Controllo Morfologia per Bulk-eterogiunzione completamente stampabili celle solari organiche-inorganici a base di un Ti-alcossido e semiconduttore Polymer

L'obiettivo generale di questo esperimento è quello di fabbricare celle solari a eterogiunzione di massa completamente stampabili e prive di fullerene utilizzando ingombranti alcossidi di titanio come accettori di elettroni che controllano la morfologia. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo delle celle solari a eterogiunzione di massa sul controllo della struttura di separazione di fase dello strato fotoattivo delle celle solari a eterogiunzione di massa ibride organiche-inorganiche. Il vantaggio principale di questa tecnica è che controlla la struttura di separazione di fase ostacolando l'auto-organizzazione con molecole voluminose senza i limiti di solubilità del metodo convenzionale a solvente.

Le implicazioni di questa tecnica si estendono all'ottenimento di una maggiore efficienza complessiva delle celle solari perché le separazioni cariche e il trasferimento di carica avvengono sempre nello strato attivo. Quindi, questo metodo può fornire informazioni sul sistema di donatori di elettroni PFO-DVT. Può anche essere utilizzato con polimeri semiconduttori come P3HT o PTV7.

Per iniziare la procedura, utilizzando un tagliavetro, tagliare un substrato di vetro ITO di 1,1 millimetri di spessore in quadrati di due centimetri per due centimetri. Identifica il lato conduttivo di ogni quadrato con un multimetro digitale. Copri il lato conduttivo di ogni quadrato con due strisce di nastro adesivo, lasciando un'area di due millimetri per due centimetri esposta al centro.

Metti alcune gocce di acido cloridrico monomolare sull'area esposta e conduttiva di ogni quadrato. Lasciare riposare i quadrati per tre minuti per incidere una striscia nello strato conduttivo. Quindi, rimuovere l'acido cloridrico con un batuffolo di cotone e rimuovere il nastro adesivo.

Metti i quadrati in un contenitore di vetro e riempi il contenitore con acqua deionizzata. Mettere il contenitore in un bagnomaria per pulitori ad ultrasuoni. Far funzionare il pulitore a ultrasuoni a 42 kilohertz per 15 minuti.

Quindi, pulire i quadrati con acetone e isopropanolo per 15 minuti ciascuno. Asciugare i quadrati sotto un getto d'aria secca. Quindi, pulisci i quadrati asciutti in un detergente all'ozono ultravioletto per 30 minuti.

Per preparare le soluzioni precursori, sciogliere 0,5 milligrammi di PFO-DBT e 1,0 milligrammi dell'alcossido di titanio scelto in un millilitro di clorobenzene. Avvolgere la fiala in un foglio di alluminio per escludere la luce. Scaldare la miscela di precursori a 70 gradi Celsius mescolando a 700 giri/min.

Mescolate il composto a quella temperatura per circa 20 minuti. Una volta che la soluzione appare limpida, lasciarla raffreddare a temperatura ambiente. Sciogliere 0,5 milligrammi di PFO-DBT e 1,0 milligrammi di 60-PCBM in un millilitro di clorobenzene come standard di riferimento.

Riscaldare, mescolare e raffreddare lo standard di riferimento nelle stesse condizioni dei precursori. Per prepararsi a una centrifuga, preriscaldare il precursore o la soluzione di riferimento su una piastra calda a 70 gradi Celsius mescolando a 700 giri/min per 10 minuti. Scaldare un quadrato di substrato di vetro ITO acidato su una piastra riscaldante in ceramica a 70 gradi per cinque minuti.

Quindi, posizionare il quadrato di vetro ITO riscaldato al centro del tavolino sottovuoto della centrifuga. Riscalda questo quadrato a 70 gradi con una pistola termica, quindi accendi la pompa del vuoto per fissare il quadrato in posizione. Aspirare 0,5 millilitri di precursore caldo o soluzione di riferimento in una siringa da un millilitro e posizionare immediatamente la soluzione sul quadrato.

Quindi, far funzionare la centrifuga a una velocità compresa tra 2.000 e 6.000 giri/min per 60 secondi in aria per creare una pellicola spessa 50 nanometri. Lasciare asciugare la superficie per 10 minuti a temperatura ambiente in assenza di luce. Quindi, utilizzare un batuffolo di cotone, inumidito con clorobenzene, per rimuovere il materiale fotoattivo in eccesso.

Asciugare nuovamente la superficie nelle stesse condizioni. Per analizzare la struttura di separazione di fase, interrompere qui la preparazione e utilizzare un microscopio ottico o elettronico a scansione per ottenere immagini dello strato fotoattivo. Per stampare un elettrodo organico su un quadrato di vetro ITO rivestito di materiale fotoattivo, utilizzare una serigrafia con una maschera metallica spessa 50 micrometri per stampare un rettangolo di PDOT-PSS di cinque millimetri per 20 millimetri sulla superficie del quadrato.

Lasciare asciugare l'elettrodo per 30 minuti all'aria a temperatura ambiente in assenza di luce. Quindi, ritaglia un pezzo di 1,5 centimetri per 2,5 centimetri di substrato di vetro spesso 1,2 millimetri con un taglierino diamantato. Stendere la resina epossidica sul pezzo di vetro con una spatola di plastica.

Posizionare il vetro con il lato epossidico rivolto verso il basso sul campione, lasciando esposto un lato della superficie del campione. Pulire gli elettrodi di supporto con acetone e un batuffolo di cotone. Utilizzare un saldatore a ultrasuoni per saldare gli elettrodi di supporto sulla superficie esposta rimanente del quadrato.

Misurare le caratteristiche di tensione attuale della cella con un simulatore solare. Ripetere questa procedura per ogni alcossido di titanio da testare e per il PFO-DBT come riferimento. Le celle solari a eterogiunzione organico-inorganico sono state fabbricate utilizzando quattro diversi alcossidi di titanio come accettori di elettroni.

Le caratteristiche della tensione di corrente sono state significativamente influenzate dalle proprietà dell'alcossido, che sono state attribuite a differenze nella struttura di separazione di fase dello strato fotoattivo. Le densità di corrente di cortocircuito delle celle che utilizzavano isopropossido, etossido e butossido di titanio quattro erano molto più alte di quelle della cella che utilizzava un polimero di butossido. La microscopia elettronica a scansione degli strati fotoattivi ha mostrato strutture di separazione di fase accettabili per le quattro celle di etossido e isopropossido in titanio.

La cella a quattro butossidi in titanio ha mostrato una separazione di fase leggermente peggiore, attribuita all'ingombro del butossido. La massa ancora maggiore del polimero di titanio quattro butossido era proibitiva per una separazione di fase ottimale, con conseguente scarsa generazione di carica nello strato fotoattivo. Dopo ogni sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo delle celle solari ibride organico-inorganiche per esplorare le combinazioni di vari materiali per strati fotoattivi altamente efficienti.