Waiting
Traitement de la connexion…

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

Engineering

جيدا تمت محاذاته رأسياً الموجهة لأكسيد الزنك نانورود صفائف وتطبيقها في "مقلوب الصغيرة جزيء الخلايا الشمسية"

Published: April 25, 2018 doi: 10.3791/56149
Automatic Translation
1, 2, 3, 2, 4, 4, 1, 2, 2
1Department of Electrical Engineering, National United University, 2Research Center of Applied Science, Academia Sinica, 3Department of Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University, 4Department of Electronic Engineering, Chung Yuan Christian University

Summary

هذه المخطوطة يصف كيفية تصميم واختلاق الخلايا الشمسية71BM SMPV1:PC مقلوب الكفاءة مع أكسيد الزنك نانورودس (شمالي البحر الأحمر) نمت على طبقة بذور يخدر Al "أكسيد الزنك" (الآزوت) ذات جودة عالية. جيدا تمت محاذاته رأسياً المنحى "أكسيد الزنك شمالي البحر الأحمر" معرض خصائص بلورية عالية. يمكن الوصول إلى كفاءة تحويل الطاقة من الخلايا الشمسية 6.01%.

Abstract

هذه المخطوطة يصف كيفية تصميم واختلاق كفاءة الخلايا الشمسية المقلوبة، التي تستند إلى جزيء صغير مترافق ثنائي الأبعاد (SMPV1) و [6,6]-فينيل-C71-حامض زبدي إستر الميثيل (PC71BM)، عن طريق استخدام أكسيد الزنك نانورودس (شمالي البحر الأحمر) نمت على طبقة بذور يخدر Al "أكسيد الزنك" (الآزوت) ذات جودة عالية. الخلايا الشمسية71BM SMPV1:PC المقلوب مع "أكسيد الزنك شمالي البحر الأحمر" التي نمت على كلا محببة وسول-جل بذور أزو مجهزة طبقة ملفقة. بالمقارنة مع رقيقة الآزو أعدت بواسطة الأسلوب سول-جل، يسلك رقيقة الآزو محببة بلورة أفضل وأقل خشونة السطح، وفقا حيود الأشعة السينية (XRD) والقياسات (فؤاد) مجهر القوة الذرية. ويبين اتجاه "شمالي البحر الأحمر أكسيد الزنك" نمت على طبقة بذور أزو محببة أفضل المحاذاة العمودية، التي تعود بالنفع لترسب الطبقة النشطة اللاحقة، تشكل أفضل مورفولوجيس السطحية. وبصفة عامة، يهيمن مورفولوجية سطح الطبقة النشطة أساسا عامل التعبئة (FF) من الأجهزة. ونتيجة لذلك، يمكن استخدامها في "شمالي البحر الأحمر أكسيد الزنك" الانحياز جيدا لتحسين جمع الناقل من الطبقة النشطة وزيادة وما يليها الخلايا الشمسية. وعلاوة على ذلك، كهيكل مضاد لانعكاس، فإنه يمكن استخدامها أيضا لتعزيز حصاد الضوء طبقة الاستيعاب، مع كفاءة تحويل الطاقة (PCE) الخلايا الشمسية تصل إلى 6.01%، أعلى من سول-الجل أساس الخلايا الشمسية مع اءة 4.74 %.

Introduction

العضوية من الأجهزة الضوئية (الفموي) خضعت مؤخرا تطورات ملحوظة في تطبيق مصادر الطاقة المتجددة. هذه الأجهزة العضوية لها العديد من المزايا، بما في ذلك التوافق عملية الحل، منخفضة التكلفة، وخفيفة الوزن، والمرونة، و إلخ1،2،3،،من45 حتى الآن، وضعت الخلايا الشمسية البوليمر (PSCs) مع PCE لأكثر من 10% باستخدام البوليمرات مترافق المخلوطة مع الكمبيوتر71بي أم6. بالمقارنة مع المستندة إلى البوليمر و PSCs، اجتذبت خفر السواحل الصغيرة على أساس جزيء (SM-خفر السواحل) مزيدا من الاهتمام عندما يتعلق الأمر باختلاق خفر السواحل بسبب مزاياها متميزة عديدة، بما في ذلك تركيبات كيميائية محددة تحديداً جيدا وتوليف السطحية وتنقية، و عموما أعلى الفولتية الدائرة المفتوحة (Voc)7،،من89. في الوقت الحاضر، مترافق بنية 2-د جزيء الصغيرة SMPV1 (2,6-Bis[2,5-bis(3-octylrhodanine)-(3,3-dioctyl-2,2':5,2 ''-terthiophene)]-4,8-bis((5-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene) مع BDT-T (بنزو [1، 2-b:4، 5-ب '] ديثيوفيني) باعتبارها الوحدة الأساسية و 3-أوكتيلرودانيني ك نهاية المجموعة10 إلكترون سحب المصممة والمستخدمة لمزيج مع الكمبيوتر71BM للتطبيق خفر السواحل المستدامة الواعدة. PCE الخلايا الشمسية التقليدية جزيء صغير (SM-خفر السواحل) استناداً إلى SMPV1 المخلوطة مع الكمبيوتر71BM وصلت إلى أكثر من 8، 0%10،11.

في الماضي، ويمكن تعزيز PSCs والأمثل ببساطة عن طريق ضبط سمك الطبقة النشطة. ومع ذلك، خلافا لشركات الأمن الخاصة، SM-خفر السواحل عموما قد طول نشر أقصر، مما يحد كثيرا من سمك الطبقة النشطة. ومن ثم، زيادة الكثافة الحالية قصيرة (يsc) من خفر السواحل SM، استخدام هيكل نانو12 أو9 من شمالي البحر الأحمر لتحسين الاستيعاب البصري لخفر السواحل SM أصبح من الضروري.

من بين هذه الأساليب، هيكل شمالي البحر الأحمر مضاد للانعكاس عموما فعالة لحصاد الضوء من الطبقة النشطة عبر طائفة واسعة من الأطوال الموجية؛ ولذلك، معرفة كيف تنمو جيدا تمت محاذاته رأسياً المنحى أكسيد الزنك (أكسيد الزنك) شمالي البحر الأحمر حرجة للغاية. خشونة السطح طبقة البذور أسفل طبقة "أكسيد الزنك شمالي البحر الأحمر" له تأثير كبير على اتجاه صفائف المجلة؛ ولذلك، من أجل إيداع جيدا المنحى شمالي البحر الأحمر، تبلور طبقة البذور يجب أن يكون تحديداً التي تسيطر عليها9.

في هذا العمل، بالتردد theRadio (RF) اﻷخرق تقنية إعداد الأفلام الآزو. بالمقارنة مع غيرها من تقنيات، RF اﻷخرق المعروف بأنه تقنية فعالة لقابل للصناعة لأنه هو تقنية ترسب موثوق بها، مما يسمح توليف عالية النقاء، موحدة وسلسة ومستدامة ذاتيا من الأغشية الرقيقة الآزو تنمو على ركائز مساحة كبيرة. استخدام الترددات اللاسلكية اﻷخرق ترسب يتيح تشكيل الأفلام الآزو عالية الجودة التي يحمل تبلور عالية مع انخفاض خشونة السطح. ولذلك في طبقة النمو اللاحقة، توجهات شمالي البحر الأحمر هي شديدة الانحياز، بل أكثر من ذلك عند مقارنة بأفلام أكسيد الزنك التي أعدت بواسطة الأسلوب هلام سول. باستخدام هذا الأسلوب، يمكن أن تصل PCE الخلايا الشمسية جزيء صغير مقلوب استناداً إلى الانحياز جيدا صفائف NR أكسيد الزنك ذات اتجاه أفقي إلى 6.01%.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1-نمو طبقة البذور محببة الآزو على الركازة إيتو

  1. عصا 4 قطع الشريط مكافحة التآكل (0.3 × 1.5 سم) على جانب واحد من الركازة الإنديوم أكسيد القصدير (إيتو) تشكل مربعا (1.5 x 1.5 سم). وضع إيتو في حمض الهيدروكلوريك لمدة 15 دقيقة حفر المنطقة المعرضة إيتو.
  2. قم بإزالة الشريط وتنظيف العينة باستخدام سونيكاتور؛ sonicate مع منزوع (DI) المياه والاسيتون، الإيثانول، ورأسا في المقابل لكل 30 دقيقة. تسريحه إيتو منقوشة بمسدس نيتروجين مضغوط.
  3. إرفاق تنظيفها من ركائز إيتو منقوشة على حامل الركيزة بالشريط، وتحميل صاحب في الدائرة الرئيسية للترددات اللاسلكية اﻷخرق النظام. مضخة الضغط الدائرة إلى أقل من 4 × 10-6 عربة عبر الميكانيكية ونشر مضخة لضمان نقاء البيئة.
  4. إدراج غاز الأرجون النقي (معدل التدفق: 30 sccm) في الدائرة الرئيسية والتحكم المضخة للحفاظ على ضغط الدائرة في متور 1.
  5. إعداد البذور الآزو الطبقات باستخدام الترددات اللاسلكية (13.56 ميغاهرتز) اﻷخرق الأسلوب، استناداً إلى أسلوب الإبلاغ عن13. استخدام بعدا في 2 معاد الآزو المستهدفة (2 و %2س ال3 في أكسيد الزنك) السيراميك إيداعها على ركائز الزجاج إيتو قبل تنظيفها. الحفاظ على المسافة المستهدفة للركيزة في 10 سم.
  6. الحفاظ على ضغط العمل في متور 1 وطاقة الترددات اللاسلكية في 40 ث خلال الترسب. التحكم في درجة حرارة الركازة في درجة حرارة الغرفة. تعيين التحيز DC التطبيقية ومعدل الترسيب إلى 187 الخامس والدقيقة nm 4، على التوالي، لإيداع الآزو رقيقة. يجب أن تسيطر على سمك طبقة البذور الآزو في 40 نانومتر استناداً إلى رصد سمك الكريستال الكوارتز.
  7. بعد أن يبرد العينة وصولاً إلى 30 درجة مئوية في الدائرة، إيقاف المضخة وأدخل غاز النيتروجين في الدائرة الرئيسية حتى يمكن فتح الدائرة. إزالة النموذج من صاحب الركازة.

2-النمو من سول-الجل معالجة البذور أكسيد الزنك طبقة على الركازة إيتو

  1. إيداع طبقة البذور أكسيد الزنك على الركازة إيتو منقوشة بالدوران سول-جل طلاء الأسلوب14. وتستخدم ثنائي هيدرات خلات الزنك، 2-ميثوكسيثانول، ومونوايثانولامين (طيران الشرق الأوسط) انطلاق المواد، والمذيبات، واستقرار، على التوالي.
    1. حل ثنائي هيدرات خلات الزنك (4.39 ز) في خليط من 2-ميثوكسيثانول (40 مل)، والاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف (1.22 غ) للحصول على تركيز خلات الزنك 0.5 متر.
    2. يحرك الخليط الناتج في 60 درجة مئوية ح 2. واسمحوا سول الجلوس على 12 (ح) تشكل حلاً متجانسة واضحة وشفافة.
    3. إيداع طبقة أكسيد الزنك البذور على الطبقات السفلية الزجاج إيتو منقوشة تنظيفها باستخدام الأسلوب طلاء تدور. إضافة محلول sol-جل 0.1 مل على الركازة، وتناوب على 3000 دورة في الدقيقة لمدة 30 s استخدام المغطى زيادة ونقصان.
    4. بعد تدور طلاء، جاف الفيلم عند 200 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة على صفيحة ساخنة للسماح للمذيبات تتبخر وإزالة المخلفات العضوية. يجب أن يكون سمك طبقة أكسيد الزنك البذور حوالي 40 نانومتر14.

3-نمو أكسيد الزنك NR الصفيف على طبقة البذور

  1. تنمو الصفيف NR أكسيد الزنك باستخدام الأسلوب الحرارية المائية.
    1. سداسي هيدرات نترات الزنك 1.49 ميكس ز (2·6H الزنك (لا3)2س) وهيكساميثيلينيتيتراميني ز 0.7 (جرارات) (ج6ح12ن4) في الماء 100 مل دي. يحرك الخليط الناتج في درجة حرارة الغرفة لمدة 30 دقيقة.
    2. إرفاق الجانب إيتو طبقة البذور محببة الآزو مع عينات سول-جل أكسيد الزنك لتغطية الزجاج باستخدام الشريط. وضع العينات في 50 مل أنبوب مخروطي البوليبروبيلين مليئة بالحل 50 مل من الزنك (لا3)2·6H2س وجرارات.
    3. أثناء النمو، حرارة الأنبوبة المخروطية والبولي بروبيلين بزرع أفقياً في فرن مختبر مع العينات تدور المغلفة التي تواجه الهبوط، والحفاظ على درجة حرارة 90 درجة مئوية لمدة 90 دقيقة.
    4. في نهاية فترة النمو، إزالة ركائز من الحل وشطف فورا على سطح العينة مع الماء دي والإيثانول (داخل اثنان زجاجات المياه والصرف الصحي) بدوره لكل لإزالة الملح المتبقي من السطح 1 دقيقة. تسريحه العينة باستخدام بندقية ضغط نيتروجين وخبز على صفيحة على 250 درجة مئوية لمدة 10 دقائق.

4-تصنيع وقياس الخلايا الشمسية جزيء صغير مقلوب

  1. تحميل الركيزة إيتو مع الصفيف NR أكسيد الزنك على المغطى تدور في الدرج الأمامي. مزيج 1 مل تولوين التي تحتوي على 15 ملغ من SMPV1 و 11.25 مغ من الكمبيوتر71إضافة BM. الحل 0.1 مل، تدور عينة 2,000 لفة في الدقيقة 40 s استخدام المغطى تدور، ويصلب عند 60 درجة مئوية لمدة 2 دقيقة.
  2. بعد عملية انلينغ، ضع الركيزة في نظام التبخير حراري. مضخة مضخة فراغ الغرفة في البداية باستخدام مضخة ميكانيكية حتى يصل الضغط إلى 4 × 10-2 ميلليمتر زئبق، ثم التبديل إلى توربو جعل الضغوط المحيطة < 4 × 10-6 عربة.
  3. طبقة إيداع مو3 بمعدل ترسيب 0.1 nm/s بتدفئة مو3 مسحوق في قارب موليبدينوم مقاوم مع ض نسبة 1.0 وتيار إدخال من 105 ألف إيداع Ag طبقة 0.5 نانومتر/s بمعدل ترسيب بسبيكة فضية تدفئة في تي مقاوم قارب أونجستين مع Z-نسبة 0.529 وتيار إدخال من 190 ألف ينبغي أن تشمل النظام رصد معدل تبخر كريستال الكوارتز لضبط عملية التبخر. وينبغي مراقبة سمك مو3 وطبقات Ag لتكون 5 و 150 نانومتر، على التوالي استناداً إلى رصد سمك الكريستال الكوارتز.
  4. بعد أن يبرد العينة وصولاً إلى 30 درجة مئوية في الدائرة، إيقاف تشغيل المضخة، وأدخل غاز النيتروجين في الدائرة حتى يمكن فتح الدائرة. إزالة العينة من حامل الركيزة وتحميل العينة الدرج الأمامي.
  5. فتح نظام محاكاة الشمسية والانتظار 20 دقيقة حتى تصبح مصدر الضوء للنظام مستقر. تضيء العينة في 100 ميغاواط/سم2 من جهاز محاكاة شمسية كتلة الهواء 1.5 العالمية (ص 1.5G) باستخدام عامل التصفية. وفي الوقت نفسه استخدام المحلل لاكتساح الجهاز من الخامس-1 إلى + 1 V للحصول على ال14،منحنى كثافة التيار-الجهد (ي-ت)15.

5-وصف تقنيات

  1. نفذ قيس حيود الأشعة السينية16 مع مصدر Cu Kα لدراسة هياكل "شمالي البحر الأحمر أكسيد الزنك"، على البذور محببة الآزو والطبقة أكسيد الزنك سول-جل معالجة البذور. ينبغي أن تكون سرعة المسح الضوئي 1 °/دقيقة، وينبغي أن يكون نطاق المسح 10-90 ° (2θ).
  2. تميز مورفولوجيا السطحية وصورة مقطعية للعينات من الانبعاثات ميدان المسح الضوئي المجهر الإلكتروني17 بتعيين الجهد التشغيل في 10 كيلوفولت.
  3. الحصول على فوتولومينيسسينسي الصغير الأطياف (رر) لجميع العينات باستخدام ليزر أنه مؤتمر نزع السلاح "الأسلحة الكيميائية" شمال البحر الأبيض المتوسط 325 (20 ميغاواط) كمصدر الإثارة مع 2,400 مقضب الأخاديد/مم في الهندسة باكسكاتيرينج. ينبغي إجراء قياسات اللبل18 في درجة حرارة الغرفة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

هيكل الطبقات من الأجهزة التي تتألف من الركازة/الآزو إيتو (40 نانومتر)/طبقة "أكسيد الزنك شمالي البحر الأحمر"، SMPV1:PC71BM (80 نانومتر)/مو3 (5 نانومتر)/Ag (150 nm) كما هو مبين في الشكل 1. بشكل عام، يستخدم على نطاق واسع طبقة البذور الآزوت أو أكسيد الزنك لتعمل كطبقة النقل الإلكترون (ETL) في الأجهزة الأمنية الخاصة. وبصرف النظر عن PSCs، SM-خفر السواحل وعادة ما يكون أقصر طبقة نشطة، محدودة بنشر أقصر طول8. ومن ثم، لزيادة تحسين قدرة الأجهزة حصاد الضوء، طبقة "أكسيد الزنك شمالي البحر الأحمر" هو عرض لزراعتها على طبقة البذور، للعمل كطبقة مضاد لانعكاس لتعزيز جمع ضوء الحادث، وزيادة مساحة الواجهة للناقل جمع في نفس الوقت12،14.

مورفولوجيا السطحية وخشونة طبقة البذور لها تأثير كبير على اتجاه صفائف NR. الشكل 2 ألف و الشكل 2b أريافم الصور طبقة البذور استناداً إلى أسلوب اﻷخرق وأسلوب سول-جيل، على التوالي. مورفولوجية سطح طبقة سول-جل معالجة البذور يمكن خشونة أعلى المعرض شهدت ليس فقط، بل أيضا تشكل نمطاً ريدج طبيعية. نتيجة لذلك سوف يكون اتجاه صفائف NR نمت على طبقة سول-جل معالجة أخشن كثيرا من الطبقات التي تزرع باستخدام تقنية اﻷخرق. إظهار ج الشكل 2 و الشكل 2d المسح الإلكتروني المجهري الصور (SEM) صفائف NR نمت في بذور محببة والطبقة في سول-جل معالجة البذور على التوالي. ومن الواضح أن يمكن ملاحظة اتجاه صفائف NR نمت على طبقة الآزو محببة لتكون أفضل من تلك التي نمت على طبقة أكسيد الزنك سول-جل معالجتها.

بالإضافة إلى الصور ووزارة شؤون المرأة، وكذلك تقدير اتجاه صفائف NR، يستخدم التحليل زرد (الشكل 3) لتحديد اتجاه وبلورة صفائف NR. بالمقارنة مع الأطياف زرد من شمالي البحر الأحمر نمت على طبقة سول-جل معالجة بذور، إظهار أطياف صفائف NR استناداً إلى طبقة بذور محببة ذروة أقوى نسبيا في 34.5 °، مما يشير إلى أن الاتجاه ليس فقط، بل أيضا بلورة NR أكسيد الزنك صفائف أنا s أفضل على طبقة محببة من على طبقة عملية سول-جيل.

فضلا عن قياس زرد طبقة البذور، كما يتم قياس الأطياف μ-رر من شمالي البحر الأحمر. ويبين الشكل 4 الأطياف رر صفائف NR مع أساليب الترسيب المختلفة. ذروة الانبعاث في 385 nm تنبع من جزئ اكسسيتونيك19. من ناحية أخرى، يأتي الأخضر انبعاثات الأطياف من الأكسجين الشواغر (عيوب جوهرية)، مرة أخرى مما يعني أن جودة الفيلم طبقة محببة أفضل من نوعية الأفلام التي شكلت بواسطة الأسلوب سول-جيل. فإنه يمكن ملاحظة أن يظهر الأطياف رر من "شمالي البحر الأحمر" أكسيد الزنك في آزوتية محببة ذروة أضعف إلى حد كبير في 385 nm مقارنة "شمالي البحر الأحمر في أكسيد الزنك" في سول-جل أكسيد الزنك. هذا تبريد رر هامة تحدث في الصفيف NR أكسيد الزنك على طبقة البذور الآزو محببة، مما يعني أن الطبقة الآزو البذور يحتوي على أفضل أكسيتون الانفصال وتهمة الانفصال القدرة من ذلك طبقة البذور سول-جل أكسيد الزنك. وتكشف النتائج أن طبقة الآزوت/أكسيد الزنك "شمالي البحر الأحمر" يستند إلى عملية اﻷخرق يبدو طبقة نقل الإلكترون أفضل من أن يستند إلى عملية الحل.

يبين الشكل 5 ي-ت خصائص الأجهزة مع طبقة بذور أزو محببة وسول-جل معالجة أكسيد الزنك طبقة البذور. يمكن أن تستمد ي الحالية دائرة قصرsc، الدائرة المفتوحة الجهد Voc، فرنك فرنسي، و PCE منحنيات ي-V. معرض الأجهزة مع طبقة بذور محببة يsc 11.96 mA/سم2، Vقائد من 0.87 الخامس، وما يليها من 57.8 في المائة، و PCE 6.01%، وأفضل من سول-الجل معالجة الخلايا الشمسية مع يsc 10.01 mA/سم2، والخامسقائد من 0.88 الخامس ، وما يليها من 53.8%، و PCE 4.74%.

ويبين الجدول 1 أداء الأجهزة مع طبقات مختلفة من البذور. باستخدام طبقة البذور محببة، الانحياز جيدا "يتل NR أكسيد الزنك" ذات اتجاه أفقي ويمكن أن تشكل، ومما يمكن أن تعزز الامتصاص ليس فقط ولكن أيضا كفاءة جمع الناقل. كنتيجة لذلك، بالمقارنة مع الأجهزة سول-جل المجهزة، الأجهزة مع طبقة بذور محببة يحمل أعلى يsc (11.96 mA/سم2) والقيمة الأفضل فرنك فرنسي (57.8%)، كما هو مبين في الجدول 1.

Figure 1
رقم 1: رسم تخطيطي لهيكل الخلية الشمسية جزيء صغير مقلوب. هيكل الطبقات من الأجهزة التي تتألف من إيتو الركازة/الآزوت (40 نانومتر)/طبقة "أكسيد الزنك شمالي البحر الأحمر"، SMPV1:PC71BM (80 نانومتر)/مو3 (5 نانومتر)/Ag (150 nm). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2: صور فؤاد ووزارة شؤون المرأة من الصفيف أكسيد الزنك NR. صور فؤاد من الصفيف NR أكسيد الزنك المزروعة في () طبقة البذور الآزو محببة و (ب) سول-جل معالجة أكسيد الزنك طبقة البذور؛ وزارة شؤون المرأة أعلى-عرض الصور من الصفيف NR أكسيد الزنك المزروعة في (ج) طبقة البذور الآزو محببة و (د) سول-جل معالجة أكسيد الزنك طبقة البذور. ويمكن ملاحظة مورفولوجيا السطحية وخشونة طبقة "أكسيد الزنك شمالي البحر الأحمر" عبر الصور فؤاد ووزارة شؤون المرأة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3: الأطياف زرد من الصفيف أكسيد الزنك NR. نمط XRD صفيف NR أكسيد الزنك المزروعة في طبقة بذور أزو محببة وسول-جل معالجة أكسيد الزنك طبقة البذور. يمكن تحديد اتجاه وتبلور شمالي البحر الأحمر من الأطياف زرد. معارض الصفيف NR أكسيد الزنك المزروعة في طبقات مختلفة من البذور تقريبا نفس الاتجاه (002). قوة الذروة (002) لشمالي البحر الأحمر على طبقة البذور الآزو محببة أقوى من أن البذور في سول-جل معالجة أكسيد الزنك طبقة، تكشف عن أن يسلك "أكسيد الزنك شمالي البحر الأحمر" على طبقة البذور الآزو محببة أفضل اتجاه عمودي على المحور (002). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4: الأطياف رر من الآزوت وأكسيد الزنك طبقة البذور. الأطياف رر طبقة بذور أزو محببة وسول-جل معالجة أكسيد الزنك طبقة بذور. يمكن تقييم العيوب وقدرة أكسيتون الانفصال شمالي البحر الأحمر من الأطياف رر. ذروة الانبعاث في 385 nm تنبع من جزئ اكسسيتونيك وانبعاث الأطياف الأخضر يأتي من الشواغر الأكسجين في الصفيف NR أكسيد الزنك. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الرقم 5: منحنى ي-V من الأجهزة مع طبقات مختلفة من البذور. خصائص الأجهزة تحت الإضاءة مع طبقة بذور أزو محببة وسول-جل ي-V معالجة أكسيد الزنك طبقة البذور. أداء الخلايا الشمسية يمكن أن يستمد من منحنيات ي-V14. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

أجهزة Vقائد (V) يsc (mA/سم2) فرنك فرنسي (%) PCE(%)
اﻷخرق البذور طبقة 0.87 11.96 57.8 6.01
سول--جل معالجة البذور طبقة 0.88 10.01 53.8 4.74

الجدول 1: أداء الأجهزة مع طبقات مختلفة من البذور. ملخص لأداء الأجهزة المستمدة من منحنيات J-V بما في ذلك دائرة كهربائية قصيرة الحالية، فتح فولطية الدورة وعامل التعبئة وكفاءة تحويل الطاقة

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

باستخدام إينتيرلايير شمالي البحر الأحمر، يمكن تحسين ياتفاقية استكهولم وما يليها من الأجهزة. ومع ذلك، ستؤثر خشونة السطح من شمالي البحر الأحمر أيضا في العمليات اللاحقة. وهكذا، ينبغي أن التلاعب التوجه ومورفولوجية السطح شمالي البحر الأحمر بعناية. لفترة طويلة، معالجة سول-الهلام يتل مثل TiO2 وأكسيد الزنك كانت تستخدم عادة في PSCs بسبب إجراءاتها بسيطة. ومع ذلك، تبلور طبقات سول-جل معالجة عادة من النوع غير متبلور، ومورفولوجية الطبقات السطحية الخام في معظم الحالات. ومن ثم، في هذه الدراسة، التحكم بدقة في جودة الفيلم طبقة البذور، وطبقة البذور محببة قد اختير ليحل محل الطبقة سول-جل معالجة البذور. كما تظهر "شمالي البحر الأحمر أكسيد الزنك" المزروعة في طبقة البذور الآزو محببة أفضل المحاذاة العمودية، التي تعود بالنفع للعمليات اللاحقة. لوحظ أن في نهاية عملية النمو شمالي البحر الأحمر، المذيب السلائف المتبقية في شمالي البحر الأحمر يحتاج إلى إزالة، وهكذا يلزم العينة تكون خبز على صفيحة لضمان المذيبات المتبقية يجف تماما. وعلاوة على ذلك، لتجنب تأثير انلينغ تغيير مورفولوجية السطح، يتم تعيين درجة حرارة التجفيف عند 250 درجة مئوية، وأقل درجة حرارة البلورة أكسيد الزنك.

بشكل عام، يهيمن على طبقة النقل من أجهزة شلل الأطفال الفموي الناقل جمع ونقل الخلايا الشمسية. كنتيجة لذلك، تحسين تنقل طبقات النقل هي حرجة للغاية9. خلافا للفيلم سول-جل معالجتها، بتعديل الطاقة الترددات اللاسلكية، ودرجة حرارة الترسيب، والمنشطات تركيز الهدف الآزو، الفيلم طبقة البذور الآزو محببة يمكن صيانة تبلور عالية وتنقل الإلكترون عالية.

حتى في ظل مختلف البيئات أو الظروف لعملية تصنيع هذا، من السهل لا يزال تكرار نتائج التجربة. ما دام كذلك يتم التحكم في جودة الفيلم طبقة البذور، يمكن الحصول الصفيف NR أكسيد الزنك ذات اتجاه أفقي الانحياز جيدا بسهولة.

على الرغم من أن يظهر الصفيف NR أكسيد الزنك إمكانات كبيرة تعمل بوصفها يتل في خفر السواحل، ورقة المقاومة من الصفيف NR أكسيد الزنك لا يزال مرتفعا. ومن ثم، لا يمكن استبدال إيتو في صفائف NR أكسيد الزنك وتحتاج إلى أن تكون متوافقة مع إيتو أو غيرها من أقطاب شفافة خلال التطبيقات.

خلاف سير يتل في SM-خفر السواحل، صفائف NR أكسيد الزنك ذات اتجاه أفقي الانحياز جيدا أيضا العمل كطبقة مضاد لانعكاس في عضوية أدى (لقد اخترت) زيادة الانبعاثات الخفيفة20. وعلاوة على ذلك، لتطبيقات الإضاءة، وأنها يمكن أن تعمل كجهة مانحة لإعادة تجميع مع ثقوب ينبعث الضوء طول موجي محدد21. ونتيجة لذلك، نحن نعتقد أن جودة عالية نفث الآزو الفيلم ومحاذاتها جيدا صفائف NR أكسيد الزنك ذات اتجاه أفقي سوف تلعب دوراً هاما في صناعة الإلكترونيات الضوئية في المستقبل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب يعلن أن لديهم لا تضارب المصالح المالية.

Acknowledgments

الكتاب أود أن أشكر "مجلس العلم الوطني للصين" للدعم المالي لهذا البحث تحت "رقم العقد" معظم 106-2221-ه-239-035، ومعظم 106-2119-M-033-00.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
AZO target Ultimate Materials Technology Co., Ltd. none AZO (2 wt% Al2O3 in ZnO) , 3”ψx 3mmt
+ 3mmt Cu B/P + Bonding
SMPV1 Luminescence Technology Corp. 1651168-29-4 2,6-Bis[2,5-bis(3-octylrhodanine)-(3,3-dioctyl-2,2':5,2''-terthiophene)]-4,8-bis((5-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene
RF sputtering system Kao Duen Technology Co., Ltd none http://www.kaoduen.com.tw/index.php?action=product
Zinc Acetate Dihydrate J. T. Baker 5970456 4.39 g
Monoethanolamine J. T. Baker 141435 1.22 g
2-methoxyethanol Sigma-Aldrich 109864 40 mL
Zinc Nitrate Hexahydrate J. T. Baker 10196186 1.49 g
Hexamethylenetetramine Sigma-Aldrich 100-97-0 0.7 g
Indium tin oxide (ITO) RiTdisplay none coated glass substrates (<10 Ω sq–1)
AFM Veeco Innova SPM
SEM FEI Nova 200 NanoSEM operation voltage: 10 kV
XRD Bruker D8 X-ray diffractometer 2θ range: 10–90 °; step size: 0.008 °
PL Horiba Jobin-Yvon HR800 excitation source: 325 nm UV Laser 20 mW
solar simulator Newport 91192A AM 1.5G
Precision Semiconductor Parameter Analyzer Keysight Technologies Agilent 4156C sweep from -1 to +1 V
toluene Sigma-Aldrich 108-88-3 1 mL
PC71BM Sigma-Aldrich 609771-63-3 11.25 mg
Thermal evaporation system Kao Duen Technology Co., Ltd Kao Duen PVD System http://www.kaoduen.com.tw/index.php?action=product
HCl Sigma-Aldrich 7647-01-0
MoO3 Alfa Aesar 1313-27-5 99.50%
silver ingot ADMAT Inc. none 100.00%
Thin Film Deposition Controller INFICON XTC
anti-corrosion tape (Polyimide Film) 3M Taiwan Corporation none http://solutions.3m.com.tw/wps/portal/3M/zh_TW/InsulatingTape/home/product/Polyimide/
spin-coater Chemat Technology, Inc KW-4A http://www.chemat.com/chematscientific/KW-4A.aspx

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Dou, L., et al. Tandem polymer solar cells featuring a spectrally matched low-bandgap polymer. Nat. Photonics. 6 (3), 180-185 (2012).
  2. You, J., et al. Metal Oxide Nanoparticles as an Electron-Transport Layer in High Performance and Stable Inverted Polymer Solar Cells. Adv. Mater. 24 (38), 5267-5272 (2012).
  3. Dou, L., et al. Systematic Investigation of Benzodithiophene- and Diketopyrrolopyrrole-Based Low-Bandgap Polymers Designed for Single Junction and Tandem Polymer Solar Cells. J. Am. Chem. Soc. 134 (24), 10071-10079 (2012).
  4. Li, G., Zhu, R., Yang, Y. Polymer solar cells. Nat. Photonics. 6 (3), 153-161 (2012).
  5. You, J., et al. A polymer tandem solar cell with 10.6% power conversion efficiency. Nat. Commun. 4, 1446 (2013).
  6. Chen, J. D., et al. Single-Junction Polymer Solar Cells Exceeding 10% Power Conversion Efficiency. Adv. Mater. 27 (6), 1035-1041 (2015).
  7. Zhang, H., et al. Developing high-performance small molecule organic solar cells via a large planar structure and an electron-withdrawing central unit. Chem. Commun. 53, 451-454 (2017).
  8. Zhou, H., et al. Conductive Conjugated Polyelectrolyte as Hole-Transporting Layer for Organic Bulk Heterojunction Solar Cells. Adv. Mater. 26 (5), 780-785 (2014).
  9. Lin, M. Y., et al. Enhance the light-harvesting capability of the ITO-free inverted small molecule solar cell by ZnO nanorods. Opt. Express. 24 (16), 17910-17915 (2016).
  10. Liu, Y., et al. Solution-processed small-molecule solar cells: breaking the 10% power conversion efficiency. Sci. Rep. 3, 3356 (2013).
  11. Farahat, M. E., et al. Toward environmentally compatible molecular solar cells processed from halogen-free solvents. J. Mater. Chem. A Mater. Energy Sustain. 4 (19), 7341-7351 (2016).
  12. Lin, M. Y., et al. Plasmonic ITO-free polymer solar cell. Opt. Express. 22 (S2), A438-A445 (2014).
  13. Donato, A., et al. RF sputtered ZnO-ITO films for high temperature CO sensors. Thin Solid Films. 517 (22), 6184-6187 (2009).
  14. Lin, M. Y., et al. Sol-gel processed CuOx thin film as an anode interlayer for inverted polymer solar cells. Org. Electron. 11 (11), 1828-1834 (2010).
  15. Vandewal, K., et al. On the origin of the open-circuit voltage of polymer-fullerene solar cells. Nat. Mater. 8, 904-909 (2009).
  16. Sharma, R., et al. X-ray diffraction: a powerful method of characterizing nanomaterials. Recent Research in Science and Technology. 4 (8), 77-79 (2012).
  17. Huggett, J. M., Shaw, H. F. Field emission scanning electron microscopy a high-resolution technique for the study of clay minerals in sediments. Clay Miner. 32, 197-203 (1997).
  18. Lou, S., et al. Laser beam homogenizing system design for photoluminescence. Appl. Opt. 53 (21), 4637-4644 (2014).
  19. Huang, J. S., Lin, C. F. Influences of ZnO sol-gel thin film characteristics on ZnO nanowire arrays prepared at low temperature using all solution-based processing. J. Appl. Phys. 103, 014304 (2008).
  20. Leung, S. F., et al. Light Management with Nanostructures for Optoelectronic Devices. J. Phys. Chem. Lett. 5, 1479-1495 (2014).
  21. Lee, C. Y., et al. White-light electroluminescence from ZnO nanorods/polyfluorene by solution-based growth. Nanotechology. 20 (42), (2009).

Tags

الهندسة، العدد 134، أكسيد الزنك نانورود صفائف، الآزوت، أكسيد الزنك، جزيء صغير، والخلايا الشمسية مقلوب، سول-جل، أضاف
جيدا تمت محاذاته رأسياً الموجهة لأكسيد الزنك نانورود صفائف وتطبيقها في "مقلوب الصغيرة جزيء الخلايا الشمسية"
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lin, M. Y., Wu, S. H., Hsiao, L. J., … More

Lin, M. Y., Wu, S. H., Hsiao, L. J., Budiawan, W., Chen, S. L., Tu, W. C., Lee, C. Y., Chang, Y. C., Chu, C. W. Well-aligned Vertically Oriented ZnO Nanorod Arrays and their Application in Inverted Small Molecule Solar Cells. J. Vis. Exp. (134), e56149, doi:10.3791/56149 (2018).

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