בקרת מורפולוגיה עבור תאים סולריים מילוי heterojunction אורגני-אורגניים להדפסה מלא מבוסס על מולקולה פולימרית Ti-alkoxide ו מוליכים למחצה

המטרה הכוללת של ניסיון זה היא לייצר תאים סולאריים הטרו-צומת בתפזורת הניתנים להדפסה מלאה, ללא פולרן, תוך שימוש באלקוקסידים טיטניום מגושמים כמקבלי אלקטרונים השולטים במורפולוגיה. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום התאים הסולאריים ההטרו-צומת בתפזורת לגבי שליטה במבנה הפרדת הפאזה של השכבה הפוטו-אקטיבית של תאים סולאריים הטרו-צומת היברידיים אורגניים-אנאורגניים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא שולטת במבנה הפרדת הפאזה על ידי עיכוב ארגון עצמי עם מולקולות מגושמות ללא מגבלות המסיסות של שיטת הממס הקונבנציונלית.

ההשלכות של טכניקה זו משתרעות על השגת יעילות תאים סולאריים כוללת גבוהה יותר מכיוון שהפרדות טעונות והעברת מטען מתרחשות תמיד בשכבה הפעילה. לכן, שיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי מערכת תורמי האלקטרונים PFO-DVT. ניתן להפעיל אותו גם עם פולימרים מוליכים למחצה כגון P3HT או PTV7.

כדי להתחיל בהליך, בעזרת חותך זכוכית, חותכים מצע זכוכית ITO בעובי 1.1 מילימטר לריבועים של שני סנטימטר על שני סנטימטרים. זהה את הצד המוליך של כל ריבוע בעזרת מולטימטר דיגיטלי. מכסים את הצד המוליך של כל ריבוע בשתי רצועות נייר דבק, ומשאירים שטח של שני מילימטר על שני סנטימטרים חשוף במרכז.

הניחו כמה טיפות של חומצה הידרוכלורית חד-טוחנת על האזור החשוף והמוליך של כל ריבוע. הניחו לריבועים לשבת במשך שלוש דקות כדי לחרוט פס בשכבה המוליכה. לאחר מכן, נגב את החומצה ההידרוכלורית עם החלפת כותנה, והסר את נייר הדבק.

מניחים את הריבועים בכלי זכוכית, וממלאים את המיכל במים נטולי יונים. הנח את המיכל באמבט מים נקי קולי. הפעל את המנקה האולטראסוני במהירות של 42 קילו-הרץ למשך 15 דקות.

לאחר מכן, נקו את הריבועים באצטון ואיזופרופנול למשך 15 דקות כל אחד. יבש את הריבועים תחת זרם אוויר יבש. לאחר מכן, נקו את הריבועים היבשים במנקה אוזון אולטרה סגול למשך 30 דקות.

להכנת תמיסות המבשר, ממיסים 0.5 מיליגרם של PFO-DBT ו -1.0 מיליגרם של טיטניום אלקוקסיד הנבחר במיליליטר אחד של כלורובנזן. עטפו את הבקבוקון בנייר אלומיניום כדי לא לכלול אור. מחממים את תערובת הפרקורסור ל-70 מעלות צלזיוס תוך ערבוב בחום של 700 סל"ד.

מערבבים את התערובת בטמפרטורה זו כ -20 דקות. לאחר שהתמיסה נראית צלולה, הניחו לה להתקרר לטמפרטורת החדר. ממיסים 0.5 מיליגרם של PFO-DBT ו-1.0 מיליגרם של 60-PCBM במיליליטר אחד של כלורבנזן כתקן ייחוס.

מחממים, מערבבים ומקררים את תקן הייחוס באותם תנאים כמו המבשרים. כדי להתכונן לציפוי ספין, מחממים מראש את המבשר או תמיסת הייחוס על פלטה חמה בחום של 70 מעלות צלזיוס תוך ערבוב ב-700 סל"ד למשך 10 דקות. מחממים ריבוע של מצע זכוכית ITO חרוט על פלטה קרמית בחום של 70 מעלות למשך חמש דקות.

לאחר מכן, הנח את ריבוע הזכוכית המחומם של ITO במרכז שלב הוואקום של ציפוי הספין. מחממים את הריבוע הזה ל 70 מעלות בעזרת אקדח חום, ואז הפעל את משאבת הוואקום כדי לתקן את הריבוע במקומו. צייר 0.5 מיליליטר של מבשר חם או תמיסת ייחוס למזרק מיליליטר אחד, והניח מיד את התמיסה על הריבוע.

לאחר מכן, הפעל את ציפוי הסיבוב במהירות של 2,000 עד 6,000 סל"ד למשך 60 שניות באוויר כדי ליצור סרט בעובי 50 ננומטר. הניחו למשטח להתייבש במשך 10 דקות בטמפרטורת החדר בהיעדר אור. לאחר מכן, השתמש בצמר גפן, רטוב בכלורובנזן, כדי להסיר עודפי חומר פוטו-אקטיבי.

יבש את המשטח שוב באותם תנאים. כדי לנתח את מבנה הפרדת הפאזה, עצור את ההכנה כאן, והשתמש במיקרוסקופ אלקטרונים אופטי או סורק כדי לקבל תמונות של השכבה הפוטו-אקטיבית. כדי להדפיס אלקטרודה אורגנית על ריבוע זכוכית ITO מצופה בחומר פוטו-אקטיבי, השתמש במדפסת מסך עם מסיכת מתכת בעובי 50 מיקרומטר כדי להדפיס מלבן של חמישה מילימטר על 20 מילימטר של PDOT-PSS על פני הריבוע.

הניחו לאלקטרודה להתייבש במשך 30 דקות באוויר בטמפרטורת החדר בהיעדר אור. לאחר מכן, גזרו חתיכה בגודל 1.5 ס"מ על 2.5 ס"מ של מצע זכוכית בעובי 1.2 מילימטר בעזרת חותך יהלומים. מורחים שרף אפוקסי על חתיכת הזכוכית בעזרת מרית פלסטיק.

הנח את צד אפוקסי הזכוכית כלפי מטה על הדגימה, והשאיר צד אחד של משטח הדגימה חשוף. נקה את האלקטרודות התומכות בעזרת אצטון וצמר גפן. השתמש במלחם קולי כדי להלחם את האלקטרודות התומכות על המשטח החשוף שנותר של הריבוע.

מדוד את מאפייני מתח הזרם של התא באמצעות סימולטור סולארי. חזור על הליך זה עבור כל אלקוקסיד טיטניום לבדיקה ועבור PFO-DBT כהפניה. תאים סולאריים הטרו-צומת בתפזורת אורגנית-אנאורגנית יוצרו באמצעות ארבעה אלקוקסידים שונים מטיטניום כמקבלי אלקטרונים.

מאפייני מתח הזרם הושפעו באופן משמעותי מתכונות האלקוקסיד, אשר יוחסו להבדלים במבנה הפרדת הפאזה של השכבה הפוטו-אקטיבית. צפיפות זרם הקצר של התאים המשתמשים בטיטניום ארבע איזופרופוקסיד, אתוקסיד ובוטוקסיד הייתה גבוהה בהרבה מזו של התא באמצעות פולימר בוטוקסיד. מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של השכבות הפוטו-אקטיביות הראה מבני הפרדת פאזה מקובלים עבור תאי טיטניום ארבע אתוקסיד ואיזופרופוקסיד.

תא הטיטניום ארבע בוטוקסיד הראה הפרדת פאזה מעט גרועה יותר, אשר יוחסה לנפח של הבוטוקסיד. החלק הארי עוד יותר של פולימר הטיטניום ארבע בוטוקסיד היה מונע הפרדת פאזה אופטימלית, וכתוצאה מכך ייצור מטען גרוע בשכבה הפוטו-אקטיבית. לאחר כל פיתוח, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום התאים הסולאריים ההיברידיים האורגניים-אנאורגניים לחקור את השילובים של חומרים שונים לשכבות פוטו-אקטיביות יעילות ביותר.