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Engineering

पूरी तरह से समाधान प्रसंस्कृत अकार्बनिक Nanocrystal फोटोवोल्टिक उपकरणों के निर्माण

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

इस प्रोटोकॉल परत दर परत अकार्बनिक nanocrystals के संश्लेषण और समाधान बयान का वर्णन पर गैर प्रवाहकीय सतहों पतली फिल्म इलेक्ट्रॉनिक्स के उत्पादन के लिए। विलायक स्थिर स्याही के बाद बयान ligand मुद्रा और sintering निम्नलिखित कांच substrates पर पूरा फोटोवोल्टिक उपकरणों स्पिन और स्प्रे कोटिंग के माध्यम से उत्पादन कर सकते हैं।

Abstract

हम एक स्पिन से पूरी तरह से समाधान संसाधित अकार्बनिक सौर कोशिकाओं की तैयारी के लिए एक विधि का प्रदर्शन और स्प्रे nanocrystal स्याही की कोटिंग बयान। प्रकाश सक्रिय अवशोषक परत, कोलाइडयन CdTe और सीडीएसई nanocrystals (3-5 एनएम) के लिए एक निष्क्रिय गर्म इंजेक्शन तकनीक का उपयोग कर संश्लेषित और वर्षा से साफ अतिरिक्त शुरुआती अभिकर्मकों दूर करने के लिए कर रहे हैं। इसी तरह, सोने nanocrystals (3-5 एनएम) परिवेश की स्थिति के तहत संश्लेषित और कार्बनिक सॉल्वैंट्स में भंग कर रहे हैं। इसके अलावा, पारदर्शी प्रवाहकीय इंडियम टिन ऑक्साइड (आईटीओ) फिल्मों के लिए अग्रदूत समाधान एक प्रतिक्रियाशील आक्सीकारक के साथ रखा इंडियम टिन और लवण के समाधान से तैयार किया जाता है। परत दर परत, इन समाधान एक गिलास सब्सट्रेट annealing (200-400 डिग्री सेल्सियस) nanocrystal सौर सेल (ग्लास / आईटीओ / सीडीएसई / CdTe / एयू) के निर्माण के लिए निम्नलिखित पर जमा कर रहे हैं। पूर्व annealing ligand विनिमय सीडीएसई और CdTe nanocrystals जहां फिल्मों एनएच 4 सीएल में डूबा कर रहे हैं के लिए आवश्यक है: लंबी श्रृंखला मूल निवासी लिगा को बदलने के लिए मेथनॉलanions - छोटे अकार्बनिक सीएल के साथ एनडीएस। एनएच 4 सीएल (s) sintering प्रतिक्रिया (पारंपरिक CdCl 2 (एस) के इलाज के लिए एक गैर विषैले विकल्प के रूप में) के लिए एक उत्प्रेरक के रूप में कार्य करने के लिए हीटिंग के दौरान अनाज विकास (136 ± 39 एनएम) के लिए अग्रणी मिला था। मोटाई और तैयार फिल्मों का खुरदरापन SEM और ऑप्टिकल profilometry के साथ होती हैं। FTIR ligand विनिमय sintering के लिए पहले की डिग्री का निर्धारण करने के लिए प्रयोग किया जाता है, और XRD स्फटिकता और प्रत्येक सामग्री के चरण सत्यापित करने के लिए प्रयोग किया जाता है। यूवी / विज़ स्पेक्ट्रा शो उच्च दृश्य प्रकाश आईटीओ परत और थर्मल annealing के बाद कैडमियम chalcogenide nanocrystals के absorbance में एक लाल रंग की पारी के माध्यम से प्रसारण। पूरा उपकरणों की वर्तमान वोल्टेज घटता नकली एक सूरज रोशनी के तहत मापा जाता है। बयान तकनीक और ligand विनिमय के दौरान कार्यरत अभिकर्मकों में छोटे मतभेदों डिवाइस गुण पर गहरा प्रभाव है दिखाया गया है। यहाँ, हम केमी के प्रभाव की जांचकैलोरी (sintering और ligand विनिमय एजेंटों) और फोटोवोल्टिक डिवाइस के प्रदर्शन पर शारीरिक उपचार (समाधान एकाग्रता, स्प्रे दबाव, annealing समय और annealing तापमान)।

Introduction

उनके अद्वितीय उभरते गुणों के कारण, अकार्बनिक nanocrystal स्याही फोटोवोल्टिक, 1 सहित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला में आवेदन मिल गया है -। 6 प्रकाश उत्सर्जक डायोड, 7, 8 capacitors 9 और ट्रांजिस्टर 10 उत्कृष्ट इलेक्ट्रॉनिक के संयोजन की वजह से है और अकार्बनिक सामग्री और nanoscale पर उनके समाधान अनुकूलता का ऑप्टिकल गुण। थोक अकार्बनिक सामग्री आम तौर पर घुलनशील नहीं हैं और इसलिए उच्च तापमान, कम दबाव वैक्यूम बयानों तक सीमित हैं। (ड्रॉप, dip-, स्पिन, spray- कोटिंग) हालांकि, जब एक कार्बनिक ligand खोल के साथ nanoscale पर तैयार किया है, इन सामग्रियों कार्बनिक सॉल्वैंट्स में फैलाया जा सकता है और समाधान से जमा किया। जबकि यह भी संभव आला अनुप्रयोगों के विस्तार के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ कोट बड़े और अनियमित सतहों के लिए यह स्वतंत्रता इन प्रौद्योगिकियों की लागत कम कर देता है। 6, 11 12

कैडमियम (द्वितीय) Telluride (CdTe), कैडमियम (द्वितीय) selenide (सीडीएसई), कैडमियम (द्वितीय) सल्फाइड (सीडीएस) और जिंक आक्साइड का समाधान प्रसंस्करण (ZnO) अकार्बनिक अर्धचालक सक्रिय परतों फोटोवोल्टिक उपकरणों तक पहुँचने क्षमता (ƞ) के लिए के लिए प्रेरित किया धातु CdTe Schottky जंक्शन CdTe / अल (ƞ = 5.15%) 13, 14 और heterojunction सीडी / CdTe (ƞ = 5.73%), 15 सीडीएसई / CdTe (ƞ = 3.02%), 16, 17 ZnO / CdTe (ƞ = 7.1 %, 12%)। 18, 19 थोक CdTe उपकरणों के निर्वात बयान के विपरीत, इन nanocrystal फिल्मों देशी और लंबी श्रृंखला कार्बनिक ligands जो फिल्म के माध्यम से कुशल इलेक्ट्रॉन परिवहन निषेध इन्सुलेट दूर करने के लिए ligand विनिमय निम्नलिखित बयान से गुजरना होगा। इसके अतिरिक्त, sintering सीडी (एस, एसई, ते) एक उपयुक्त नमक उत्प्रेरक की उपस्थिति में हीटिंग के दौरान होने चाहिए। हाल ही में, यह च थामेथनॉल समाधान: ound कि गैर विषैले अमोनियम क्लोराइड (एनएच 4 सीएल) आमतौर पर इस्तेमाल किया कैडमियम (द्वितीय) क्लोराइड के लिए एक स्थानापन्न के रूप में इस उद्देश्य के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है (CdCl 2) 20 एनएच 4 सीएल में जमा nanocrystal फिल्म की सूई से। ligand विनिमय प्रतिक्रिया गर्मी सक्रिय एनएच 4 सीएल sintering उत्प्रेरक लिए जोखिम के साथ एक साथ होता है। इन फिल्मों तैयार परत दर परत गरम कर रहे हैं तस्वीर सक्रिय परतों की मोटाई वांछित बनाने के लिए। 21

पारदर्शी प्रवाहकीय फिल्मों में हाल के अग्रिमों (धातु nanowires, graphene, कार्बन नैनोट्यूब, दहन संसाधित इंडियम टिन ऑक्साइड) और प्रवाहकीय धातु nanocrystal स्याही मनमाने ढंग से गैर प्रवाहकीय सतहों पर बनाया लचीला या घुमावदार इलेक्ट्रॉनिक्स के निर्माण के लिए नेतृत्व किया है। 22, 23 इस प्रस्तुति में , हम सक्रिय परतों (CdTe और सीडीएसई nanocrystals) सहित प्रत्येक अग्रदूत स्याही समाधान की तैयारी का प्रदर्शन, transpaयहाँ ऑक्साइड इलेक्ट्रोड (यानी, इंडियम डाल दिया गया टिन ऑक्साइड, आईटीओ) और एक समाधान की प्रक्रिया से पूरी तरह से एक पूरा अकार्बनिक सौर सेल का निर्माण करने के लिए वापस धातु से संपर्क करें। 24 का आयोजन किराए पर, हम गैर प्रवाहकीय पर स्प्रे प्रक्रिया और डिवाइस परत patterning आर्किटेक्चर पर प्रकाश डाला कांच। इस विस्तृत वीडियो प्रोटोकॉल शोधकर्ताओं जो डिजाइन कर रहे हैं और इमारत समाधान संसाधित सौर कोशिकाओं को सहायता करने का इरादा है; हालांकि, एक ही तकनीक यहाँ वर्णित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए लागू कर रहे हैं।

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Protocol

नोट: उपयोग करने से पहले सभी प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा डाटा शीट (MSDS) से परामर्श करें। अग्रदूत समाधान और उत्पादों के कई खतरनाक या कैंसर हो। विशेष ध्यान अद्वितीय सुरक्षा चिंता है कि उनके थोक समकक्षों की तुलना में पैदा होने की वजह से nanomaterials के लिए निर्देशित किया जाना चाहिए। समुचित सुरक्षा उपकरण इस प्रक्रिया के दौरान पहना जाना चाहिए हर समय (सुरक्षा चश्मे, चेहरा शील्ड, दस्ताने, प्रयोगशाला कोट, लंबे पैंट और बंद पंजे जूते)।

1. Nanocrystal अग्रदूत साबित स्याही के संश्लेषण

  1. सीडीएसई और CdTe इंक्स 18, 25
    1. माहौल निष्क्रिय दस्ताने बॉक्स में, CdTe (या 0.1527 जी (0.0019 मोल) सेलेनियम (एसई) सीडीएसई) के लिए एक 5 में 4.39 जी (0.012 मोल) trioctylphosphine (टॉप) के साथ पाउडर के लिए गठबंधन 0.24 ग्राम (0.0019 मोल) टेल्यूरियम (ते) मिलीलीटर दौर नीचे कुप्पी (RBF)।
    2. एक रबर पट के साथ इस कुप्पी को सील करने और एक गर्म (60 डिग्री सेल्सियस) में sonication (40 kHz) के लिए दस्ताने बॉक्स से हटा देंठोस ते या एसई के सभी जब तक पानी से स्नान (लगभग 20 मिनट) भंग कर दिया है। एक तरफ 1-octadecene (1-स्तोत्र) के 5 मिलीलीटर सेट करें।
    3. उधर, एक साफ और शुष्क 3-गर्दन में एक चुंबकीय हलचल पट्टी के साथ 250 मिलीलीटर RBF, 0.48 ग्राम (0.0037 मोल) कैडमियम (द्वितीय) ऑक्साइड (सीडीओ) पाउडर 4.29 ग्राम (0.015 मोल) ओलिक एसिड (OA) और 76 मिलीलीटर के साथ गठबंधन 1-octadecene की। उपयोग करने से पहले दोष के लिए कांच के बने पदार्थ का निरीक्षण किया, और उच्च तापमान वैक्यूम तेल के साथ सभी ग्लास करने वाली कांच जोड़ों को इकट्ठा।
    4. एक Schlenk लाइन कांच के बने पदार्थ RBF मुक्त कम से कम एक गर्दन छोड़ने टॉप-chalcogenide अग्रदूत इंजेक्षन करने के लिए के माध्यम से एक वैक्यूम पंप और एक निष्क्रिय गैस (आर्गन, आर या नाइट्रोजन, एन 2) कुप्पी के लिए कम प्रवाह पर स्रोत से कनेक्ट। सीधे गर्दन और मुहर से एक से समाधान में तापमान जांच डालें।
    5. उच्चतम गति से हलचल करने के लिए सेट और 30 मिनट के लिए निर्धारित वैक्यूम के अंतर्गत 110 डिग्री सेल्सियस के तापमान।
      नोट: 250 से अधिक डिग्री सेल्सियस ओलिक एसिड घटक को बेरंग से एक रंग परिवर्तन ने संकेत दिया नीचा हो सकता हैपीला।
    6. वैक्यूम से अक्रिय गैस के लिए स्विच फ्लास्क में एक मामूली सकारात्मक दबाव बनाने के लिए। एक कम दबाव (~ 1 साई) को गैस के प्रवाह को समायोजित करें। बुलबुले तेल bubbler में 1-5 हर्ट्ज की एक आवृत्ति पर गठन किया जाना चाहिए।
      1. अलग से एक गिलास गर्दन विस्तार एक रबर पट के साथ सबसे ऊपर तैयार करते हैं। Schlenk लाइन पर टयूबिंग के लिए एक सिरिंज सुई संलग्न।
      2. पट में सिरिंज सुई पियर्स दबाव जारी करने की अनुमति है। हल्के से वैक्यूम तेल के साथ संयुक्त तेल के लिए याद रखें।
      3. इस समय, जल्दी से प्रतिक्रिया कुप्पी से शीर्ष कांच डाट हटाने और एक गिलास विस्तार के साथ बदलें। अतिरिक्त अक्रिय गैस कुप्पी के माध्यम से प्रवाह होगा, और इस तेल bubbler से उभर बुलबुले के साथ दर्शाया जाएगा।
    7. मूल अक्रिय गैस स्रोत बंद करो और संश्लेषण के बाकी के दौरान कुप्पी के शीर्ष में अक्रिय गैस की एक धीमी गति नियंत्रित धारा अनुमति देने के लिए दूसरे वेंट खुला।
    8. 26 का हल के तापमान में वृद्धि0 CdTe के लिए डिग्री सेल्सियस (सीडीएसई के लिए 250 डिग्री सेल्सियस) और इंतजार जब तक समाधान के लिए एक मामूली भूरे रंग पूरी तरह बेरंग और पारदर्शी से बदल जाता है।
    9. एक बार वांछित प्रतिक्रिया तापमान तक पहुँच जाता है, ऊपर से chalcogenide अग्रदूत और अतिरिक्त 5 मिलीलीटर 1-स्तोत्र निकालने के द्वारा इंजेक्शन के लिए एक सिरिंज तैयार करते हैं।
    10. एक कदम में, हलचल और तेजी से टॉप-chalcogenide / 1-स्तोत्र मिश्रण इंजेक्षन करने के लिए जारी करते हुए हीटिंग विरासत को हटा दें।
    11. समाधान आरटी (~ 30 मिनट) के लिए शांत और क्वांटम सीमित कण बीज फार्म के रूप में रंग परिवर्तन की निगरानी और बड़ा nanocrystals रूप में विकसित करने की अनुमति दें। सीडीएसई एक गहरे लाल रंग है और CdTe एक गहरे भूरे रंग है।
    12. सीधे फ्लास्क, उत्पाद वेग 25 मिलीलीटर हेपटैन और 100 मिलीलीटर इथेनॉल जोड़ें। स्थानांतरण एक 50 मिलीलीटर अपकेंद्रित्र ट्यूब 40 मिलीलीटर aliquots और वर्षा पूरा करने के लिए 5 मिलीलीटर टोल्यूनि और 5 मिलीलीटर इथेनॉल जोड़ें।
    13. 2 मिनट के लिए या जब तक सतह पर तैरनेवाला पारदर्शी है 1,722 XG पर उत्पाद अपकेंद्रित्र। सतह पर तैरनेवाला छानना और ठोस पी गठबंधन0.5 मिलीलीटर टोल्यूनि और आसुत पिरिडीन nanocrystals को तितर-बितर करने के लिए 5 मिलीलीटर जोड़कर एक 5 मिलीलीटर RBF में roduct। चेतावनी: धूआं हुड के तहत सभी पिरिडीन प्रयोगों का संचालन।
    14. अक्रिय गैस के साथ RBF फ्लश और फिर रबर पट के साथ सील। हीटिंग मेंटल देते हैं और 85 डिग्री सेल्सियस के लिए ले आओ। एक सुई रबर पट में संक्षेप में डाला उपयोग कर किसी भी दबाव से छुटकारा। हीटिंग और 18 घंटे के लिए धीरे सरगर्मी जारी है।
    15. पिरिडीन आदान प्रदान के बाद 2 मिनट के लिए या जब तक सतह पर तैरनेवाला बेरंग है 1,722 XG पर CdTe या सीडीएसई उत्पाद और 40 मिलीलीटर hexanes और सेंट्रीफ्यूज गठबंधन। सतह पर तैरनेवाला छानना और 5 मिलीलीटर आसुत पिरिडीन और 5 मिलीलीटर 1-propanol जोड़ें। अक्रिय गैस और sonicate (40 kHz) 30 मिनट के लिए इस मिश्रण के साथ फ्लश कुप्पी। सतह पर तैरनेवाला लीजिए और किसी भी ठोस उत्पाद त्यागें।
    16. एक 1 माइक्रोन polytetrafluoroethylene (PTFE) सिरिंज फिल्टर के माध्यम से स्याही फिल्टर बड़े या एकत्रित कणों को दूर करने के लिए। सुखाने और 1 मिलीलीटर वजन द्वारा स्याही की एकाग्रता को मापने। ठेठ सांद्रता की गिरफ्तारीई 40 मिलीग्राम मिलीलीटर -1 CdTe के लिए और 16 मिलीग्राम मिलीलीटर -1 सीडीएसई के लिए।
    17. पिरिडीन / 1-propanol के साथ स्याही पतला के रूप में की जरूरत है। अक्रिय गैस के तहत स्टोर स्याही जबकि उपयोग में नहीं है।
  2. Au इंक 26
    1. जबकि सरगर्मी एक 500 मिलीलीटर Erlenmeyer फ्लास्क में सोने (तृतीय) क्लोराइड trihydrate की 1.518 ग्राम (0.00385 मोल), 4 HAuCl गठबंधन। 3H 2 हे और 126 मिलीलीटर एच 2 ओ एक पीला समाधान का उत्पादन करने के लिए।
    2. 9.52 ग्राम (0.0174 मोल) 334 मिलीलीटर टोल्यूनि में tetraoctylammonium ब्रोमाइड के एक पूर्व मिश्रित समाधान जोड़ें।
    3. अगली ligand, 2 मिलीलीटर टोल्यूनि में 0.452 ग्राम (0.00382 मोल) hexanethiol जोड़ें।
    4. अंत में, अलग से 105 मिलीलीटर एच 2 ओ के साथ 1.58 ग्राम (0.0418 मोल) सोडियम borohydride (NaBH 4) गठबंधन और तुरंत इस बुदबुदाती समाधान बूंद के लिहाज से प्रतिक्रिया कुप्पी को कम करने के लिए जोड़ें।
    5. 3 घंटे के लिए हवा में आरटी पर सरगर्मी के बाद, एक जुदा कीप के साथ जैविक चरण अलग।
    6. एक रोटरी बाष्पीकरण का प्रयोग कम करने के लिए20 मिलीलीटर की मात्रा और 50 मिलीलीटर hexanes और 200 मिलीलीटर मेथनॉल के साथ इस स्याही धो लें। 2 मिनट के लिए 1,722 XG पर centrifugation के साथ ठोस वेग और बेरंग सतह पर तैरनेवाला छानना।
    7. हवा में ठोस सूखी और 70 मिलीग्राम मिलीलीटर -1 के एक एकाग्रता के साथ क्लोरोफॉर्म में फिर से फैलाने के।
  3. आईटीओ इंक्स 23
    1. इंडियम (तृतीय) नाइट्रेट हाइड्रेट की ठोस लवण का मिश्रण है और टिन (द्वितीय) क्लोराइड dihydrate, (2 SnCl। 2H 2 हे, 0.357 जी, 0.00158 मोल ((सं 3) 3। 2.85H 2 हे, 2.93 जी, 0.00974 मोल में) ) 10 मिलीलीटर एक 50 मिलीलीटर polypropylene अपकेंद्रित्र ट्यूब में 2-methoxyethanol के साथ।
    2. इस के लिए, एक आक्सीकारक के रूप में एक पीएच स्थिरता के रूप में 14.5 एम अमोनियम हाइड्रॉक्साइड (एनएच 4 ओह, 0.0024 मोल) और 0.83 ग्राम (0.0104 मोल) अमोनियम नाइट्रेट (एनएच 4 सं 3) के 167 μl जोड़ें।
    3. हीटिंग (60 डिग्री सेल्सियस) के साथ 40 20 के लिए किलोहर्ट्ज़ मिनट पर Sonicate या बेरंग और ट्रॅन को धुंधला सफेद स्याही से परिवर्तन जब तकsparent।

2. आईटीओ patterning के

  1. कट और इथेनॉल और एसीटोन में sonicating से एक (25 मिमी x 25 मिमी x 1.1 मिमी) गिलास स्लाइड साफ।
  2. 1 मिनट के लिए केंद्रित (> 5 मीटर) जलीय सोडियम हाइड्रोक्साइड (NaOH) में कांच के अध लेना और संक्षेप में पानी से कुल्ला।
  3. स्पिन coater पर कांच सब्सट्रेट की जगह और आईटीओ स्याही के साथ स्लाइड भरें। 20 सेकंड के लिए 3228 XG पर स्पिन।
  4. इसके तत्काल बाद 10 मिनट के लिए 400 डिग्री सेल्सियस के लिए एक hotplate सेट और गर्मी पर सब्सट्रेट जगह है। एक चीनी मिट्टी की थाली पर आरटी पर धीरे शांत।
  5. जब तक चादर प्रतिरोध वर्ग प्रति 1,000 ओम (लगभग 10 परतों) नीचे है - इस प्रक्रिया (2.4 2.3) दोहराएँ। एक स्थिर सतह पर आईटीओ / कांच फिल्म रखने और मल्टीमीटर जांच नीचे दबाने लगभग 0.5 सेमी के अलावा प्रतिरोध को दर्ज करने के द्वारा एक मल्टीमीटर या एक चार सूत्री जांच के साथ उपाय के साथ चादर प्रतिरोध लगभग। यदि एक चार सूत्री जांच उपलब्ध है, चादर आर दर्ज करने के लिए फिल्म पर सुझाव जांच दबानास्थापित तरीकों का पालन esistance। 27
  6. अंत में, संक्षेप में डुबकी (~ 2 सेकंड) पतला एक्वा regia में फिल्म और वर्ग प्रति 500 ​​ओम नीचे प्रतिरोध को कम करने के लिए सुखाने के द्वारा पीछा आसुत पानी से कुल्ला।
  7. टेप के स्ट्रिप्स काटने से एक डिवाइस पैटर्न का निर्माण (यानी, गर्मी उपचार या एसिड नक़्क़ाशी के लिए सिलोफ़न टेप के लिए टेप पॉलियामाइड) और उनके साथ पूर्व डिजाइन ग्रिड पालन कर। उदाहरण के लिए, 0.10 सेमी की चौड़ाई के साथ सीधा स्ट्रिप्स 0.10 सेमी 2 डिवाइस क्षेत्रों का उत्पादन होगा।
    1. दस्तावेज़ संपादन सॉफ्टवेयर के साथ डिजाइन ग्रिड, पारदर्शी कांच स्लाइड पर टेप बढ़ते के लिए एक गाइड के रूप में कार्य करने के लिए सब्सट्रेट के तहत कागज और स्थिति पर मुद्रित।
      नोट: आवेदन और स्याही के गुणों पर निर्भर करता है, इन ग्रिडों एक वर्ग, एक आयत या औसत दर्जे का क्षेत्र के साथ किसी भी आकार के आकार में ऊपर और नीचे इलेक्ट्रोड ओवरलैपिंग के साथ उपकरणों का उत्पादन किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, आईटीओ के दो समानांतर स्ट्रिप्स बारी से किप्रत्येक 0.10 सेमी चौड़ा, सक्रिय परतों (सीडीएसई और CdTe) जमा करने के बाद, सोने की परत में एक ही पैटर्न केवल 90 डिग्री तक घुमाया उपयोग करते हुए दो 0.10 सेमी 2 उपकरणों के लिए फार्म जमा किया जा सकता हैं।
  8. 60 में पतला एक्वा regia में पालन टेप स्ट्रिप्स के साथ ग्लास / आईटीओ फिल्म भिगो दें डिग्री सेल्सियस उजागर आईटीओ तक घुल, नंगे कांच सब्सट्रेट पीछे छोड़ रहा है।
  9. टेप निकालें और एसीटोन और इथेनॉल के साथ फिल्म धोने टेप चिपकने से किसी भी अवशेषों को हटाने के लिए।
  10. चांदी epoxy की छोटी बूंदों की जगह पर आईटीओ कांच सब्सट्रेट के एक छोर पर स्ट्रिप्स। 150 पर एक hotplate पर इस गर्मी 2 मिनट के लिए डिग्री सेल्सियस, आरटी के लिए ठंडा करने के बाद। क्योंकि यह annealing के बाद CdTe / सीडीएसई सक्रिय परतों को दूर करने के लिए मुश्किल है ये डिवाइस माप के लिए संपर्क अंक के रूप में काम करेगा।

सीडीएसई, CdTe और Au फिल्म्स के 3. समाधान प्रसंस्करण

  1. स्पिन कोटिंग 28
    1. जगह नमूनों आईटीओ-glasस्पिन coater पर है सब्सट्रेट और ड्रॉप कोटिंग सीडीएसई nanocrystals से ऊपर की सतह को भरने।
    2. 30 सेकंड के लिए 610 XG पर स्पिन 150 पर एक hotplate पर सुखाने के द्वारा पीछा 2 मिनट के लिए सें। 25 डिग्री सेल्सियस के लिए कूल।
    3. एक एनएच 4 सीएल में फिल्म डुबकी: मेथनॉल (25 पर संतृप्त डिग्री सेल्सियस) 60 का हल सेट सी। 15 सेकंड के लिए रुक जाओ और फिर isopropanol का एक अलग कंटेनर में फिल्म डुबकी।
    4. 380 पर एक hotplate पर अक्रिय गैस के तहत सूखे और फिर गर्मी 25 सेकंड के लिए सें। आरटी शांत और अक्रिय गैस के तहत सूखने से पहले आसुत जल से अधिक नमक बंद कुल्ला।
    5. जब तक वांछित मोटाई तक पहुँच जाता है - इस प्रक्रिया (3.1.4 3.1.1) दोहराएँ। आमतौर पर, सीडीएसई के 3 परतों का उत्पादन एक 60 एनएम फिल्म और CdTe के 6 परतें एक 400 एनएम CdTe फिल्म पैदा करता है।
  2. स्प्रे कोटिंग 12, 29
    1. एक फ्लैट ठोस समर्थन पर टेप या क्लिप के साथ खड़ी आईटीओ-कांच के अध: माउंट।
    2. Dilक्लोरोफॉर्म के साथ 1 और स्याही के 0.25 मिलीलीटर के साथ गंभीरता से सिंचित एयरब्रश (0.5 मिमी सुई से लैस) लोड - Ute 4 मिलीग्राम मिलीलीटर CdTe और सीडीएसई स्याही।
    3. 10 और 40 के बीच साई वाहक गैस के दबाव को समायोजित करें। पतली चिकनी फिल्मों के लिए उच्च दबाव का प्रयोग करें।
    4. सब्सट्रेट सब्सट्रेट पर समान रूप से छिड़काव एक तेजी से सीधा पक्ष की ओर गति जहां हवा ब्रश नोक सब्सट्रेट से लगभग 60 मिमी रखा जाता है का उपयोग कर के द्वारा पीछा करने के लिए अगले दबाना नोक और स्प्रे nanocrystal स्याही। डिवाइस से दूर छिड़काव ~ 1 मिलीलीटर शुद्ध क्लोरोफॉर्म द्वारा एयरब्रश साफ करें।
    5. पर्वत से सब्सट्रेट निकालें और स्पिन कोटिंग (3.1.5) जब तक वांछित मोटाई हासिल की है के लिए के रूप में एक ही प्रक्रिया के साथ जमा CdTe या सीडीएसई nanocrystal फिल्म का इलाज।
    6. इसी तरह, स्प्रे वापस धातु संपर्क nanocrystal फिल्म सक्रिय परतों पर डिवाइस पूरा करने के लिए। आईटीओ इलेक्ट्रोड के लिए कार्यरत एक ही प्रक्रिया, पैटर्न 0.01 सेमी मोटी स्ट्रिप्स का उपयोग का उपयोग करआईटीओ स्ट्रिप्स को सीधा सक्रिय परत को कम चिपकने वाला टेप।
    7. 2 क्लोरोफॉर्म में बिखरे सोने (एयू) nanocrystal स्याही की मिलीलीटर (70 मिलीग्राम मिलीलीटर -1) के साथ एयरब्रश लोड।
    8. बाद एक अंधेरे अपारदर्शी फिल्म जमा किया जाता है, सब्सट्रेट उतरना और ध्यान से 20 सेकंड के लिए 250 डिग्री सेल्सियस पर एक hotplate पर गर्म करने से पहले टेप निकालें। सोने के रंग दिखाई देगा और डिवाइस आरटी ठंडा करने के लिए और परीक्षण किया जा सकता है।

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Representative Results

छोटे कोण एक्स-रे विवर्तन पैटर्न स्फटिकता और annealed nanocrystal फिल्म (चित्रा 1 ए) के चरण सत्यापित करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। स्फटिक आकार 100 एनएम से नीचे हैं, उनकी क्रिस्टल व्यास शेर्रर समीकरण के साथ (Eq। 1) अनुमान लगाया जा सकता है और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) के साथ सत्यापित,
1 समीकरण
जहां डी मतलब स्फटिक व्यास है, कश्मीर सामग्री के लिए आयामरहित आकार कारक है, β ब्रैग कोण θ पर एक्स-रे विवर्तन (XRD) शिखर की पूरी चौड़ाई आधा अधिकतम है।

स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) annealed फिल्मों (चित्रा 2 बी, सी और चित्रा -3 सी-एफ) में अनाज विकास की हद तक नजर रखने के लिए प्रयोग किया जाता है। एनएच 4 सीएल की उपस्थिति में CdTe या सीडीएसई और हीटिंग की एक परत जमा करने के बाद, अनाज आकार और तापमान ड्यूरा का समायोजन करके अनुकूलित किया जा सकताहीटिंग के tion के साथ ही स्याही एकाग्रता, स्प्रे दबाव / अवधि या स्पिन गति। आमतौर पर, बड़ा अनाज उच्च शॉर्ट सर्किट धाराओं के साथ उपकरणों से संकेत मिलता है। 12 प्रोफ़ाइल छवियों के लिए, डिवाइस के कांच की ओर एक हीरे मुंशी के साथ रन बनाए जा सकते हैं और एक सीधे बढ़त का उत्पादन करने में फटा और SEM खड़ी (चित्रा 1 बी) में रखा होगा।

यूवी / विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी क्वांटम कारावास प्रभाव (चित्रा 1 सी-डी) के साथ absorbance के चोटी के संबंध पर आधारित nanocrystal आकार का अनुमान लगाने के लिए प्रयोग किया जाता है। क्रिस्टल आकार व्यापारियों की एकाग्रता, प्रतिक्रिया तापमान और स्याही संश्लेषण की अवधि को संशोधित करके देखते जा सकता है।

ऑप्टिकल profilometry फिल्म मोटाई और खुरदरापन को मापने के लिए प्रयोग किया जाता है। यह प्रत्येक सामग्री की एक परत पर और पूरा उपकरणों (चित्रा 3 जी-जे) पर आयोजित किया जा सकता है।

फूरियर इन्फ्रारेड (एफ रूपांतरण TIR) स्पेक्ट्रा एनएच 4 सीएल दौरान ligand विनिमय की डिग्री पर नजर रखने के लिए लिया जाता है। के रूप में 2924 और 2852 सेमी -1 (2A चित्रा) में सी-एच alkyl बैंड खींच के लापता होने से मापा मेथनॉल उपचार 20

वर्तमान वोल्टेज (चतुर्थ) विशेषताओं नपे-तुले सौर सिम्युलेटर (चित्रा 2 डी, ई) से अंधेरे में और नकली एक सूरज रोशनी के तहत प्राप्त किया जा सकता है। एनोड (एयू) और कैथोड (आईटीओ) के लिए सुझाव जांच संलग्न, एक photocurrent एक डिजिटल मल्टीमीटर / स्रोत मीटर के साथ मापा जा सकता है। सकारात्मक संभावित नकारात्मक से स्कैनिंग द्वारा (उदा। -1.5 वी 1.5 वी के लिए), एक चतुर्थ वक्र उत्पादन और डेटा पर 0.0 amps, शॉर्ट सर्किट वर्तमान (मैं अनुसूचित जाति) पर इस तरह के खुले सर्किट वोल्टेज (वी ओसी) के रूप में प्रदान करता है 0.0 वोल्ट, भरने के कारक (एफएफ, Eq। 2) और दक्षता (ƞ, Eq। 3),
4eq2.jpg "/>

जहां जम्मू सांसद और वी सांसद वर्तमान घनत्व और अधिकतम शक्ति बिंदु पर वोल्टेज, क्रमशः रहे हैं। सॉफ्टवेयर एफएफ प्रदान नहीं करता है, दक्षता, उपयोग के लिए वी के एक समारोह के रूप में जम्मू और वी के उत्पाद साजिश रचने के द्वारा अधिकतम पावर प्वाइंट मिल जाए,
3 समीकरण

जहां में पी सौर विकिरण (100 मेगावाट / 2 सेमी) से प्रति इकाई क्षेत्र शक्ति इनपुट है। डिवाइस क्षेत्र (उदा। 0.1 सेमी 2) के लिए लेखांकन रखकर इकाइयों एक unitless अंश छोड़ने रद्द कर दें। विशेष ध्यान आसन्न उपकरणों से एक अतिरिक्त photocurrent योगदान से बचने के लिए माप के दौरान सब्सट्रेट पर अन्य उपकरणों के नकाब को लिया जाना चाहिए।

आकृति 1
चित्रा 1. फिल्म विशेषता। प्रत्येक व्यक्ति डिवाइस लेय का एक्स-रे विवर्तन पैटर्नएक ही फिल्म है और एक पूरा डिवाइस (ए) डिवाइस (बी) nanocrystal स्याही से निर्माण की एक पार अनुभाग SEM छवि सहित के रूप में आर। यूवी वाणिज्यिक आईटीओ (हल्का नीला) और कांच और (लाल) सीडीएसई-प, CdTe-सोल (ब्राउन) और सीडीएसई-प / CdTe-प फिल्मों को एक साथ (काला) पर के अवशोषण पर (बैंगनी) आईटीओ-सोल के / विज़ स्पेक्ट्रा वाणिज्यिक आईटीओ ग्लास substrates (डी), और सीडीएसई (लाल), CdTe (ब्राउन), Au (सोना) की nanocrystal अग्रदूत समाधान के अवशोषण, और आईटीओ (बैंगनी) annealing से पहले (सी)। रेफरी से अनुकूलित। रसायन विज्ञान की रॉयल सोसायटी की ओर से अनुमति के साथ 24। 24 यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2. Ligand एक्सचेंज उत्प्रेरक और डिवाइस के गुण। पिरिडीन की FTIR स्पेक्ट्रा CdTe विमर्शnanocrystal फिल्मों (ए) एनएच 4 सीएल में डूबा हुआ है: मेथनॉल समाधान (हरा) और शुद्ध मेथनॉल (लाल) में 380 डिग्री सेल्सियस पर इन फिल्मों (बी और सी, क्रमशः) annealing के बाद के SEM छवियों इसी 25 सेकंड के लिए भी शामिल है। एक सब समाधान संसाधित सीडीएसई / CdTe heterojunction डिवाइस 1 सूरज की रोशनी (डी) और लेपित (---) स्पिन की तुलना तहत मापा की वर्तमान वोल्टेज घटता है और स्प्रे लेपित (-) Schottky उपकरणों (ई) 1 सूरज की रोशनी के तहत (लाल ) और अंधेरे (काले रंग में)। से अनुमति के साथ पुनर्प्रकाशित रेफरी। 12. कॉपीराइट 2014 अमेरिकन केमिकल सोसायटी और रेफरी से अनुकूलित। 20 और 24 रसायन विज्ञान की रॉयल सोसायटी की ओर से अनुमति के साथ। 20,24 यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

XRD पैटर्न दिखा रहे कोण पर स्पष्ट विवर्तन चोटियोंप्रत्येक सामग्री और पूरा डिवाइस (चित्रा 1 ए) के लिए जाली क्रिस्टल आयाम के लिए इसी। शेर्रर आकार विश्लेषण के रूप में संश्लेषित nanocrystals (3-5 एनएम) की तुलना में CdTe फिल्मों के लिए 100 एनएम के आदेश पर स्फटिक आकार का अनुमान है। लाल को सीडीएसई और CdTe की nanocrystals क्वांटम सीमित से इस बदलाव को स्थानांतरित कर दिया annealed फिल्मों में थोक पैमाने पर अनाज यूवी / चित्रा 1C-डी की विज़ स्पेक्ट्रा में दिखाया गया है। जमा फिल्मों की मोटाई स्याही की एकाग्रता को ऊपर उठाने या दोनों स्पिन कोटिंग और स्प्रे कोटिंग के लिए परतों की संख्या में वृद्धि से बढ़ाया जा सकता है। मोटाई और फिल्म की एकरूपता ऑप्टिकल profilometry (चित्रा 3 बी, जी जे) द्वारा नजर रखी है। , स्प्रे लेपित फिल्मों में आम तौर पर rougher (51 ± 14 एनएम स्प्रे बनाम 22 ± 12 एनएम स्पिन) हैं, हालांकि इस उच्च प्रसव के दबाव और कम केंद्रित स्याही के साथ कम किया जा सकता है। 12 बार लक्ष्य मोटाई और खुरदरापन पर एक भी फिल्म पर प्राप्त की हैकांच, प्रक्रिया उपकरण निर्माण के लिए लागू किया जा सकता है। प्रत्येक परत की मोटाई डिवाइस प्रदर्शन फिल्म के पार अनुभाग छवियों और उन दोनों के बीच सत्यापित करने बरकरार इंटरफेस (चित्रा 1 बी)। 24

के रूप में संश्लेषित nanocrystals हीटिंग के दौरान कार्बनिक पदार्थ insolating पीछे छोड़ रहा है, लंबी श्रृंखला मूल निवासी oleate ligands कि फिल्म गुणवत्ता के साथ हस्तक्षेप का एक खोल होते हैं। Pyridine विनिमय प्रतिक्रियाओं oleate खोल निकालने के लिए किया गया था; हालांकि, के रूप में कई मनाया है, इस प्रक्रिया अधूरी है। 16,26,27 एक 18 घंटा पिरिडीन विनिमय के बाद, अवशिष्ट oleate ligands के रूप में 2924 और 2852 सेमी में सीएच alkyl समूहों की अपनी विशेषता अवरक्त खींच आवृत्तियों से मनाया nanocrystals में जुड़े रहते हैं -1। चित्रा 2A में FTIR स्पेक्ट्रा अनुपस्थिति (हरा) और देशी oleate ligand एनएच 4 के साथ इलाज के रूप में जमा पूर्व annealed फिल्म में CdTe nanocrystals के लिए बाध्य की उपस्थिति (लाल) दिखाने </ उप> CL: मेथनॉल ligand विनिमय उत्प्रेरक और मेथनॉल ही, क्रमशः। यह नमक उपचार के साथ-साथ, छोटे अकार्बनिक क्लोराइड anions साथ अवशिष्ट लंबी श्रृंखला oleate ligands की जगह है, जबकि sintering प्रतिक्रिया में सहायता। इस स्थिति है, जो nanocrystals के लिए अद्वितीय है, ligand विनिमय एजेंट मूल निवासी ligand को दूर करते हुए भी सतह पर अतिरिक्त पर्याप्त sintering उत्प्रेरक उपलब्ध कराने चाहिए। इन प्रक्रियाओं के दोनों एक सफल CdTe डिवाइस के प्रमुख घटक हैं। पिछले अनुसंधान दिखा दिया है कि CdCl 2 का आम उपयोग इस उद्देश्य के लिए गैर विषैले एनएच 4 सीएल के साथ बदला जा सकता है। Annealing के बाद 136 ± 39 एनएम जिसके परिणामस्वरूप औसत अनाज विकास एनएच 4 के लिए चित्रा 2 बी में दिखाया गया है सीएल CdTe फिल्मों का इलाज किया जबकि कोई विकास मेथनॉल नियंत्रण (चित्रा 2 सी) के लिए मनाया जाता है। निगरानी ligand विनिमय के कारण थोक पैमाने निर्वात बयान की तुलना में कई nanocrystal इलेक्ट्रॉनिक फिल्मों की एक अद्वितीय घटक हैनीचे से ऊपर सिंथेटिक मार्गों के निहित प्रकृति। 3,30 ये, जैविक ligand गोले कि अकार्बनिक कोर के लिए समाधान उपलब्ध कराने घुलनशीलता के गठन शामिल है, हालांकि इस इन्सुलेट खोल आम तौर पर फिल्म के Optoelectronic समारोह में योगदान नहीं है।

सौर सेल उपकरणों 1 सूरज की रोशनी (चित्रा 2 डी, ई) 0.1 सेमी 2 उपकरणों से वर्तमान वोल्टेज घटता दिखाने के तहत मापा जाता है। एक विशेषता डिवाइस यहाँ दिखाया वी आयोजन समिति का उत्पादन = 0.52 ± 0.02 वी, जम्मू अनुसूचित जाति = 9.42 ± 3.2 सेमी मा -2, एफएफ (%) = 43.3 ± 2.9 और ƞ (%) = 2.37 ± नकली धूप के तहत 0.23। हालांकि, अनाज विकास और प्रसंस्करण के तरीकों के बीच मजबूत कड़ी के कारण, annealing तापमान और CdTe फिल्मों की हीटिंग समय में छोटे परिवर्तन बड़े बदलाव के लिए खुला सर्किट वोल्टेज और इन nanocrystal फिल्मों से लेकर सूचना Jsc मूल्यों के लिए अग्रणी के शॉर्ट सर्किट धाराओं में नेतृत्व कर सकते हैं 0.7 मा / 2 सेमी करने के लिए 25मा / 2 सेमी और 10%। 12,31 उच्च क्षमता के ऊपर क्षमता गुणवत्ता और समाधान संसाधित photovoltaics के साथ-साथ अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और कार्यात्मक सतहों के लिए सामग्री के संयोजन में वृद्धि के बाद उम्मीद कर रहे हैं।

nanocrystal फिल्मों के पारंपरिक स्पिन कोटिंग की तुलना में, स्प्रे कोटिंग समायोज्य वितरण दबाव, सब्सट्रेट से दूरी, स्प्रे और अवधि के कोण के साथ एक airbrush का उपयोग कर के निहित स्वतंत्रता के कारण अतिरिक्त विचार की आवश्यकता है। जब लगातार CdTe स्याही सांद्रता बनाए रखने (4 मिलीग्राम / एमएल) और नोजल दूरी सब्सट्रेट करने के लिए (60 मिमी), दबाव बढ़ रही व्यवस्थित चिकनी, उच्च गुणवत्ता परतों का निर्माण फिल्म खुरदरापन कम करने के लिए पाए गए। चित्रा 3 फिल्म पर एडजस्ट करने स्प्रे दबाव के प्रभाव का सार आकृति विज्ञान और ऑप्टिकल गुण। 15 साई 40 साई के दबाव में वृद्धि का एक परिणाम के रूप में, CdTe nanocrystal फिल्मों उच्च ऑप्टिकल संप्रेषण से पता चला है (चित्रा 3) शारीरिक रूप से पतली परत (प्रति 30 बनाम 95 एनएम एनएम, चित्रा 3 बी) होने का एक परिणाम के रूप में। उच्च दबाव में स्प्रे सामग्री लक्ष्य सब्सट्रेट के चारों ओर एक बड़े क्षेत्र में छितरी हुई है और कम सामग्री डिवाइस पर जमा किया जाता है। 380 पर annealing के बाद डिग्री सेल्सियस, nanocrystals की फिल्म एक उच्च पैकिंग घनत्व के साथ गाढ़ा रूप ligand अणुओं जारी कर रहे हैं और अलग-अलग nanocrystals की सतह क्षेत्रों बड़ा समेकित क्रिस्टल अनाज को कम कर रहे हैं। इसलिए, के रूप में जमा nanocrystals की पतली फिल्मों मात्रा में एक छोटे परिवर्तन से गुजरना है, कम दरारें कि हीटिंग के बाद प्रकट करने के लिए अग्रणी। इस आशय की चिकनी फिल्मों है कि लगभग स्पिन कोटिंग के माध्यम से जमा किया उन लोगों के लिए समान हैं पैदा करता है। इस SEM छवियों और इसी ऑप्टिकल profilometry नक्शे (चित्रा -3 सी-जे) में मनाया जा सकता है। स्प्रे मानकों के अनुकूलन वांछित फिल्म गुणों को प्राप्त करने के बाद, उपकरणों गढ़े और तिमा के तहत जांच की जा सकती हैएड सूरज की रोशनी। चित्रा 2 ई स्पिन में लिपटे और स्प्रे लेपित गिलास / आईटीओ / CdTe / सीए / अल Schottky उपकरणों के बीच एक तुलना, जहां CdTe nanocrystal परत समाधान संसाधित किया गया था पता चलता है, डिवाइस प्रदर्शन (दक्षता के बीच न्यूनतम मतभेद का प्रदर्शन = दोनों के लिए 2.2% स्पिन में लिपटे और स्प्रे लेपित उपकरणों)।

चित्र तीन
चित्रा 3. Nanocrystal स्प्रे दबाव और फिल्म आकृति विज्ञान (ए) CdTe डिवाइस 15 पर स्प्रे लेपित बयान के बाद 25 एस के लिए 380 डिग्री सेल्सियस पर annealed फिल्मों के माध्यम से प्रकाश के संचरण। - 20 () - (-), 30 (- - - ), और 40 साई (···) की तुलना के लिए एक स्पिन में लिपटे डिवाइस (नीले) के साथ। स्प्रे दबाव (बी) के एक समारोह के रूप में औसत फिल्म मोटाई। SEM छवियों CdTe डिवाइस फिल्मों 15 (सी) पर स्प्रे लेपित, 20 (डी), 30 की कम बढ़ाई (ई के साथ विभाजित (एफ) इसी ऑप्टिकल profilometry रिश्तेदार सतह खुरदरापन (जी दिखा स्कैन सहित - जे)। संदर्भ से अनुमति से पुनर्प्रकाशित। 12. कॉपीराइट 2014 अमेरिकन केमिकल सोसायटी। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

सारांश में, इस प्रोटोकॉल कुंजी के लिए एक समाधान के लिए एक spray- या स्पिन कोटिंग बयान से इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस संसाधित के निर्माण के साथ शामिल कदम के लिए दिशा निर्देश प्रदान करता है। यहाँ, हम गैर प्रवाहकीय कांच substrates पर समाधान प्रसंस्करण पारदर्शी प्रवाहकीय इंडियम टिन ऑक्साइड (आईटीओ) फिल्मों के लिए नए तरीकों पर प्रकाश डाला। एक सतही नक़्क़ाशी प्रक्रिया के बाद, अलग-अलग इलेक्ट्रोड से पहले स्प्रे जमा फोटो सक्रिय परतों का गठन किया जा सकता है। एक परत दर परत तकनीक का उपयोग करना, सीडीएसई और CdTe nanocrystals एक airbrush से परिवेश की स्थिति के तहत हवा में जमा किया जा सकता है। ligand मुद्रा और गर्मी उपचार के बाद, अंतिम गैर पारदर्शी प्रवाहकीय धातु इलेक्ट्रोड स्प्रे लेपित डिवाइस पर और देशी जैविक ligands दूर करने के लिए गर्म हो सकता है। यह परत भी बयान के दौरान एक मास्किंग पैटर्न का उपयोग करके नमूनों जा सकता है। पूरी तरह से परिणामस्वरूप समाधान संसाधित, सभी अकार्बनिक उपकरणों की विशेषता है और जांच की जा सकती है।

विशेष रूप से ध्यान सीधे होना चाहिएपुरानी सामग्री के रूप में नए सिरे से अभिकर्मकों का उपयोग करने के लिए डी अशुद्ध या अवांछित उत्पादों के लिए नेतृत्व कर सकते हैं। इसके अतिरिक्त, ऊपर और नीचे इलेक्ट्रोड की चालकता डिवाइस तैयार करने के दौरान परीक्षण किया जाना चाहिए। आईटीओ फिल्म वर्ग के अनुसार कम से कम 500 ओम और शीर्ष धातु फिल्म वर्ग के अनुसार कम से कम 20 ओम होना चाहिए की एक चादर प्रतिरोध करना चाहिए था। चादर प्रतिरोध अधिक है, तो इस इलेक्ट्रोड का अधिक परतों लागू होते हैं। यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो जाता है, तो उपकरणों श्रृंखला या समानांतर में जुड़े होने के रूप में प्रत्येक डिवाइस के आपस में जुड़े इलेक्ट्रॉनिक रूप से होने की जरूरत है। परत मोटाई और खुरदरापन ध्यान से हवा के दबाव और स्याही एकाग्रता को बदलने के प्रभाव की निगरानी के द्वारा नियंत्रित किया जाना चाहिए। इन फिल्मों के profilometry स्कैन spray- या स्पिन कोटिंग मापदंडों पर बहुमूल्य राय प्रदान कर सकते हैं। आमतौर पर, पतली किसी न किसी तरह फिल्मों (> 100 एनएम जड़ मतलब चुकता) डिवाइस shorting और निष्क्रिय उपकरणों के लिए नेतृत्व कर सकते हैं। आदेश shorting से बचने के लिए, मोटा चिकनी सक्रिय परतें जमा, और कभी actua स्पर्शनिर्माण या जब मापने के दौरान एल डिवाइस।

एकल क्रिस्टलीय सामग्री और आम lithographic cleanroom निर्माण तकनीक की मौजूदा निर्वात बयान की तुलना में, nanocrystals की स्याही आधारित बयान कम खर्चीला है और बड़े क्षेत्रों या अनियमित सतहों पर जमा करने के लिए और अधिक स्वतंत्रता देता है। हालांकि, व्यक्तिगत nanocrystals के बीच इंटरफेस की गुणवत्ता देशी जैविक ligands की उपस्थिति और फिल्म के निहित बहु प्रकृति के कारण कम हो जाता है। इस फिल्म और इसके परिणामस्वरूप, उच्च इलेक्ट्रॉन छेद पुनर्संयोजन दरों भीतर दोष और दोष के एक उच्च घनत्व की ओर जाता है। इस ligand विनिमय का उपयोग और sintering एजेंट (जैसे, एनएच 4 सीएल) फिल्म में स्फटिकता बढ़ाने के द्वारा कम किया जा सकता है; हालांकि, इस अकार्बनिक nanocrystal उपकरणों के लिए एक बुनियादी मुद्दा बनी हुई है। हालांकि, सीसा सल्फाइड की तरह एक बड़ी बोह्र-exciton त्रिज्या के साथ सामग्री की व्यवस्था के लिए, पीबीएस (~ 20 एनएम), sintering की आवश्यकता नहीं हैnanocrystals के बीच प्रभावी प्रभारी परिवहन के लिए। इसके अतिरिक्त, एकल उपकरणों के क्षेत्र मास्किंग पैटर्न की मोटाई और पार्श्व आयाम पर निर्भर है। बड़े क्षेत्र (> 1 2 सेमी) उपकरणों macroscale मास्किंग पैटर्न के साथ प्राप्य हैं; हालांकि, microscale या nanoscale पैटर्न सूक्ष्म या क्वांटम आयामी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए आवश्यक होगा।

इस वीडियो प्रोटोकॉल एक स्प्रे / स्पिन कोटिंग की प्रक्रिया से स्याही आधारित पतली फिल्म फोटोवोल्टिक उपकरणों के निर्माण के लिए तरीके का वर्णन है। हालांकि, परिवेशी वायु बयान, वैक्यूम या नियंत्रित वातावरण की आवश्यकताओं के बिना होने की वजह से यहां भी शामिल विषयों अकार्बनिक उपकरणों की स्याही जेट मुद्रण के लिए संशोधित किया जा सकता है। स्याही आधारित बयान की कम लागत परंपरागत वैक्यूम बयान और सौर सेल मॉड्यूल पैकेजिंग भी निर्माण और स्थापना लागत को कम करने से सौर ऊर्जा की कीमत कम कर सकता है की तुलना में। साथ ही, इस विधि अन्य सामग्री के लिए लागू किया जा सकतासिस्टम और आर्किटेक्चर, जैविक अर्धचालकों भी शामिल है। photovoltaics के अलावा, हम तकनीक अकार्बनिक सामग्री के समाधान प्रसंस्करण के लिए वर्णन इस तरह के प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी), capacitors और ट्रांजिस्टर के रूप में अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का निर्माण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासे के लिए कुछ भी नहीं है।

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

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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).

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