Контроль за Морфология Полностью Printable органо-неорганические Bulk-гетеропереходной солнечных батарей На основе Ti-алкогол и полупроводникового полимера

Общая цель этого эксперимента заключается в изготовлении полностью пригодных для печати, не содержащих фуллеренов объемных гетеропереходных солнечных батарей с использованием громоздких алкоксидов титана в качестве акцепторов электронов, контролирующих морфологию. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области объемных гетеропереходных солнечных элементов об управлении фазовой разделительной структурой фотоактивного слоя органо-неорганических гибридных объемных гетеропереходных солнечных элементов. Основное преимущество этого метода заключается в том, что он контролирует структуру фазового разделения, препятствуя самоорганизации с объемными молекулами без ограничений растворимости, характерных для традиционного метода с использованием растворителей.

Применение этого метода распространяется на получение более высокой общей эффективности солнечных элементов, поскольку разделение зарядов и перенос заряда всегда происходят в активном слое. Таким образом, этот метод может дать представление о донорной системе электронов PFO-DVT. Он также может работать с полупроводниковыми полимерами, такими как P3HT или PTV7.

Чтобы начать процедуру, с помощью стеклореза разрежьте стеклянную подложку ITO толщиной 1,1 миллиметра на квадраты размером два на два сантиметра. Определите проводящую сторону каждого квадрата с помощью цифрового мультиметра. Накройте проводящую сторону каждого квадрата двумя полосками малярного скотча, оставив в центре участок размером два на два сантиметра.

Нанесите несколько капель однокоренной соляной кислоты на открытую проводящую область каждого квадрата. Дайте квадратам постоять три минуты, чтобы протравить полосу в проводящем слое. Затем сотрите соляную кислоту ватной салфеткой, и снимите малярный скотч.

Поместите квадраты в стеклянную емкость, и наполните емкость деионизированной водой. Поместите емкость на ультразвуковую очистительную водяную баню. Запустите ультразвуковой очиститель с частотой 42 килогерц в течение 15 минут.

Затем очистите квадраты в ацетоне и изопропаноле по 15 минут каждый. Просушите квадраты под струей сухого воздуха. Затем очистите сухие квадраты в ультрафиолетовом озоновом очистителе на 30 минут.

Для приготовления растворов-прекурсоров в одном миллилитре хлорбензола растворить 0,5 миллиграмма PFO-DBT и 1,0 миллиграмма выбранного алкоксида титана. Заверните флакон в алюминиевую фольгу, чтобы исключить попадание света. Нагрейте смесь прекурсора до 70 градусов Цельсия, помешивая со скоростью 700 об/мин.

Помешивайте смесь при такой температуре около 20 минут. Как только раствор станет прозрачным, дайте ему остыть до комнатной температуры. Растворите 0,5 мг PFO-DBT и 1,0 мг 60-PCBM в одном миллилитре хлорбензола в качестве эталона.

Нагреть, перемешать и охладить эталон в тех же условиях, что и предшественники. Чтобы приготовить покрытие методом отжима, предварительно нагрейте прекурсор или эталонный раствор на горячей пластине при температуре 70 градусов Цельсия при перемешивании со скоростью 700 об/мин в течение 10 минут. Нагрейте квадрат травленой стеклянной подложки ITO на керамической конфорке при температуре 70 градусов в течение пяти минут.

Затем поместите нагретый стеклянный квадрат ITO в центр вакуумного столика для нанесения мер. Разогрейте этот квадрат до 70 градусов с помощью термофена, а затем включите вакуумный насос, чтобы зафиксировать квадрат на месте. Наберите 0,5 миллилитра теплого прекурсора или референсного раствора в одномиллилитровый шприц и сразу же поместите раствор на квадрат.

Затем запустите печь для нанесения покрытий на частоте от 2 000 до 6 000 об/мин в течение 60 секунд в воздухе, чтобы создать пленку толщиной 50 нанометров. Дайте поверхности высохнуть в течение 10 минут при комнатной температуре при отсутствии света. Затем с помощью ватного тампона, смоченного хлорбензолом, удалите излишки фотоактивного материала.

Снова просушите поверхность в тех же условиях. Чтобы проанализировать фазоразделительную структуру, на этом препарат следует остановить, а для получения изображений фотоактивного слоя использовать оптический или сканирующий электронный микроскоп. Чтобы напечатать органический электрод на стеклянном квадрате ITO, покрытом фотоактивными материалами, используйте трафаретный принтер с металлической маской толщиной 50 микрометров, чтобы напечатать прямоугольник PDOT-PSS размером пять на 20 миллиметров на поверхности квадрата.

Дайте электроду высохнуть в течение 30 минут на воздухе при комнатной температуре при отсутствии света. Затем вырежьте алмазным резцом кусок стекла толщиной 1,2 мм размером 1,5 на 2,5 сантиметра. Нанесите эпоксидную смолу на стеклянный кусок с помощью пластикового шпателя.

Положите стеклянную эпоксидную смолу на образец вниз, оставив одну сторону поверхности образца открытой. Очистите поддерживающие электроды ацетоном и ватным тампоном. С помощью ультразвукового паяльника припаяйте поддерживающие электроды к оставшейся открытой поверхности квадрата.

Измерьте текущие вольтовые характеристики ячейки с помощью имитатора солнечной энергии. Повторите эту процедуру для каждого испытуемого алкоксида титана и для PFO-DBT в качестве эталона. Органо-неорганические объемные гетеропереходные солнечные элементы были изготовлены с использованием четырех различных алкоксидов титана в качестве акцепторов электронов.

На характеристики напряжения тока существенно влияли свойства алкоксида, что объяснялось различиями в фазоразделительной структуре фотоактивного слоя. Плотность тока короткого замыкания в ячейках с использованием изопропоксида титана, этоксида и бутоксида была намного выше, чем в ячейке с использованием полимера бутоксида. Сканирующая электронная микроскопия фотоактивных слоев показала приемлемые структуры фазового разделения для четырех элементов этоксида титана и изопропоксида.

Ячейка из четырех бутоксидов титана показала несколько худшее разделение фаз, что было связано с громоздкостью бутоксида. Еще большая масса полимера из четырех бутоксидов титана была недоступна для оптимального разделения фаз, что приводило к плохой генерации заряда в фотоактивном слое. После каждой разработки этот метод прокладывал путь исследователям в области органо-неорганических гибридных солнечных элементов для изучения комбинаций различных материалов для создания высокоэффективных фотоактивных слоев.