Dit protocol beschrijft de synthese en afzetting van oplossing anorganische nanokristallen laag voor laag op dunne film elektronica op niet-geleidende oppervlakken te produceren. Solvent-gestabiliseerde inkten kunnen volledige fotovoltaïsche apparaten op glassubstraten via spin en neveldeklaag volgende post-depositie ligand uitwisseling en sinteren produceren.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Fabricage van Fully Solution Verwerkte Anorganische Nanocrystal Fotovoltaïsche apparaten
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
We tonen een werkwijze voor de bereiding van oplossing volledig verwerkte anorganische zonnecellen van een spin en spray coating opbrengsten van nanokristal inkten. Voor de foto-actieve absorberende laag, colloïdale CdTe en CdSe nanokristallen (3-5 nm) worden gesynthetiseerd met behulp van een inert hot injectietechniek en gereinigd met neerslag om overtollig uitgangspunt reagentia te verwijderen. Ook gold nanokristallen (3-5 nm) gesynthetiseerd onder omgevingsomstandigheden en opgelost in organische oplosmiddelen. Daarnaast worden voorloperoplossingen transparante geleidende indium tin oxide (ITO) films bereid uit oplossingen van indium en tin zouten gecombineerd met een reactief oxidatiemiddel. Laag-voor-laag worden deze oplossingen aangebracht op een glazen substraat na annealing (200-400 ° C) om het nanokristal zonnecel (glas / ITO / CdSe / CdTe / Au) bouwen. Pre-gloeien ligand uitwisseling is nodig voor CdSe en CdTe nanokristallen, waar films worden gedoopt in NH 4 Cl: methanol aan lange-keten inheemse liga vervangennds met kleine anorganische Cl - anionen. NH4 Cl (s) bleek als katalysator voor de reactie sinteren (als niet-toxisch alternatief voor de conventionele CdCl2 (s) behandeling) leidt tot korrelgroei (136 ± 39 nm) tijdens het verwarmen. De dikte en ruwheid van de bereide folies worden gekarakteriseerd met SEM en optische profilometrie. FTIR gebruikt om de mate van ligand uitwisseling vóór sinteren bepalen en XRD wordt gebruikt om de kristalliniteit en de fase van elk materiaal te controleren. UV / Vis spectra vertonen een hoge zichtbaar lichttransmissie door de ITO-laag en een roodverschuiving van de absorptie van cadmium chalcogenide nanokristallen na thermisch gloeien. Stroom-voltage curves van de voltooide apparaten worden gemeten onder gesimuleerde één zon verlichting. is aangetoond dat kleine verschillen in depositie technieken en reagentia tijdens ligand uitwisseling een grote invloed op het apparaat eigenschappen hebben. Hier onderzoeken we de effecten van Chemical (sinteren en ligand uitwisseling agenten) en fysieke behandelingen (oplossing concentratie spray druk, gloeien tijd en gloeien temperatuur) op fotovoltaïsche prestaties van het apparaat.
Inleiding
Vanwege hun unieke nieuwe eigenschappen hebben anorganische nanokristal inkten toepassingen in uiteenlopende elektronische apparatuur, zoals fotovoltaïsche 1 gevonden -. 6 light emitting diodes, 7, 8 condensatoren 9 en transistors 10 Dit komt door de combinatie van de uitstekende elektronische en optische eigenschappen van anorganische materialen en hun oplossing compatibiliteit op de nanoschaal. Bulk anorganische materialen zijn meestal niet oplosbaar en zijn dus beperkt tot hoge temperatuur, lage druk vacuüm depositie. Echter, bij bereiding op nanoschaal met een organisch ligand....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Let op: Raadpleeg alle relevante gegevens materialen veiligheidsinformatiebladen (VIB) voor gebruik. Veel van de precursor en -producten gevaarlijk en kankerverwekkend. Speciale aandacht moet worden gericht aan nanomaterialen te wijten aan unieke bezorgdheid over de veiligheid die zich voordoen in vergelijking met hun bulk tegenhangers. Een geschikte beschermende uitrusting moet tijdens deze procedure worden gedragen (veiligheidsbril, gezichtsbescherming, handschoenen, laboratoriumjas, lange broek en gesloten tenen schoenen) te allen tijde.
1. Synthese van Nanocrystal Precursor Inks
- CdSe en CdTe Inks 18,....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Small Angle X-ray diffractiepatronen worden gebruikt om de kristalliniteit en fase van de gegloeide nanokristal film (Figuur 1A) controleren. Als kristalliet grootte beneden 100 nm, hun kristaldiameter worden geschat met de Scherrer-vergelijking (Vgl. 1) en geverifieerd met Scanning Electron Microscopy (SEM), 
waarbij d de gemiddelde kristallietdiameter, K is de dimensieloze vormfactor van het materiaal, β is de .......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Kortom, dit protocol geeft richtlijnen voor de belangrijkste stappen die betrokken zijn bij het bouwen van een oplossing verwerkt elektronisch apparaat uit een spuit- of spin-coating depositie. Hier hebben we aandacht voor nieuwe methoden voor oplossing verwerking transparante geleidende indiumtinoxide (ITO) films op niet-geleidende glassubstraten. Na een gemakkelijke etsprocedure kunnen individuele elektroden worden gevormd voordat gesproeidroogde afzetten van de fotoactieve lagen. Met een laag-voor-laag techniek kunne.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Het Office of Naval Research (ONR) wordt dankbaar erkend voor de financiële ondersteuning. Een deel van dit werk werd uitgevoerd terwijl Professor Townsend een National Research Council (NRC) Postdoctoral Fellowship had bij het Naval Research Laboratory en is dankbaar voor interne steun van St. Mary's College of Maryland.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 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 |
Referenties
- Debnath, R., Bakr, O., Sargent, E. H. Solution-processed colloidal quantum dot photovoltaics: A perspective. Energy Environ. Sci. 4, 4870-4881 (2011).
- Tang, J., Sargent, E. H. Infrared Colloidal Quantum Dots for Photovoltaics: Fundamentals and Recent Progr....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
