에 Ti-알콕사이드와 반도체 성 고분자를 기반으로 어느 정도의 인쇄 가능한 유기 - 무기 대량 이종 접합 태양 전지에 대한 형태 제어

이 실험의 전반적인 목표는 부피가 큰 티타늄 알콕시드를 형태 제어 전자 수용체로 사용하여 완전히 인쇄 가능하고 풀러렌이 없는 벌크 이종접합 태양 전지를 제조하는 것입니다. 이 방법은 유기-무기 하이브리드 벌크 이종접합 태양전지의 광활성층의 상분리 구조를 제어하는 것에 대한 벌크 이종접합 태양전지 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 기존 용매 방법의 용해도 제한 없이 부피가 큰 분자로 자기 조직화를 방해하여 상 분리 구조를 제어한다는 것입니다.

이 기술의 의미는 하전 분리 및 하전 전달이 항상 활성층에서 발생하기 때문에 더 높은 전체 태양 전지 효율을 얻는 것으로 확장됩니다. 따라서 이 방법은 PFO-DVT 전자 공여체 시스템에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 또한 P3HT 또는 PTV7과 같은 반도체 폴리머와 함께 작동할 수 있습니다.

절차를 시작하려면 유리 커터를 사용하여 1.1mm 두께의 ITO 유리 기판을 2cm x 2cm 정사각형으로 자릅니다. 디지털 멀티미터로 각 사각형의 전도성 면을 식별합니다. 각 사각형의 전도성 면을 두 개의 마스킹 테이프 스트립으로 덮고 중앙에 2mm x 2cm 영역을 노출시킵니다.

1몰 염산 몇 방울을 각 사각형의 노출된 전도성 영역에 놓습니다. 사각형을 3분 동안 그대로 두어 전도층에 스트라이프를 에칭합니다. 그런 다음 면봉으로 염산을 닦아내고 마스킹 테이프를 제거합니다.

사각형을 유리 용기에 넣고 용기에 탈 이온수를 채 웁니다. 용기를 초음파 세척기 수조에 넣으십시오. 초음파 세척기를 42킬로헤르츠에서 15분 동안 작동시킵니다.

그런 다음 아세톤과 이소프로판올로 사각형을 각각 15분 동안 청소합니다. 건조한 공기의 흐름으로 사각형을 말리십시오. 그런 다음 자외선 오존 세정제로 30분 동안 마른 사각형을 청소합니다.

전구체 용액을 준비하기 위해 0.5mg의 PFO-DBT와 1.0mg의 선택한 티타늄 알콕사이드를 1ml의 클로로벤젠에 용해시킵니다. 바이알을 알루미늄 호일로 싸서 빛을 차단합니다. 700RPM으로 교반하면서 전구체 혼합물을 섭씨 70도까지 가열합니다.

그 온도에서 약 20분 동안 혼합물을 저어줍니다. 용액이 투명해지면 실온으로 식히십시오. 참조 표준으로 0.5mg의 PFO-DBT와 1.0mg의 60-PCBM을 1ml의 클로로벤젠에 용해시킵니다.

precursors와 동일한 조건에서 reference standard를 가열, 교반 및 냉각합니다. 스핀 코팅을 준비하려면 700RPM으로 10분 동안 교반하면서 섭씨 70도의 핫 플레이트에서 전구체 또는 참조 용액을 예열합니다. 세라믹 핫 플레이트에서 에칭된 ITO 유리 기판 사각형을 70도에서 5분 동안 가열합니다.

그런 다음 데워진 ITO 유리 사각형을 스핀 코터 진공 스테이지 중앙에 놓습니다. 히트 건으로 이 사각형을 70도로 다시 가열한 다음 진공 펌프를 켜서 사각형을 제자리에 고정합니다. 0.5ml의 따뜻한 전구체 또는 기준 용액을 1ml 주사기에 넣고 즉시 용액을 사각형에 놓습니다.

그런 다음 스핀 코터를 2, 000에서 6, 000 RPM으로 공중에서 60 초 동안 실행하여 50 나노 미터 두께의 필름을 만듭니다. 빛이 없는 실온에서 표면을 10분 동안 건조시킵니다. 그런 다음 클로로벤젠을 적신 면봉을 사용하여 과도한 광활성 물질을 제거합니다.

동일한 조건에서 표면을 다시 건조시킵니다. 상 분리 구조를 분석하려면 여기에서 준비를 중지하고 광학 또는 주사 전자 현미경을 사용하여 광활성층의 이미지를 얻습니다. 광활성 물질로 코팅된 ITO 유리 사각형에 유기 전극을 인쇄하려면 50마이크로미터 두께의 금속 마스크가 있는 스크린 프린터를 사용하여 사각형 표면에 5mm x 20mm 직사각형의 PDOT-PSS를 인쇄합니다.

전극을 빛이 없는 실온의 공기 중에서 30분 동안 건조시킵니다. 그런 다음 다이아몬드 커터로 1.5cm x 2.5cm 두께의 1.2mm 유리 기판 조각을 잘라냅니다. 플라스틱 주걱으로 유리 조각에 에폭시 수지를 펴 바릅니다.

유리 에폭시 면이 아래로 향하게 하여 샘플 표면의 한쪽 면이 노출되도록 샘플에 놓습니다. 지지 전극을 아세톤과 면봉으로 청소합니다. 초음파 납땜 인두를 사용하여 지지 전극을 사각형의 나머지 노출된 표면에 납땜합니다.

태양열 시뮬레이터로 셀의 전류 전압 특성을 측정합니다. 테스트할 각 알콕사이드 티타늄과 PFO-DBT에 대해 이 절차를 반복합니다. 유기-무기 벌크 이종접합 태양전지는 4개의 서로 다른 티타늄 알콕사이드를 전자 수용체로 사용하여 제조되었습니다.

전류 전압 특성은 알콕사이드 특성에 의해 크게 영향을 받았는데, 이는 광활성층의 상 분리 구조의 차이에 기인합니다. 티타늄 4 이소 프로폭 사이드, 에톡 시드 및 부톡 사이드를 사용한 셀의 단락 전류 밀도는 부톡 사이드 폴리머를 사용한 셀의 단락 전류 밀도보다 훨씬 높았습니다. 광활성층의 주사 전자 현미경은 티타늄, 4개의 에톡사이드 및 이소프로폭사이드 전지에 대해 허용 가능한 상 분리 구조를 보여주었습니다.

티타늄 4 개의 부톡 시드 셀은 다소 더 나쁜 상 분리를 보였는데, 이는 부톡 사이드의 부피에 기인합니다. 티타늄 4 부산화물 중합체의 훨씬 더 큰 부피는 최적의 상 분리를 금지하여 광활성층에서 전하 생성이 불량했습니다. 각 개발 후 이 기술은 유기-무기 하이브리드 태양 전지 분야의 연구자들이 고효율 광활성층을 위한 다양한 재료의 조합을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.