Maßnahme mit einem Vier-Punkt-Sonde durch die ITO / Glasfilm auf einer stabilen Oberfläche platzieren und die Multimeter-Sonden etwa 0,5 cm Abstand um den Widerstand zu notieren nach unten drücken. Wenn ein Vierpunkt-Sonde verfügbar ist, drücken Sie die Sondenspitzen auf den Film das Blatt r aufnehmenFolgende etablierten Methoden eständigkeit. 27
  6. Schließlich kurz Dip (~ 2 sec) der Film in verdünnter Königswasser und spülen mit destilliertem Wasser, gefolgt von Trocknen der Widerstand unter 500 Ohm pro Quadrat zu reduzieren.
  7. Konstrukt ein Vorrichtungsmuster von Streifen des Bandes (dh Polyamidband für Wärmebehandlungen oder Cellophanband für Säureätzung) Schneiden und anhaftenden sie entlang der vorgefertigter grid. Beispielsweise senkrechten Streifen mit einer Breite von 0,10 cm wird 0,10 cm 2 Anordnungsbereiche erzeugen.
    1. Design-Gitternetze mit Dokumentenbearbeitungs-Software, Druck auf das Papier und die Position unter dem Substrat als Leitfaden dienen, um Band auf das transparente Glasträger montieren.
      Hinweis: Je nach Anwendung und den Eigenschaften der Tinte können diese Gitter verwendet werden, Geräte zu produzieren mit oberen und unteren überlappenden Elektroden in der Form eines Quadrats, eines Rechtecks ​​oder irgendeiner Form mit messbaren Bereich. Beispielsweise durch zwei parallele Streifen aus ITO alternierende dassjeweils 0,10 cm breit, gefolgt von den aktiven Schichten (CdSe und CdTe) Ablagern kann die Goldschicht zu bilden , zwei 0,10 cm 2 Vorrichtungen um 90 Grad gedreht nur das gleiche Muster verwendet werden , abgeschieden.
  8. Genießen Sie die Glas / ITO-Film mit klebte Streifen in verdünnter Königswasser bei 60 ° C bis zum exponierten ITO löst sich auf, hinter blanken Glassubstrat zu verlassen.
  9. Entfernen Sie das Klebeband und waschen Film mit Aceton und Ethanol alle Rückstände aus dem Klebeband zu entfernen.
  10. Platzieren kleine Tropfen Silberepoxid auf das ITO an einem Ende des Glassubstrats Streifen. Diese Wärme auf einer Heizplatte bei 150 ° C für 2 min, gefolgt von Abkühlen auf RT. Diese werden als Kontaktstellen für die Gerätemessung dienen, da es schwierig ist, die CdTe / CdSe aktiven Schichten nach dem Glühen zu entfernen.

3. Lösung Verarbeitung von CdSe, CdTe und Au Films

  1. Spin Coating 28
    1. Legen Sie gemusterten ITO-Glass Substrat auf Spin-Coater und füllen Sie die Oberfläche durch Tropfenabdeckmasse CdSe-Nanokristalle.
    2. Spin bei 610 xg für 30 sec, gefolgt von Trocknen auf einer Heizplatte bei 150 ° C für 2 min. Man kühlt auf 25 ° C.
    3. Tauchen der Folie in einer NH 4 Cl: Methanol (gesättigt bei 25 ° C) Lösung auf 60 ° C. Halten Sie für 15 Sekunden und dann Film in einen separaten Behälter Isopropanol tauchen.
    4. Trockene unter Inertgas und dann Wärme auf einer Heizplatte bei 380 ° C für 25 sec. Abkühlen auf RT und spülen Sie überschüssiges Salz mit destilliertem Wasser, bevor sie unter Inertgas zu trocknen.
    5. Wiederholen Sie diesen Vorgang (3.1.1 - 3.1.4), bis die gewünschte Dicke erreicht ist. Typischerweise 3 Schichten von CdSe erzeugen eine 60 nm Film und 6 Schichten von CdTe eine 400 nm CdTe Film produziert.
  2. Sprühbeschichtung 12, 29
    1. Montieren Sie das ITO-Glassubstrat vertikal mit Klebeband oder Klammern auf einen flachen festen Träger.
    2. Dilute der CdTe und CdSe Tinte zu 4 mg ml - die Schwerkraft gespeisten Spritzpistole (mit 0,5 mm - Nadel) mit 0,25 ml der Tinte 1 mit Chloroform und zu laden.
    3. Stellen Sie den Trägergasdruck zwischen 10 und 40 psi. Verwenden Sie höhere Drücke für dünnere glattere Filme.
    4. Niederdrücken Düse und spray Nanokristall Tinte neben dem Substrat, gefolgt von gleichmäßig über das Substrat das Aufsprühen einer schnellen senkrechten Seite-an-Seite enden Bewegungen, wo die Luft Bürstendüse etwa 60 mm von dem Substrat gehalten wird. Reinigen Sie die Airbrush durch Spritzen ~ 1 ml reinem Chloroform vom Gerät weg.
    5. Entfernen Substrat aus der Halterung und behandeln den abgeschiedenen CdTe oder CdSe-Nanokristall-Film mit dem gleichen Verfahren wie für Spin-Coating (3.1.5), bis die gewünschte Dicke erreicht ist.
    6. Ebenso sprühen die Rückseite Film-Metallkontakt auf Nanokristall die aktiven Schichten der Vorrichtung zu vervollständigen. Nach dem gleichen Verfahren für die ITO verwendet Elektroden, Muster 0,01 cm dicke Streifen mitNieder Klebeband auf der aktiven Schicht senkrecht zu den ITO-Streifen.
    7. Laden Sie die Airbrush mit 2 ml des Gold (Au) Nanokristall - Tinte (70 mg ml -1) in Chloroform dispergiert.
    8. Nachdem ein dunkler opaker Film abgeschieden wird, demontieren, das Substrat und vorsichtig um das Band zu entfernen, bevor einer Heizplatte bei 250 ° C für 20 Sekunden erhitzt wird. Die goldene Farbe erscheint und das Gerät kann auf RT und getestet gekühlt werden.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Ergebnisse

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kleinwinkel-Röntgenbeugungsmuster werden verwendet , um die Kristallinität und die Phase des geglühten Nanokristallfilm (1A) zu verifizieren. Wenn Kristallitgrößen von unter 100 nm, deren Kristalldurchmesser sind, können mit der Scherrer-Gleichung (Gl. 1) und überprüft mit Rasterelektronenmikroskopie (SEM) bestimmt werden,
figure-results-1
wobei d der mittlere Kristallitdurchmesser, K der dimensionslose Formfaktor für das Material ist, β...

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Diskussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zusammengefasst stellt dieses Protokoll Richtlinien für die wichtigsten Schritte, die mit einer Lösung verarbeitet elektronische Gerät von einem Sprüh- oder Spin-Coating-Abscheidung zu bauen. Hier stellen wir neue Methoden für die Verarbeitung in Lösung transparenten leitfähigen Indiumzinnoxid (ITO) Schichten auf nicht leitenden Glassubstraten. Nach einer facile Ätzvorgang können einzelne Elektroden vor der Sprüht Abscheiden der photoaktiven Schichten gebildet werden. Mit Hilfe einer Layer-by-Layer-Technik, CdSe und CdT...

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Offenlegungen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Danksagungen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Das Office of Naval Research (ONR) ist dankbar für die finanzielle Unterstützung. Ein Teil dieser Arbeit wurde durchgeführt, während Professor Townsend ein Postdoktorandenstipendium des National Research Council (NRC) am Naval Research Laboratory innehatte und dankbar für die interne Unterstützung durch das St. Mary's College of Maryland ist.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Ölsäure, 90 %Sigma Aldrich364525
1-Octadecen, 90 %Sigma AldrichO806
Trioctylphosphin (TOP), 90 %Sigma Aldrich117854luftempfindliches
Trimethylsilylchlorid, 99,9 %Sigma Aldrich92360- und wasserempfindlich
Se, 99,5+%Sigma Aldrich209651
NH4Cl, 99%Sigma Aldrich9718
CdCl2, 99.9%Sigma Aldrich202908hochgiftiges
CdO, 99.99%Strem202894hochgiftiges
Te, 99.8%Strem264865
In(NO3)3.2.85H2O, 99.99%Sigma Aldrich326127-50G
SnCl2.2H2O, 99.9%Sigma Aldrich431508
NH4OHSigma Aldrich320145Caustic
NH4NO3, 99%Sigma AldrichA9642
HAuCl4.3H2O, 99,9Sigma Aldrich520918
Tetraoctylammoniumbromid (TMA-Br)Sigma Aldrich294136
Toluol, 99,8Sigma Aldrich244511
Hexanthiol, 95%Sigma Aldrich234192
NaBH4, 96 %Sigma Aldrich71320
Hexane, 98,5 %Sigma Aldrich650544
Ethanol, 99,5 %Sigma Aldrich459844
Methanol, wasserfrei, 99,8 %Sigma Aldrich322415
1-Propanol, 99,5 %Sigma Aldrich402893
2-Propanol, 99,5 % Sigma Aldrich278475
Pyridin, > 99%Sigma Aldrich360570Durch Destillation gereinigt
HeptanSigma Aldrich246654
Chloroform > 99%Sigma Aldrich372978
AcetonSigma Aldrich34850
Glas-ObjektträgerFisher12-544-4Schnitt mit Glasschneider
Gravity Fed AirbrushPaascheVSR90#1
SpritzennadelFisherCAD4075
Solar Simulator Testing StationNewportPVIV-1A
SoftwareOrielPVIV 2.0
RundkolbenSigma AldrichZ723134
RundkolbenSigma Aldrich
Spritzenvorsatzfilter aus Polytetrafluorethylen (PTFE)Sigma AldrichZ259926
PolyamidbandKaptonKPT-1/8
ZellophanbandScotch810 Klebeband
Polypropylen ZentrifugenröhrchenSigma AldrichCLS430290
Silber EpoxyMG Chemicals8331-14G
luft%%Z418668

Referenzen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Debnath, R., Bakr, O., Sargent, E. H. Solution-processed colloidal quantum dot photovoltaics: A perspective. Energy Environ. Sci. 4, 4870-4881 (2011).
  2. Tang, J., Sargent, E. H. Infrared Colloidal Quantum Dots for Photovoltaics: Fundamentals and Recent Progress. Adv. Mater. 23, 12-29 (2011).
  3. Ning, Z., Dong, H., Zhang, Q., Voznyy, O., Sargent, E. H. Solar Cells Based on Inks of n-Type Colloidal Quantum Dots. ACS Nano. 8, 10321-10327 (2014).
  4. Yoon, W., et al. Enhanced Open-Circuit Voltage of PbS Nanocrystal Quantum Dot Solar Cells. Sci. Rep. 3, (2013).
  5. Jiaoyan, Z., et al. Enhancement of open-circuit voltage and the fill factor in CdTe nanocrystal solar cells by using interface materials. Nanotechnology. 25, 365203(2014).
  6. Kramer, I. J., et al. Efficient Spray-Coated Colloidal Quantum Dot Solar Cells. Adv. Mater. 27, 116-121 (2015).
  7. Shirasaki, Y., Supran, G. J., Bawendi, M. G., Bulovic, V. Emergence of colloidal quantum-dot light-emitting technologies. Nat. Photonics. 7, 13-23 (2013).
  8. Demir, H. V., et al. Quantum dot integrated LEDs using photonic and excitonic color conversion. Nano Today. 6, 632-647 (2011).
  9. Yu, G., et al. Solution-Processed Graphene/MnO2 Nanostructured Textiles for High-Performance Electrochemical Capacitors. Nano Lett. 11, 2905-2911 (2011).
  10. Ridley, B. A., Nivi, B., Jacobson, J. M. All-Inorganic Field Effect Transistors Fabricated by Printing. Science. 286, 746-749 (1999).
  11. Habas, S. E., Platt, H. A. S., van Hest, M. F. A. M., Ginley, D. S. Low-Cost Inorganic Solar Cells: From Ink To Printed Device. Chem. Rev. 110, 6571-6594 (2010).
  12. Townsend, T. K., Yoon, W., Foos, E. E., Tischler, J. G. Impact of Nanocrystal Spray Deposition on Inorganic Solar Cells. ACS Appl. Mater. Interfaces. 6, 7902-7909 (2014).
  13. Olson, J. D., Rodriguez, Y. W., Yang, L. D., Alers, G. B., Carter, S. A. CdTe Schottky diodes from colloidal nanocrystals. Appl. Phys. Lett. 96, 242103(2010).
  14. Sun, S., Liu, H., Gao, Y., Qin, D., Chen, J. Controlled synthesis of CdTe nanocrystals for high performanced Schottky thin film solar cells. J. Mater. Chem. 22, 19207-19212 (2012).
  15. Chen, Z., et al. Efficient inorganic solar cells from aqueous nanocrystals: the impact of composition on carrier dynamics. RSC Adv. 5, 74263-74269 (2015).
  16. Gur, I., Fromer, N. A., Geier, M. L., Alivisatos, A. P. Air-stable all-inorganic nanocrystal solar cells processed from solution. Science. 310, 462-465 (2005).
  17. Ju, T., Yang, L., Carter, S. Thickness dependence study of inorganic CdTe/CdSe solar cells fabricated from colloidal nanoparticle solutions. J. Appl. Phys. 107, (2010).
  18. MacDonald, B. I., et al. Layer-by-Layer Assembly of Sintered CdSexTe1-x Nanocrystal Solar Cells. ACS Nano. 6, 5995-6004 (2012).
  19. Crisp, R. W., et al. Nanocrystal Grain Growth and Device Architectures for High-Efficiency CdTe Ink-Based Photovoltaics. ACS Nano. 8, 9063-9072 (2014).
  20. Townsend, T. K., et al. Safer salts for CdTe nanocrystal solution processed solar cells: the dual roles of ligand exchange and grain growth. J. Mater. Chem. A. 3, 13057-13065 (2015).
  21. Jasieniak, J., MacDonald, B. I., Watkins, S. E., Mulvaney, P. Solution-Processed Sintered Nanocrystal Solar Cells via Layer-by-Layer Assembly. Nano Lett. 11, 2856-2864 (2011).
  22. Hecht, D. S., Hu, L. B., Irvin, G. Emerging Transparent Electrodes Based on Thin Films of Carbon Nanotubes, Graphene, and Metallic Nanostructures. Adv. Mater. 23, 1482-1513 (2011).
  23. Kim, M. G., Kanatzidis, M. G., Facchetti, A., Marks, T. J. Low-temperature fabrication of high-performance metal oxide thin-film electronics via combustion processing. Nat. Mater. 10, 382-388 (2011).
  24. Townsend, T. K., Foos, E. E. Fully solution processed all inorganic nanocrystal solar cells. Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 16458-16464 (2014).
  25. Yu, W. W., Peng, X. Formation of High-Quality CdS and Other II-VI Semiconductor Nanocrystals in Noncoordinating Solvents: Tunable Reactivity of Monomers. Angew. Chem. 114, 2474-2477 (2002).
  26. Brust, M., Walker, M., Bethell, D., Schiffrin, D. J., Whyman, R. Synthesis of thiol-derivatised gold nanoparticles in a two-phase Liquid-Liquid system. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 0, 801-802 (1994).
  27. Smits, F. M. Measurement of Sheet Resistivities with the Four-Point Probe. Bell Sys. Tech. J. 37, 711-718 (1958).
  28. Yoon, W., Townsend, T. K., Lumb, M. P., Tischler, J. G., Foos, E. E. Sintered CdTe Nanocrystal Thin-films: Determination of Optical Constants and Application in Novel Inverted Heterojunction Solar Cells. IEEE Trans. Nanotechnol. 13, 551-556 (2014).
  29. Foos, E. E., Yoon, W., Lumb, M. P., Tischler, J. G., Townsend, T. K. Inorganic Photovoltaic Devices Fabricated Using Nanocrystal Spray Deposition. ACS Appl. Mater. Interfaces. 5, 8828-8832 (2013).
  30. Nag, A., et al. Metal-free Inorganic Ligands for Colloidal Nanocrystals: S2-, HS-, Se2-, HSe-, Te2-, HTe-, TeS32-, OH-, and NH2- as Surface Ligands. J. Am. Chem. Soc. 133, 10612-10620 (2011).
  31. Panthani, M. G., et al. High Efficiency Solution Processed Sintered CdTe Nanocrystal Solar Cells: The Role of Interfaces. Nano Lett. 14, 670-675 (2014).

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Nachdrucke und Genehmigungen

Genehmigung beantragen, um den Text oder die Abbildungen dieses JoVE-Artikels zu verwenden

Genehmigung beantragen

Schlagwörter

Solution Processed Solar CellsSpin Spray CoatingLigand Exchange AnnealingAmmonium Chloride CatalystSEM Optical ProfilometryFTIR XRD AnalysisUV Vis SpectroscopyCurrent Voltage CharacterizationGold Nanocrystal Deposition

Verwandte Artikel