Waiting
Procesando inicio de sesión ...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

تصنيع الحل بالكامل معالجتها غير العضوية النانوية الأجهزة الضوئية

Published: July 8, 2016 doi: 10.3791/54154
Automatic Translation
1, 1, 2, 3, 4, 4
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

Summary

يصف هذا البروتوكول التوليف وحل ترسب طبقة البلورات النانوية غير العضوية من قبل طبقة لإنتاج الالكترونيات رقيقة على الأسطح غير موصل. يمكن مذيب أحبار استقرت إنتاج الأجهزة الضوئية كاملة على ركائز الزجاج عن طريق زيادة ونقصان ورذاذ الطلاء التالية صرف يجند بعد الترسب وتلبد.

Abstract

ونحن لشرح طريقة لإعداد الخلايا الشمسية العضوية بشكل كامل حل معالجة من زيادة ونقصان ورذاذ الطلاء ترسب الأحبار النانوية. للطبقة امتصاص متفاعل، تيل كد الغروية والبلورات النانوية سيلينيد الكادميوم (3-5 نانومتر) تم تجميعها باستخدام تقنية الحقن الساخنة الخاملة وتنظيفها مع هطول الأمطار لإزالة الكواشف انطلاق الزائدة. وبالمثل، تم الجمع بين البلورات النانوية الذهب (3-5 نانومتر) في ظل الظروف المحيطة ويذوب في المذيبات العضوية. وبالإضافة إلى ذلك، يتم إعداد الحلول تمهيدا للأفلام شفافة موصل أكسيد الإنديوم القصدير (ايتو) من حلول الإنديوم والقصدير وأملاح يقترن مؤكسد على رد الفعل. طبقة تلو طبقة، وتودع هذه الحلول على ركيزة الزجاج التالية الصلب (200-400 درجة مئوية) لبناء الخلايا الشمسية النانوية (زجاج / ايتو / سيلينيد الكادميوم / تيل كد / الاتحاد الافريقي). مطلوب قبل الصلب الصرف يجند لسيلينيد الكادميوم وتيل كد البلورات النانوية حيث انخفض الأفلام في NH 4 الكلورين: الميثانول ليحل محل سلسلة طويلة الاسباني الأصليتفاحة مع الصغيرة غير العضوية الكلور - الأنيونات. تم العثور على NH 4 الكلور (ق) ليكون بمثابة محفز للتفاعل تلبد (كبديل غير سامة إلى CdCl 2 (ق) وسائل العلاج التقليدية) مما يؤدي إلى نمو الحبوب (136 ± 39 نانومتر) أثناء التسخين. وتتميز سماكة وخشونة من الأفلام المعدة مع وزارة شؤون المرأة وprofilometry البصرية. يستخدم FTIR لتحديد درجة تبادل يجند قبل تلبد، ويستخدم حيود الأشعة السينية للتحقق من التبلور والمرحلة من كل مادة. الأشعة فوق البنفسجية / فيس أطياف عرض عالية لنقل الضوء المرئي من خلال طبقة ايتو وإزاحة حمراء في الامتصاصية من البلورات النانوية الكادميوم اعتماد chalcogenide بعد الصلب الحرارية. يتم قياس منحنيات الحالي الجهد الأجهزة المنجزة في إطار محاكاة إضاءة الشمس واحدة. وقد تبين أن الفروق الصغيرة في تقنيات الترسيب والكواشف المستخدمة خلال تبادل يجند أن يكون لها تأثير عميق على خصائص الجهاز. هنا، نحن فحص آثار كيماويةكال (تلبد وتبادل يجند عملاء) والمعالجات الفيزيائية (تركيز المحلول، رش ضغط، الساعة الصلب ودرجة الحرارة الصلب) على أداء الجهاز الضوئية.

Introduction

نظرا لخصائص الناشئة فريدة من نوعها، وقد وجدت الأحبار النانوية غير العضوية التطبيقات في مجموعة واسعة من الأجهزة الإلكترونية بما في ذلك وحدات الطاقة الشمسية، 1 - 6 ضوء الثنائيات، 7، 8 المكثفات 9 و الترانزستورات 10 ويرجع ذلك إلى مزيج من ممتازة الإلكترونية و الخصائص البصرية للمواد غير العضوية والتوافق حل على مقياس النانو. المواد غير العضوية السائبة هي عادة ليست قابلة للذوبان، وبالتالي تقتصر على درجة حرارة عالية، وانخفاض ضغط ترسبات فراغ. ومع ذلك، عندما أعدت على مقياس النانو مع قذيفة يجند العضوية، ويمكن أن تفرق هذه المواد في المذيبات العضوية وأودعت من حل (drop-، dip-، تدور،، spray- الطلاء). هذه الحرية إلى معطف السطوح الكبيرة وغير النظامية مع الأجهزة الإلكترونية يقلل من تكلفة هذه التقنيات إلى توسيع التطبيقات المتخصصة الممكنة. 6، 11 12

وقد أدت معالجة حل الكادميوم (II) تيلوريد (تيل كد)، الكادميوم (II) سيلينيد (سيلينيد الكادميوم)، الكادميوم (II) كبريتيد (CDS) وأكسيد الزنك (الزنك) طبقات أشباه الموصلات غير العضوية النشطة إلى الأجهزة الضوئية الوصول إلى الكفاءة (ƞ) ل المعادن تيل كد شوتكي تقاطع تيل كد / ص (ƞ = 5.15٪) 13 و 14 و متغاير CDS / تيل كد (ƞ = 5.73٪)، و 15 سيلينيد الكادميوم / تيل كد (ƞ = 3.02٪)، و 16، 17 أكسيد الزنك / تيل كد (ƞ = 7.1 ٪، 12٪). 18، 19 وعلى النقيض من ترسب فراغ الأجهزة تيل كد بكميات كبيرة، ويجب أن يخضع هذه الأفلام النانوية الصرف يجند ترسب التالية لإزالة مواطن وعزل طويلة سلسلة العضوية بروابط التي تحظر نقل الإلكترون كفاءة من خلال الفيلم. بالإضافة إلى ذلك، تلبد CD-(S، SE، تي) يجب أن تحدث أثناء التسخين في وجود عامل حفاز الملح مناسبة. مؤخرا، تم فهرنهيتس اوند أن كلوريد الأمونيوم غير سامة (NH 4 الكلور) يمكن استخدامها لهذا الغرض ليكون بديلا للكلوريد يشيع استخدامها الكادميوم (II) (CdCl 2) 20 بواسطة غمس فيلم النانوية المودعة في NH 4 الكلورين: حلول الميثانول، يحدث رد فعل الصرف يجند في وقت واحد مع التعرض لتنشيط حرارة NH 4 الكلورين تلبد محفز. يتم تسخين هذه الأفلام إعداد طبقة تلو طبقة لبناء سمك المطلوب من طبقات الصورة النشطة. 21

وقد أدت التطورات الحديثة في مجال الأفلام الموصلة الشفافة (أسلاك معدنية، الجرافين، أنابيب الكربون النانوية، الاحتراق معالجتها الإنديوم أكسيد القصدير) وموصل الأحبار النانوية المعدنية لتصنيع الالكترونيات مرنة أو منحنية مبنية على الأسطح غير موصلة التعسفية. 22، 23 في هذا العرض ، ونحن لشرح إعداد كل حل الحبر السلائف بما في ذلك الطبقات النشطة (تيل كد وسيلينيد الكادميوم النانوية)، وtranspaاستئجار إجراء القطب أكسيد (أي أكسيد الإنديوم مخدر القصدير، ايتو) والاتصال المعدنية الخلفي لبناء الخلايا الشمسية العضوية الانتهاء تماما من عملية الحل. 24 وهنا نسلط الضوء على عملية الرش وطبقة جهاز أبنية الزخرفة على غير موصل زجاج. ويهدف هذا البروتوكول فيديو مفصل لمساعدة الباحثين الذين تصميم وبناء الحل الخلايا الشمسية المصنعة. ومع ذلك، فإن نفس الأساليب المذكورة هنا هي التي تنطبق على مجموعة واسعة من الأجهزة الإلكترونية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ملاحظة: يرجى الرجوع إلى جميع بيانات سلامة المواد ذات الصلة (MSDS) قبل الاستخدام. العديد من الحلول والمنتجات السلائف تشكل خطرا أو مسرطنة. وينبغي توجيه اهتمام خاص للمواد متناهية الصغر بسبب مخاوف تتعلق بالسلامة الفريدة التي تنشأ مقارنة مع نظرائهم الأكبر. يجب ارتداء معدات الوقاية المناسبة (نظارات السلامة، درع الوجه، والقفازات، معطف المختبر، والسراويل الطويلة والأحذية المغلقة الأصابع) في جميع الأوقات خلال هذا الإجراء.

1. توليف النانوية السلائف الأحبار

  1. سيلينيد الكادميوم وتيل كد أحبار 18 و 25
    1. في علبة القفازات جو خامل، والجمع بين 0.24 غ (0.0019 مول) التيلوريوم (تي) لتيل كد (أو 0.1527 ز (0.0019 مول) السيلينيوم (سي) لسيلينيد الكادميوم) مسحوق مع 4.39 غرام (0.012 مول) trioctylphosphine (TOP) إلى 5 مل قارورة أسفل جولة (RBF).
    2. ختم هذه القارورة مع الحاجز المطاطي وإزالة من علبة القفازات لصوتنة (40 كيلو هرتز) في ساخنة (60 درجة مئوية)حمام ماء حتى كل من الشركة المصرية للاتصالات الصلبة أو سي قد حلت (حوالي 20 دقيقة). جانبا 5 مل من 1 octadecene (1-القصيدة).
    3. بشكل منفصل، في 3 الرقبة النظيفة والجافة 250 مل RBF مع شريط مغناطيسي، والجمع بين 0.48 غ (0.0037 مول) الكادميوم (II) أكسيد (CDO) مسحوق مع 4.29 غرام (0.015 مول) حمض الأوليك (OA) و 76 مل 1-octadecene. تفقد الأواني الزجاجية للعيوب قبل استخدامها، وتجميع كل مفاصل الزجاج على الزجاج مع ارتفاع في درجة الحرارة فراغ الشحوم.
    4. توصيل مضخة فراغ وغاز خامل (الأرجون، AR أو النيتروجين، N 2) المصدر على التدفق المنخفض إلى قارورة من خلال الأواني الزجاجية خط Schlenk ترك العنق واحد على الأقل من RBF مجانا لحقن مقدمة من أعلى إلى اعتماد chalcogenide. إدراج التحقيق في درجة الحرارة مباشرة في حل من واحدة من الأعناق والختم.
    5. تعيين لاثارة على أعلى سرعة وضبط درجة الحرارة إلى 110 درجة مئوية في ظل فراغ لمدة 30 دقيقة.
      ملاحظة: تجاوز 250 ° C قد تتحلل المكون حمض الأوليك المشار إليها بواسطة تغيير اللون من عديم اللون إلىأصفر.
    6. التحول من فراغ لغاز خامل لبناء ضغط إيجابي طفيف في قارورة. ضبط تدفق الغاز إلى الضغط المنخفض (~ 1 رطل). فقاعات يجب أن تشكل على تردد 05/01 هرتز في الفوار النفط.
      1. بشكل منفصل إعداد تمديد الزجاج العنق يعلوها الحاجز المطاطي. نعلق إبرة حقنة لأنابيب على خط Schlenk.
      2. يخترق إبرة الحقنة في الحاجز للسماح للضغط لإطلاق سراحهم. تذكر أن الشحوم طفيفة مشتركة مع الشحوم فراغ.
      3. في هذا الوقت، وإزالة بسرعة أعلى سدادة زجاجية من القارورة رد فعل واستبدالها تمديد الزجاج. وغاز خامل الزائد تتدفق من خلال القارورة، وسيتم توضيح ذلك مع الفقاعات الناشئة من الفوار النفط.
    7. إغلاق مصدر الغاز الخامل الأصلي وفتح تنفيس الثاني للسماح لتيار تسيطر البطيء للغاز خامل في الجزء العلوي من القارورة خلال الفترة المتبقية من التوليف.
    8. زيادة درجة حرارة المحلول إلى 260 درجة مئوية لمدة تيل كد (250 درجة مئوية لمدة سيلينيد الكادميوم) وانتظر حتى يتحول الحل من بني خفيف إلى عديم اللون وشفافة تماما.
    9. مرة واحدة يتم الوصول إلى درجة حرارة التفاعل المطلوب، وإعداد حقنة للحقن عن طريق استخراج مقدمة TOP-اعتماد chalcogenide وإضافي 5 مل 1-القصيدة.
    10. في خطوة واحدة، وإزالة عباءة التدفئة مع الاستمرار في إثارة وحقن TOP-اعتماد chalcogenide / 1-القصيدة الخليط بسرعة.
    11. السماح حل لتبريد لRT (~ 30 دقيقة)، ورصد التغيرات لون الكم تقتصر الجسيمات بذور الشكل وتنمو لتصبح البلورات النانوية أكبر. سيلينيد الكادميوم هو لون أحمر عميق وتيل كد هو البني الداكن.
    12. مباشرة إلى القارورة، إضافة 25 مل هيبتان و 100 مل ايثانول لترسيب المنتج. نقل 40 مل قسامات إلى أنبوب 50 مل الطرد المركزي وإضافة 5 مل التولوين و 5 مل ايثانول لاستكمال هطول الأمطار.
    13. أجهزة الطرد المركزي المنتج في 1722 x ج لمدة 2 دقيقة أو حتى طاف هو شفاف. صب طاف والجمع ص الصلبةroduct إلى RBF 5 مل بإضافة 0.5 مل التولوين و 5 مل المقطر البيريدين لتفريق البلورات النانوية. تنبيه: إجراء جميع التجارب البيريدين تحت غطاء الدخان.
    14. تدفق RBF مع غاز خامل، ثم ختم مع الحاجز المطاطي. إرفاق عباءة التدفئة وتقديمهم إلى 85 درجة مئوية. تخفيف أي ضغط باستخدام إبرة لفترة وجيزة في الحاجز المطاطي. يستمر التسخين والتحريك بلطف لمدة 18 ساعة.
    15. وبعد تبادل البيريدين، والجمع بين تيل كد أو سيلينيد الكادميوم المنتج و 40 مل hexanes وأجهزة الطرد المركزي في 1722 x ج لمدة 2 دقيقة أو حتى طاف هو عديم اللون. صب طاف وإضافة 5 مل البيريدين المقطر و 5 مل 1-بروبانول. قارورة الاحمرار مع غاز خامل ويصوتن (40 كيلو هرتز) هذا الخليط لمدة 30 دقيقة. جمع طاف وتجاهل أي منتج الصلبة.
    16. تصفية الحبر خلال 1 ميكرون تصفية تترافلوروإيثيلين (PTFE) حقنة لإزالة الجزيئات الكبيرة أو مجمعة. قياس تركيز الحبر عن طريق تجفيف وزنها 1 مل. تركيزات نموذجية عه 40 ملغ مل -1 لتيل كد و 16 ملغ مل -1 لسيلينيد الكادميوم.
    17. تمييع الحبر مع البيريدين / 1-بروبانول حسب الحاجة. مخزن الحبر تحت غاز خامل في حين لا تكون قيد الاستعمال.
  2. الاتحاد الافريقي الحبر 26
    1. في 500 مل دورق مخروطي مع التحريك، والجمع بين 1.518 غ (0.00385 مول) من هيدرات كلوريد الذهب (III)، HAuCl 4. 3H 2 O و 126 مل H 2 O لإنتاج حل الأصفر.
    2. إضافة إلى حل ما قبل مختلطة من 9.52 غرام (0.0174 مول) بروميد tetraoctylammonium في 334 مل التولوين.
    3. التالي إضافة يجند، 0.452 غرام (0.00382 مول) hexanethiol في 2 مل التولوين.
    4. وأخيرا، والجمع بشكل منفصل 1.58 غ (0.0418 مول) بوروهيدريد الصوديوم (NaBH 4) مع 105 مل H 2 O وعلى الفور إضافة هذا السطح خفض حل قطرة من الحكمة إلى دورق التفاعل.
    5. بعد اثارة في RT في الهواء لمدة 3 ساعات، فصل المرحلة العضوية مع قمع فصل.
    6. استخدام المبخر الدوار للحد منحجم 20 مل وغسل هذا الحبر مع 50 مل hexanes و 200 مل الميثانول. يعجل متينة مع الطرد المركزي في 1722 x ج لمدة 2 دقيقة وصب طاف عديم اللون.
    7. تجفيف الصلبة في الهواء وإعادة تفريق في الكلوروفورم مع تركيز 70 مجم مل -1.
  3. ايتو أحبار 23
    1. الجمع بين الأملاح الصلبة من الإنديوم (III) نترات هيدرات (في (NO 3) 3. 2.85H 2 O، 2.93 غرام، 0.00974 مول) والقصدير (II) ثنائي هيدرات كلوريد، (SnCl 2. 2H 2 O، 0.357 غرام، 0.00158 مول ) مع 10 مل 2-methoxyethanol في أنبوب الطرد المركزي 50 مل البولي بروبلين.
    2. إلى ذلك، إضافة 167 ميكرولتر من 14.5 M هيدروكسيد الأمونيوم (NH 4 OH، 0.0024 مول) باعتبارها عامل استقرار الرقم الهيدروجيني و0.83 غ (0.0104 مول) نترات الأمونيوم (NH 4 NO 3) كما مؤكسد.
    3. يصوتن في 40 كيلو هرتز لمدة 20 دقيقة مع التدفئة (60 درجة مئوية) أو حتى يتغير الحبر من ضبابية الأبيض إلى عديم اللون وترانsparent.

2. ايتو الزخرفة

  1. قطع وتنظيف (25 مم × 25 مم × 1.1 مم) شريحة زجاجية من قبل sonicating في الإيثانول والأسيتون.
  2. نقع الركيزة الزجاج في المركز (> 5 م) هيدروكسيد الصوديوم المائي (هيدروكسيد الصوديوم) لمدة 1 دقيقة، وشطف لفترة وجيزة مع الماء.
  3. وضع الركيزة الزجاج على المغطي تدور وملء الشرائح مع الحبر ايتو. تدور في 3228 x ج لمدة 20 ثانية.
  4. المكان على الفور الركيزة على مجموعة موقد إلى 400 درجة مئوية، والحرارة لمدة 10 دقيقة. تبرد ببطء في RT على لوحة من السيراميك.
  5. كرر هذه العملية (2،3-2،4) حتى ورقة المقاومة أقل من 1000 أوم لكل متر مربع (حوالي 10 طبقات). تقريب ورقة المقاومة مع المتعدد أو قياس مع تحقيق أربع نقاط عن طريق وضع الفيلم ايتو / الزجاج على سطح ثابت والضغط على أسفل تحقيقات متعدد حوالي 0.5 سم بعيدا لتسجيل المقاومة. إذا كان التحقيق أربع نقاط متاح، خفض نصائح التحقيق على الفيلم لتسجيل ص رقةesistance التالية الأساليب المعمول بها. 27
  6. وأخيرا، تراجع لفترة وجيزة (~ 2 ثانية) الفيلم في تمييع الماء الملكي وشطف مع الماء المقطر تليها التجفيف للحد من المقاومة أقل من 500 أوم لكل متر مربع.
  7. بناء نمط الجهاز عن طريق قطع شرائح من الشريط (أي الشريط البولياميد لمعالجات حرارية أو شريط السلوفان لالتخريش الحمضي) والتمسك بها على طول الشبكة المصممة مسبقا. على سبيل المثال، سوف شرائط عمودية مع عرض 0.10 سم تنتج 0.10 سم 2 المناطق الجهاز.
    1. شبكات تصميم مع برامج تحرير وثيقة، طباعة على الورق وموقف تحت الركيزة لتكون بمثابة دليل لتركيب الشريط على شريحة زجاجية شفافة.
      ملاحظة: اعتمادا على تطبيق وخصائص الأحبار، وهذه الشبكات يمكن استخدامها لإنتاج الأجهزة مع تداخل أعلى وأسفل أقطاب في شكل مربع أو مستطيل أو أي شكل مع منطقة قابلة للقياس. على سبيل المثال، بالتناوب شريطين متوازيين من ايتو أنوكل 0.10 سم واسعة، تليها إيداع طبقات النشطة (سيلينيد الكادميوم وتيل كد)، وطبقة الذهب يمكن أن تودع باستخدام نفس نمط استدارة فقط بمقدار 90 درجة إلى تشكيل لجنتين 0.10 سم 2 الأجهزة.
  8. نقع الفيلم الزجاج / ايتو مع شرائط الشريط الالتزام في تمييع الماء الملكي في 60 ° C حتى ايتو يتعرض يذوب، تاركا وراءه الركيزة الزجاج العارية.
  9. إزالة الشريط وغسل الفيلم مع الأسيتون والايثانول لإزالة أي بقايا من شريط لاصق.
  10. وضع قطرات صغيرة من الايبوكسي الفضة على ايتو تجرد واحدة على نهاية الركيزة الزجاج. تسخين هذا على موقد في 150 ° مئوية لمدة 2 دقيقة، تليها التبريد لRT. وستكون هذه بمثابة نقطة الاتصال لقياس الجهاز لأنه من الصعب لإزالة طبقات تيل كد / سيلينيد الكادميوم نشطة بعد الصلب.

تجهيز 3. الحل من سيلينيد الكادميوم، تيل كد والاتحاد الافريقي أفلام

  1. تدور طلاء 28
    1. وضع نمط ايتو-الزجاجالصورة الركيزة على المغطي تدور وملء السطح العلوي من البلورات النانوية سيلينيد الكادميوم قطرة الطلاء.
    2. تدور في 610 x ج لمدة 30 ثانية تليها التجفيف على موقد في 150 ° مئوية لمدة 2 دقيقة. بارد إلى 25 درجة مئوية.
    3. وتراجع فيلم في الكلورين NH 4: الميثانول (المشبعة في 25 ° C) مجموعة حل ل60 ° C. عقد لمدة 15 ثانية ثم تراجع فيلم في وعاء منفصل من الأيزوبروبانول.
    4. الجافة تحت غاز خامل ثم الحرارة على موقد في 380 ° مئوية لمدة 25 ثانية. بارد لRT وشطف الملح الزائد مع الماء المقطر قبل التجفيف تحت غاز خامل.
    5. كرر هذه العملية (3.1.1 - 3.1.4) حتى يتم الوصول إلى السمك المطلوب. عادة، 3 طبقات من سيلينيد الكادميوم تنتج فيلم 60 نانومتر و 6 طبقات من تيل كد تنتج 400 نانومتر تيل كد الفيلم.
  2. رش طلاء 12، 29
    1. جبل الركيزة ايتو من الزجاج عموديا مع الشريط أو مقاطع على حامل صلب مسطح.
    2. ديليوت الحبر تيل كد وسيلينيد الكادميوم إلى 4 ملغ مل - 1 مع الكلوروفورم وتحميل البخاخة بالجاذبية (مجهزة 0.5 ملم إبرة) مع 0.25 مل من الحبر.
    3. ضبط ضغط الغاز الناقل ما بين 10 و 40 رطل. استخدام الضغوط أعلى للأفلام أرق وأكثر سلاسة.
    4. خفض فوهة ورذاذ النانوية الحبر بجوار الركيزة تليها الرش بشكل موحد على الركيزة باستخدام السريعة عمودي الحركة جنبا إلى جنب حيث يتم الاحتفاظ فوهة فرشاة الهواء حوالي 60 ملم من الركيزة. تنظيف البخاخة عن طريق الرش ~ 1 مل الكلوروفورم النقي بعيدا عن الجهاز.
    5. إزالة الركيزة من الجبل وعلاج تيل كد المودعة أو سيلينيد الكادميوم فيلم النانوية مع نفس الإجراء لطلاء تدور (3.1.5) حتى يتم تحقيق سمك المطلوب.
    6. وبالمثل، رش الخلفي الاتصال معدن فيلم النانوية على طبقات نشطة لاستكمال الجهاز. باستخدام نفس الاجراءات المستخدمة لأقطاب ايتو، نمط 0.01 سم شرائح سميكة باستخدامالمنخفض شريط لاصق على الطبقة النشطة عمودي على شرائط ايتو.
    7. تحميل البخاخة مع 2 مل من الحبر النانوية الذهب (الاتحاد الافريقي) (70 ملغ مل -1) تفرقوا في الكلوروفورم.
    8. بعد يترسب فيلم مبهمة الظلام، ترجل الركيزة وإزالة بعناية الشريط قبل التسخين على موقد في 250 درجة مئوية لمدة 20 ثانية. سوف تظهر لون الذهب ويمكن للجهاز أن تبرد إلى RT واختبارها.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

وتستخدم زاوية صغيرة أنماط حيود الأشعة السينية للتحقق من التبلور ومرحلة من الفيلم النانوية صلب (الشكل 1A). إذا أحجام الكريستال هي أقل من 100 نانومتر، يمكن تقدير القطر وضوح الشمس مع المعادلة شيرر (المعادلة 1) والتحقق منها مع المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)،
المعادلة 1
حيث d هو قطر الكريستال نفسه، K هو عامل الشكل أبعاد لهذه المادة، β هو نصف الحد الأقصى العرض الكامل للذروة حيود الأشعة السينية (XRD) في زاوية θ براج.

يستخدم المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لمراقبة مدى نمو الحبوب في أفلام صلب (الشكل 2B، C) والشكل (3C-F). بعد إيداع طبقة واحدة من تيل كد أو سيلينيد الكادميوم والتدفئة في ظل وجود NH 4 CL، حجم الحبوب يمكن أن يكون الأمثل عن طريق ضبط درجة الحرارة والجافيةنشوئها التدفئة فضلا عن تركيز الحبر، رذاذ الضغط / المدة أو سرعة الدوران. عادة، الحبيبات الأكبر تشير الأجهزة مع ارتفاع تيارات ماس كهربائى. 12 لصور لملامحها، والجانب الزجاج من الجهاز يمكن وسجل مع الكاتب الماس وتصدع لإنتاج حافة مستقيمة والتي شنت في SEM عموديا (الشكل 1B).

يستخدم الأشعة فوق البنفسجية / فيس التحليل الطيفي لتقدير حجم النانوية على أساس ذروة العلاقة الامتصاصية مع آثار الحبس الكم (الشكل 1C-D). حجم الكريستال يمكن ضبطها عن طريق تعديل تركيز السلائف، ودرجة حرارة التفاعل ومدة تركيب الحبر.

يستخدم Profilometry الضوئية لقياس سماكة الفيلم وخشونة. ويمكن إجراء هذا على طبقة واحدة من كل المواد وعلى الأجهزة أكملت (الشكل 3G-J).

تحويل فورييه الأشعة تحت الحمراء (F تؤخذ TIR) الأطياف لرصد درجة الصرف يجند خلال الكلور NH 4: العلاج الميثانول مقاسا اختفاء ألكيل C-H تمتد العصابات في 2924 و2852 سم -1 (الشكل 2A) 20

الحالي في الجهد (الرابع) ويمكن الحصول على خصائص في الظلام وتحت محاكاة إضاءة الشمس واحدة من جهاز محاكاة الشمسية معايرة (الشكل 2D، E). ربط نصائح التحقيق إلى القطب الموجب (الاتحاد الافريقي) والقطب السالب (ايتو)، وهو photocurrent يمكن قياس مع متر متعدد / المصدر الرقمي. عن طريق المسح الضوئي من السلبية إلى الإيجابية المحتملة (مثلا: -1.5 V إلى +1.5 V)، وينتج منحنى الرابع ويوفر بيانات مثل فتح دائرة الجهد (V OC) في 0.0 أمبير، ماس كهربائى الحالية (أنا SC) في 0.0 فولت، وعامل التعبئة (FF، المعادلة 2) والكفاءة (ƞ، المعادلة 3)،
4eq2.jpg "/>

حيث J النائب وV النائب هي كثافة التيار والجهد في نقطة الطاقة القصوى، على التوالي. إذا لم يكن البرنامج يوفر FF، والعثور على نقطة الطاقة القصوى من التآمر نتاج J والخامس بوصفها وظيفة من الخامس للاستخدام الكفاءة،
المعادلة 3

حيث P هي في مدخلات الطاقة لكل وحدة مساحة من الإشعاع الشمسي (100 ميغاواط / سم 2). التي تمثل منطقة الجهاز (مثلا 0.1 سم 2)، وحدات الغاء ترك جزء صغير الكمية اللابعدية. يجب إيلاء عناية خاصة لإخفاء الأجهزة الأخرى على الركيزة خلال قياس لتجنب مساهمة photocurrent الزائدة من الأجهزة المجاورة.

شكل 1
الشكل 1. فيلم توصيف. أنماط حيود الأشعة السينية من كل لاي جهاز فرديص كفيلم واحد وجهاز الانتهاء (أ) بما في ذلك المقطع العرضي ووزارة شؤون المرأة صورة من بناء جهاز من الأحبار النانوية (B). الأشعة فوق البنفسجية / فيس أطياف ايتو التجاري (الضوء الأزرق) وايتو-سول (اللون الأرجواني) على الزجاج وامتصاص سيلينيد الكادميوم-سول (الحمراء)،-تيل كد سول (البني) وسيلينيد الكادميوم-سول / أفلام تيل كد سول معا (الأسود) على ركائز التجارية ايتو الزجاج (D)، وامتصاص حلول النانوية مقدمة من سيلينيد الكادميوم (الحمراء)، تيل كد (البني)، والاتحاد الافريقي (الذهب)، وايتو (البنفسجية) قبل الصلب (C). مقتبس من المرجع. 24 بإذن من الجمعية الملكية للكيمياء. 24 الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2. يجند تبادل محفز والأجهزة خصائص. FTIR أطياف البيريدين تبادل تيل كدالأفلام النانوية (A) مغموسة في NH 4 الكلورين: حل الميثانول (الأخضر) والميثانول النقي (الأحمر) بما في ذلك المقابلة الصور ووزارة شؤون المرأة من هذه الأفلام (B و C، على التوالي) بعد الصلب في 380 درجة مئوية لمدة 25 ثانية. منحنيات الحالي الجهد من كل حل معالجتها سيلينيد الكادميوم / تيل كد جهاز متغاير قياسها أقل من 1 إضاءة الشمس (D) ومقارنة تدور المغلفة (---) ورذاذ المغلفة (-) أجهزة شوتكي (E) أقل من 1 إضاءة الشمس (أحمر ) وفي الظلام (أسود). أعيد طبعها بإذن من المرجع. 12. حقوق الطبع والنشر 2014 الجمعية الكيميائية الأمريكية، ومقتبسة من المرجع. 20 و 24 بإذن من الجمعية الملكية للكيمياء. 20،24 الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

أنماط XRD يحمل قمم الحيود واضحة في زواياالمقابلة لأبعاد الكريستال شعرية لكل مادة والجهاز أكملت (الشكل 1A). ويقدر شيرر تحليل حجم الأحجام الكريستال بناء على أمر من 100 نانومتر للأفلام تيل كد مقارنة مع البلورات النانوية كما توليفها (3-5 نانومتر). هذا التحول من الكم تقتصر البلورات النانوية من سيلينيد الكادميوم وتيل كد إلى الأحمر تحول يرد الحبوب السائبة النطاق في أفلام صلب في الأشعة فوق البنفسجية / فيس أطياف الشكل 1C-D. ويمكن زيادة سمك من الأفلام التي أودعتها رفع تركيز الحبر أو زيادة عدد الطبقات لكل من طلاء تدور ورذاذ الطلاء. ويتم رصد سمك والتوحيد للفيلم من قبل profilometry البصرية (الشكل 3B، GJ). رش الأفلام المغلفة وعادة ما تكون عورة (51 ± 14 نانومتر رذاذ مقابل 22 ± 12 نانومتر تدور)، على الرغم من أن هذا يمكن أن تخفض مع الضغوط تسليم أعلى والأحبار أقل تركيزا. 12 حالما يتم الحصول على سمك المستهدفة وخشونة في فيلم واحد علىالزجاج، يمكن تطبيق الإجراء لتصنيع الجهاز. المقطع العرضي الصور من سمك شاشة الجهاز فيلم من كل طبقة والتحقق من واجهات سليمة بينهما (الشكل 1B). 24

كما توليفها البلورات النانوية تحتوي على قذيفة من سلسلة طويلة بروابط أوليات الأم التي تتداخل مع نوعية الفيلم، تاركا وراءه insolating المواد العضوية أثناء التسخين. استخدمت ردود الفعل الصرف البيريدين لإزالة القشرة أوليات. لكن، وكما لاحظت كثير، وهذه العملية غير مكتملة. 16،26،27 بعد تبادل البيريدين 18 ساعة، بروابط أوليات المتبقية لا تزال تعلق على البلورات النانوية كما لاحظ الأشعة تحت الحمراء تمتد ترددات مميزة من المجموعات CH ألكيل في 2924 و2،852 سم -1. FTIR أطياف في الشكل 2A تظهر غياب (الخضراء) وجود (أحمر) من يجند أوليات الأصلي منضمة إلى البلورات النانوية تيل كد في الفيلم صلب قبل كما المودعة تعامل مع NH 4 </ دون> الكلور: الميثانول الصرف يجند حافزا والميثانول فقط، على التوالي. هذا العلاج الملح محل في وقت واحد سلسلة طويلة بروابط أوليات المتبقية مع الأيونات غير العضوية كلوريد صغيرة، ويساعد على رد الفعل تلبد. في هذه الحالة، والتي هي فريدة من نوعها لالبلورات النانوية، يجب على وكيل الصرف يجند إزالة يجند الأصلي مع توفير فائض حافزا تلبد كاف على السطح. كل من هذه العمليات هي المكونات الرئيسية للجهاز تيل كد ناجح. أظهرت الأبحاث السابقة أن الاستخدام الشائع للCdCl 2 يمكن استبدال مع غير سامة NH 4 الكلورين لهذا الغرض. ويظهر أن متوسط ​​نمو الحبوب الناتجة من 136 ± 39 نانومتر بعد الصلب في الشكل 2B لNH 4 الكلورين تعامل الأفلام تيل كد في حين لوحظ أي نمو لمراقبة الميثانول (الشكل 2C). مراقبة الصرف يجند هو عنصر فريد من العديد من الأفلام الإلكترونية النانوية بالمقارنة مع ترسب فراغ مقياس الأكبر نظرا لطبيعة المتأصلة في طرق اصطناعية من أسفل إلى أعلى. 3،30 هذه تنطوي على تشكيل قذائف يجند العضوية التي توفر الذوبان حل لجوهر غير العضوية، على الرغم من أن هذا قذيفة العزل لا يسهم عادة إلى وظيفة البصرية الكهربائية الفيلم.

أجهزة الخلايا الشمسية قياس أقل من 1 الشمس إضاءة (الشكل 2D، E) وتظهر منحنيات الجهد الحالي من 0.1 سم 2 الأجهزة. جهاز المميز هو موضح هنا ينتج الخامس OC = 0.52 ± 0.02 V، J SC = 9.42 ± 3.2 مللي أمبير سم -2، FF (٪) = 43.3 ± 2.9 و ƞ (٪) = 2.37 ± 0.23 تحت أشعة الشمس المحاكاة. ومع ذلك، ويرجع ذلك إلى ارتباط قوي بين طرق نمو الحبوب وتجهيزها، والتغييرات الصغيرة في درجة الحرارة الصلب والوقت التدفئة من الأفلام تيل كد يمكن أن يؤدي إلى تفاوت كبير في الفولتية الدائرة المفتوحة والتيارات ماس ​​كهربائى من هذه الأفلام النانوية مما يؤدي إلى القيم هيئة الأوراق المالية وذكرت تتراوح بين 0.7 مللي أمبير / سم 2-25ومن المتوقع مللي أمبير / سم 2 وكفاءة أعلى من 10٪. 12،31 العالي الكفاءة التالية تحسين نوعية ومزيج من المواد عن الخلايا الكهروضوئية حل معالجتها وكذلك غيرها من الأجهزة الإلكترونية والأسطح وظيفية.

بالمقارنة مع التقليدية تدور طلاء الأفلام النانوية، رذاذ الطلاء يتطلب اعتبارات إضافية بسبب الحريات المتأصلة من استخدام البخاخة مع ضغط التسليم قابل للتعديل، والمسافة من الركيزة، زاوية الرش والمدة. عندما الحفاظ تيل كد تركيزات الحبر المستمر وجدت أن ينخفض ​​بشكل منهجي فيلم خشونة إنتاج أكثر سلاسة، طبقات عالية الجودة (4 ملغ / مل)، ومسافة فوهة إلى الركيزة (60 ملم)، وزيادة الضغوط. الشكل 3 يلخص تأثير ضبط ضغط الرش على الفيلم مورفولوجيا والخصائص البصرية. ونتيجة لتزايد الضغوط من 15 رطل إلى 40 رطل، وأظهرت الأفلام تيل كد النانوية أعلى النفاذية البصرية (الشكل 3A) نتيجة بدنيا أرق (30 نانومتر مقابل 95 نانومتر لكل طبقة، والشكل 3B). في الضغوط العالية، وفرقت المواد رذاذ إلى مساحة أكبر حول الركيزة الهدف وأودعت أقل من المواد الموجودة على الجهاز. بعد الصلب في 380 ° C، والفيلم من البلورات النانوية تتكثف مع كثافة التعبئة أعلى كما كان يتم اطلاق جزيئات يجند ويتم تخفيض المناطق السطحية من البلورات النانوية الفردية لأكبر الحبوب الكريستال الموحدة. لذلك، والأفلام أرق من البلورات النانوية كما المودعة تخضع لتغيير أصغر في الحجم، مما أدى إلى عدد أقل من الشقوق التي تظهر بعد التسخين. هذا التأثير ينتج الأفلام سلاسة التي هي متطابقة تقريبا لتلك التي أودعت عن طريق تدور طلاء. ويمكن ملاحظة ذلك في الصور ووزارة شؤون المرأة والخرائط profilometry الضوئية المقابلة (الشكل 3C-J). بعد التحسين من المعلمات الرش لتحقيق الصفات الفيلم المطلوب، الأجهزة يمكن أن تكون ملفقة واختبارها تحت simulatإد أشعة الشمس. ويبين الشكل 2E مقارنة بين ايتو / الأجهزة المغلفة تدور والمغلفة رذاذ الزجاج / تيل كد / كا / آل شوتكي، حيث طبقة تيل كد النانوية تم حل معالجة، مما يدل على الحد الأدنى من الخلافات بين أداء الجهاز (الكفاءة = 2.2٪ لكل منهما تدور المغلفة والأجهزة المغلفة بالرش).

الشكل (3)
الشكل 3. النانوية بخاخ الضغط والسينما المورفولوجيا (أ) نقل الضوء من خلال الأفلام جهاز تيل كد صلب في 380 درجة مئوية لمدة 25 ق بعد الترسيب المغلفة بالرش في 15 (-) 20 (- -) 30 (- - - )، و 40 رطل (···) مع جهاز المغلفة تدور (الأزرق-) للمقارنة. متوسط ​​سماكة الفيلم بوصفها وظيفة من الضغط رذاذ (B). تقسيم الصور ووزارة شؤون المرأة مع تضخم منخفضة من الأفلام تيل كد جهاز الرش المغلفة في 15 (ج)، و ​​20 (د)، 30 (E (F) بما في ذلك المقابلة بمسح profilometry البصرية تبين النسبية خشونة السطح (G - J). أعيد طبعها بإذن من المرجع. 12. حقوق الطبع والنشر 2014 الجمعية الكيميائية الأمريكية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

وباختصار، يوفر هذا البروتوكول المبادئ التوجيهية للخطوات الرئيسية المشاركة في بناء حل معالجتها جهاز الكتروني من spray- أو تدور طلاء الترسيب. هنا، نحن تسليط الضوء على أساليب جديدة لمعالجة حل شفافة الأفلام موصل أكسيد الإنديوم القصدير (ايتو) على ركائز الزجاج غير موصل. بعد إجراء الحفر سطحي، أقطاب الفردية يمكن تشكيلها قبل طبقات الصورة النشطة-إيداع رذاذ. باستخدام تقنية طبقة تلو طبقة، سيلينيد الكادميوم وتيل كد البلورات النانوية يمكن أن تودع في الهواء في ظل الظروف المحيطة من البخاخة. بعد صرف يجند والمعالجة الحرارية، ويمكن أن القطب غير شفاف معدني موصل النهائي سيكون على الجهاز وساخنة لإزالة بروابط العضوية الأم المغلفة بالرش. ويمكن أيضا أن هذه الطبقة أن نمط باستخدام نمط اخفاء أثناء الترسيب. الحل الناتج تماما المصنعة، الأجهزة عن غير العضوية يمكن أن توصف واختبارها.

وينبغي أن يكون اهتماما خاصا directeد باستخدام الكواشف الطازجة والمواد التي عفا عليها الزمن يمكن أن يؤدي إلى منتجات نجس أو غير مرغوب فيها. بالإضافة إلى ذلك، ينبغي اختبار الموصلية من الأقطاب الكهربائية العلوية والسفلية أثناء إعداد الجهاز. يجب أن يكون الفيلم ايتو على ورقة المقاومة لا يقل عن 500 أوم لكل متر مربع، وكبار فيلم المعادن يجب أن تكون على الأقل 20 أوم لكل متر مربع. إذا كانت ورقة المقاومة هي العليا، وتطبيق المزيد من طبقات من هذا القطب. هذا يصبح من المهم بشكل خاص إذا الأجهزة لتكون في سلسلة متصلة أو موازية حيث أن كل جهاز يجب أن يكون بين مرتبطة إلكترونيا. يجب التحكم سمك طبقة وخشونة بعناية من خلال رصد آثار التغير في ضغط الهواء وتركيز الحبر. يمكن مسح Profilometry من هذه الأفلام تقدم تواصلك على المعلمات spray- أو تدور طلاء. عادة، يمكن أن الأفلام الخام رقيقة (> 100 نانومتر متوسط ​​جذر تربيع) يؤدي إلى التقليل الجهاز والأجهزة الخاملة. من أجل تجنب التقليل، إيداع أكثر سمكا طبقات سلاسة النشطة، وأبدا لمس ACTUAجهاز لتر خلال تلفيق أو عند قياس.

مقارنة ترسب فراغ الموجودة من المواد البلورية واحدة وتقنيات غرف الأبحاث تلفيق معدني المشتركة، ترسب المرتكزة على الحبر من البلورات النانوية هو اقل كلفة ويتيح المزيد من الحريات لإيداع على مناطق واسعة أو الأسطح غير المنتظمة. ومع ذلك، يتم تقليل جودة واجهات بين البلورات النانوية الفردية بسبب وجود بروابط العضوية الأم وطبيعة multicrystalline المتأصلة في الفيلم. وهذا يؤدي إلى كثافة عالية من الشوائب والعيوب داخل الفيلم، وبالتالي ارتفاع معدلات إعادة التركيب حفرة الإلكترون. هذا ويمكن التخفيف باستخدام الصرف يجند وكلاء تلبد (على سبيل المثال، NH 4 الكلور) لتعزيز التبلور طوال الفيلم. ومع ذلك، هذا لا يزال مسألة أساسية لأجهزة النانوية غير العضوية. على الرغم من أن النظم المواد مع دائرة نصف قطرها بور-الأكسيتون كبير مثل كبريتيد الرصاص، في برنامج تلفزيوني (~ 20 نانومتر)، غير مطلوب تلبدلنقل المسؤول الفعال بين البلورات النانوية. بالإضافة إلى ذلك، مجال الأجهزة واحدة تعتمد على سمك والجانبية أبعاد نمط اخفاء. مساحة كبيرة (> 1 2 سم) أجهزة قابلة للتحقيق مع أنماط اخفاء macroscale. ومع ذلك، فإن الميكروسكيل أو النانو أنماط يكون من الضروري للأجهزة الإلكترونية الأبعاد الصغيرة أو الكم.

يصف هذا البروتوكول الفيديو أساليب لتصنيع أجهزة رقيقة فيلم الضوئية القائمة على الحبر من عملية طلاء الرش / زيادة ونقصان. ولكن نظرا لترسب الهواء المحيط، دون متطلبات فراغ أو مراقبته، الموضوعات التي يتم تناولها هنا يمكن أيضا أن يتم تعديل لنافثة للحبر الطباعة من الأجهزة غير العضوية. انخفاض تكلفة ترسب القائمة على الحبر مقارنة ترسب فراغ التقليدية والطاقة الشمسية وحدة الخلية التعبئة والتغليف ويمكن أيضا خفض سعر الطاقة الشمسية من خلال خفض تكاليف التصنيع والتركيب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تطبيق هذه الطريقة مع غيرها من الموادالنظم والبنى، بما في ذلك أشباه الموصلات العضوية. بالإضافة إلى وحدات الطاقة الشمسية، وتقنيات وصفنا لمعالجة حل من مواد غير عضوية يمكن استخدامها لبناء الأجهزة الإلكترونية الأخرى مثل الثنائيات الباعثة للضوء (LED)، والمكثفات والترانزستورات.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

الهندسة، العدد 113، البلورات النانوية غير العضوية، والمواد متناهية الصغر، والأحبار الإلكترونية، والخلايا الكهروضوئية، عملية الحل والتركيب، وأجهزة رقيقة، وتبادل يجند، رذاذ الطلاء، طلاء تدور وشفافة فيلم موصل، الفيزياء
تصنيع الحل بالكامل معالجتها غير العضوية النانوية الأجهزة الضوئية
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Townsend, T. K., Durastanti, D.,… More

Townsend, T. K., Durastanti, D., Heuer, W. B., Foos, E. E., Yoon, W., Tischler, J. G. Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices. J. Vis. Exp. (113), e54154, doi:10.3791/54154 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter