Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

مراقبة التشكل للناقلة متغاير قابلة للطباعة بالكامل الخلايا الشمسية العضوية، غير العضوية وبناء على تي-آلكوكسيد وشبه الموصلة بوليمر

Published: January 10, 2017 doi: 10.3791/54923
Automatic Translation
1, 1, 1, 2
1Department of Mechanical Engineering, National Institute of Technology, Oyama College, 2Ashizawa Finetech Ltd.

Summary

ووصف طريقة ل، وخلايا للطباعة تماما وخالية من الفوليرين درجة عالية من الهواء مستقر الأكبر-متغاير الشمسية على أساس alkoxides تي باسم متقبل الإلكترون و-التبرع الإلكترون البوليمر تلفيق هنا. وعلاوة على ذلك، يتم الإبلاغ عن طريقة للسيطرة على التشكل من طبقة متفاعل من خلال ضخامته الجزيئية وحدات تي آلكوكسيد.

Introduction

وتعتبر الأجهزة الضوئية العضوية مصادر واعدة للطاقة المتجددة بسبب تكلفتها التصنيع منخفضة وخفيفة الوزن 1-7. وبسبب هذه المزايا، تم مغمورة عدد كبير من العلماء في هذا المجال واعدة. في العقد الماضي،-توعية صبغ، حققت العضوية الأغشية الرقيقة، والخلايا الشمسية توعية perovskite تقدما كبيرا في كفاءة تحويل الطاقة في هذا المجال 8.

على وجه التحديد، والخلايا الشمسية الرقيقة العضوية وBHJ الأغشية الرقيقة تكنولوجيا الخلايا الشمسية العضوية هي حلول ناجعة وفعالة من حيث التكلفة لاستخدام الطاقة الشمسية. وعلاوة على ذلك، وصلت كفاءة تحويل الطاقة أكثر من 10٪ مع استخدام البوليمرات منخفضة الفرقة الفجوة باسم المانحة الإلكترون والفوليرين المشتقات مثل متقبل الإلكترون (فينيل-C 61 -Butyric-حمض الميثيل استر: [60] PCBM أو فينيل-C 71 -Butyric-حمض الميثيل استر: [70] PCBM) 9-11. وعلاوة على ذلك، فإن بعض الباحثين حذكرت افي بالفعل أهمية هيكل BHJ في طبقة متفاعل، التي شيدت مع البوليمرات منخفضة الفرقة الفجوة والمشتقات الفوليرين للحصول على الكفاءة الكلية عالية. ومع ذلك، المشتقات الفوليرين مراعية للهواء. لذلك، لا بد من وضع المواد قبول الإلكترون مستقر الهواء كبديل. وتقارير قليلة اقترح سابقا أنواع جديدة من الخلايا الضوئية العضوية التي تستخدم نوع ن البوليمرات شبه الموصلة أو أكاسيد المعادن كما يقبلون الإلكترون. دعمت هذه التقارير تنمية، وخلايا مستقرة هواء خال من الفوليرين العضوية الأغشية الرقيقة الشمسية 12-15.

ومع ذلك، وعلى النقيض من الفوليرين أنظمة أو نوع ن أنظمة شبه الموصلة البوليمر، والحصول على الأداء المرضي للهيكل BHJ في طبقة متفاعل، التي لديها فصل الاتهام وقدرات نقل المسؤول، من الصعب في أنظمة أكسيد المعادن 16-17. وعلاوة على ذلك، المشتقات الفوليرين ونوع ن البوليمرات شبه الموصلة لها ذوبان عاليةفي العديد من المذيبات. لذلك، فمن السهل للسيطرة على التشكل من طبقة متفاعل عن طريق اختيار الحل الحبر مثل المذيبات، والذي هو مقدمة للطبقة متفاعل 18-20. في المقابل، في حالة الأنظمة آلكوكسيد المعدن الذي يستخدم في تركيبة مع البوليمر التبرع الإلكترون، سواء أشباه الموصلات هي غير قابلة للذوبان في المذيبات تقريبا. وذلك لأن alkoxides المعدنية ليس لديها القابلية للذوبان عالية في المذيب. ولذلك، فإن الانتقائية من المذيبات للسيطرة على التشكل منخفضة للغاية.

في هذه المقالة، نحن الإبلاغ عن طريقة للسيطرة على التشكل من طبقة متفاعل باستخدام ضخامته الجزيئية لصنع الخلايا الشمسية للطباعة ودرجة عالية من الهواء مستقر BHJ. نحن تصف أهمية مراقبة التشكل لتقدم الخلايا الشمسية BHJ خالية من الفوليرين.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. إعداد الإنديوم وأكسيد القصدير (ايتو) زجاج لتصنيع الخلايا الشمسية

  1. قطع الركيزة ايتو / الزجاج.
    1. استخدام قطع الزجاج، وقطع الركيزة ايتو / الزجاج (10 سم × 10 سم) إلى قطع قياس حوالي 2 سم × 2 سم.
  2. حفر كيميائيا طبقة موصلة ايتو.
    1. باستخدام رقمي متعدد، تأكد من أن الجزء العلوي من قطعة ايتو / الزجاج لديه الجانب موصل.
    2. وضع الشريط اللاصق على جانبي قطعة ايتو / الزجاج، وترك المنطقة الوسطى من 2 ملم × 2 سم في الوسط. باستخدام الشريط اللاصق، وحماية ما تبقى من طبقة ايتو موصل من الحفر.
    3. صب بضع قطرات من حمض الهيدروكلوريك (1 M) على طبقة موصلة ايتو لإزالة طبقة موصلة ITO من سطح قطعة ايتو / الزجاج. بعد حوالي 3 دقائق، تمحو حمض الهيدروكلوريك باستخدام قطعة من القطن، ثم قم بإزالة الشريط اللاصق.
  3. يمهد للمعالجة قطعة ايتو / الزجاج.
    1. وضع ايتو قطعة / الزجاج فيصندوق زجاجي وملء الحال مع المياه.
    2. وضع صندوق زجاجي في حمام الماء الذي هو ثلثي كامل من الماء وإرفاق نظافة بالموجات فوق الصوتية. ثم، بدوره على نظافة بالموجات فوق الصوتية لحوالي 15 دقيقة لإزالة بعض آثار منمش الكيميائية المتبقية على قطعة ايتو / الزجاج. تغسل هذه القطع في حمام بالموجات فوق الصوتية مع المياه، والأسيتون، وايزوبروبيل، على التوالي، لمدة 15 دقيقة لكل منهما، ومن ثم تجفيفها في تيار من الهواء الجاف. أداء ultrasonication في تردد متذبذبة من 42 كيلو هرتز.
    3. توضع قطع ايتو / الزجاج داخل لطبقة الأوزون الأشعة فوق البنفسجية (UV-O 3) نظافة وتشغيل الجهاز لمدة 30 دقيقة.

2. إعداد الحل السلائف لطبقة متفاعل

  1. حل 0.5 ملغ من بولي [2،7- (9،9-dioctylfluorene) -alt-4،7-مكرر (thiophen-2-YL) بنزو-2،1،3-thiadiazole] (PFO-DBT) كما إلكترون الجهات المانحة و 1.0 ملغ من تي-آلكوكسيد في 1 مل من الكلوروبنزن. حدد ما يلي تي alkoxides كما الإلكترونيقبلون: تي (IV) isopropoxide، ethoxide، باتوكسايد، وباتوكسايد البوليمر. ثم، حل 0.5 ملغ من PFO-DBT و 1.0 ملغ من [60] PCBM في 1 مل من الكلوروبنزن كمرجع.
    ملاحظة: هنا، ومستويات هومو-LUMO هي كما يلي 21. PFO-DBT: 5،4 حتي 3،53 فولت، تي (IV) isopropoxide: 7،49-3،86 فولت، ethoxide: 7،55-3،90 فولت، باتوكسايد: 7،53-3،76 فولت، وباتوكسايد البوليمر: 7،57-3،83 فولت.
  2. على النمام الساخن المغناطيسي، والحرارة الحل السلائف إلى 70 درجة مئوية مع التحريك مع بقضيب في سرعة دوران 700 دورة في الدقيقة. هل هذا لمدة 20 دقيقة في غياب الضوء، حتى حل واضح بصريا للعين المجردة. تبريد حل لدرجة حرارة الغرفة، ومرة ​​أخرى في حالة عدم وجود ضوء، لاستخدامها في المستقبل.

3. تصنيع طبقة متفاعل

  1. إيداع الفيلم تدور طلاء.
    1. الحرارة الحل السلائف طبقة متفاعل وقطعة ايتو / الزجاج إلى 70 درجة مئوية. لمدة 10 دقيقة، والحرارة الحل السلائف على اثارة ساخنة المغناطيسيةيسخن الإندوبلازمية إلى 70 درجة مئوية، واستخدام بقضيب في سرعة دوران 700 دورة في الدقيقة. تسخين قطعة ايتو / الزجاج على صفيحة ساخنة السيراميك ساخنة إلى 70 درجة مئوية لمدة 5 دقائق.
    2. ضع قطعة ايتو / الزجاج في وسط مرحلة الفراغ من المغطي تدور، والحرارة مع بندقية الحرارة إلى نحو 70 درجة مئوية، وبدوره على فراغ.
      ملاحظة: يتم إنشاء فراغ باستخدام مضخة فراغ مع سرعة ضخ 30 لتر / دقيقة. الضغط النهائي للمضخة الفراغ هو 26.6 × 10 3 بنسلفانيا.
    3. صب بضع قطرات من محلول السلائف طبقة متفاعل على ايتو / الزجاج قطعة وبدء المغطي تدور في 2،000-6،000 دورة في الدقيقة لمدة 60 ثانية في الهواء.
      ملاحظة: حجم محلول السلائف 0.5 مل، ويقاس مع spuit 1 مل.
    4. تجف على سطح طبقة متفاعل لمدة 10 دقيقة في درجة حرارة الغرفة في جو الهواء في غياب الضوء للحصول على فيلم 50 نانومتر سميكة وطبقة متفاعل.
  2. إزالة الفيلم إضافية.
    1. مسح فوت إضافيةطبقة oactive من سطح قطعة ايتو / الزجاج مع قطعة من القطن المبللة مع الكلوروبنزن.
    2. تجفيف طبقة متفاعل مرة أخرى لمدة 10 دقيقة في درجة حرارة الغرفة في جو الهواء في غياب الضوء.
      ملاحظة: يتم الحفاظ على درجة حرارة الغرفة تجربتنا عند 25 درجة مئوية.

4. تصنيع والكهربائي

  1. طباعة القطب العضوية.
    1. باستخدام طابعة الشاشة، طباعة القطب العضوية عن طريق وضع بولي (3،4-ethylenedioxythiophene) -poly (styrenesulfonate) (PEDOT-PSS) على طبقة متفاعل 22. قناع المعدن هو 50 ميكرون سميكة، ومنطقة الطباعة 5 مم × 20 مم.
    2. تجفيف الكهربائي العضوية لمدة 30 دقيقة في درجة حرارة الغرفة في جو الهواء في غياب الضوء.

5. التصفيح للخلايا الشمسية

  1. قطع الركيزة الزجاج إلى قطع مع أبعاد 1.5 سم × 2.5 سم باستخدام قطع الماس. انتشاروراتنجات الايبوكسي على الركيزة الزجاج باستخدام ملعقة بلاستيكية. وضع الركيزة الزجاج مع راتنجات الايبوكسي على طبقة متفاعل لحمايته.

6. إعداد لقياس الأداء الخلايا الشمسية

  1. تنظيف الأقطاب بمسحها بقطعة من القطن المبللة مع الأسيتون. إرفاق القطب دعم على ايتو باستخدام نظام لحام بالموجات فوق الصوتية. تشغيل حام الحديد على تردد 42 كيلوهرتز و 230 درجة مئوية.

7. قياس أداء الخلايا الشمسية

  1. قياس الحالي الجهد (JV) خصائص الخلايا الشمسية باستخدام الجهد / رصد نظام متكامل مصدر في الوقت الراهن التيار المباشر، مع محاكاة الشمسية معايرة لتوفير AM1.5G مقلد من 100 ميغاواط / سم 2 من الثنائي الضوئي السيليكون.
    ملاحظة: معلومات أكثر تفصيلا حول قياس منحنيات JV يمكن العثور عليها في أي مكان آخر 23 و 24.

8. Analyجهاز الأمن والمخابرات للهيكل المرحلة الانفصال

  1. إعداد الأفلام الفردية للطبقات متفاعل شيدت مع تي-آلكوكسيد وPFO-DBT، وذلك باستخدام نفس الأسلوب لتصنيع الخلايا الشمسية، من دون القطب العضوية وبدون عملية التصفيح.
  2. استخدام المجهر الضوئي أو المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لمراقبة التشكل من طبقة متفاعل في التكبير عالية (50،000 ×) من أجل تحليل بنية مرحلة الانفصال.
    ملاحظة: معلومات أكثر تفصيلا حول عملية SEM يمكن العثور على مكان آخر 25 و 26.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

لقد قدمنا ​​بروتوكول لتصنيع خلايا قابلة للطباعة بشكل كامل العضوية، غير العضوية BHJ الشمسية، فضلا عن طريقة للسيطرة على هيكل مرحلة الانفصال. وقد كان أداء الخلايا الشمسية على نطاق واسع التحقيق 27-31 عندما تي (IV) استخدمت isopropoxide وethoxide كمواد-قبول الإلكترون (الشكل 1). أظهرت هذه الخلايا الشمسية كثافة الحالية دائرة قصر (هيئة الأوراق المالية) التي هي أعلى ما يقرب من ثمانية مرات من الأجهزة باستخدام "تي (IV) البوليمر باتوكسايد" (الجدول 1). كانت الأشكال التضاريسية مما أدى إلى طبقة متفاعل كافية لتوليد الصور وجود ناقلات الحرة ونقلها. وبعبارة أخرى، فمن الممكن السيطرة على الهيكل الإداري الناقل عن طريق تحديد ضخامته من تي-آلكوكسيد. وقد أظهرت بعض الأعمال السابقة أن هيكل مرحلة الانفصال عن إدارة الناقل في طبقة متفاعل من BHJالخلايا الشمسية باستخدام المشتقات الفوليرين هو عامل مهم 32-34. وهذا أمر مهم بالنسبة للنظام العضوية وغير العضوية التحقيق في هذا العمل أيضا.

يمكننا توضيح العلاقة بين هيئة الأوراق المالية من قبل إدارة الناقل وهيكل مرحلة الانفصال باستخدام نماذج فردية ثلاثة تلخيصها في الجدول 2. وعلاوة على ذلك، نحن التحقيق في هيكل مرحلة الانفصال من خلال وزارة شؤون المرأة، وتمت مقارنة الصور ووزارة شؤون المرأة مع النماذج مرحلة الانفصال (الشكل 2). عندما استخدمت تي (IV) البوليمر باتوكسايد، كان مجال توليد تهمة كافية. ونتيجة لذلك، وهذا ينتج عنه قيمة هيئة الأوراق المالية أقل. وهذا هو، وشجعت على التنظيم الذاتي للتي (IV) باتوكسايد البوليمر في المقام الأول عن طريق التعبئة في الجزيء. عندما "تي (IV) باتوكسايد" كان يستخدم لأشباه الموصلات من النوع n، تم عزل المجالات المرحلة، والتي هي غير كافية لنقل المسؤول عن ناقلات الحرة للحصول على مرحباقيمة غ هيئة الأوراق المالية. التركيب الكيميائي لمنظمة الشفافية الدولية (IV) باتوكسايد هو أضخم من أن منظمة الشفافية الدولية (IV) isopropoxide وethoxide. ولذلك، فإن ضخامته الكيميائية للتي (IV) باتوكسايد أعاق بشكل مفرط على التنظيم الذاتي من نوع ف شبه الموصلة البوليمر. من ناحية أخرى، عندما (IV) كان يستخدم تي isopropoxide أو ethoxide، قدمت هذه الأشكال التضاريسية توازن جيد بين حجم نطاق واستمرارية المرحلة من وجهة نظر الجيل تهمة، وجود ناقلات الحرة، ونقلها.

شكل 1
الشكل 1: خصائص JV من الخلايا الشمسية لضخامته الكيميائية المختلفة من تي آلكوكسيد. تم تعديل هذا الرقم من الخصائص المرجعي 21. JV يتم تغييرها بشكل جذري عن طريق تحديد آلكوكسيد جزيء تي. الرجاء النقر هنا لضدiew نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2: مسح المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وصور لتحليل الهياكل فصل المرحلة. تم تعديل هذا الرقم من المرجع 21. يتم الحصول على التشكل من طبقة متفاعل في التكبير عالية (50،000 ×). (الرابع) كانت الهياكل مرحلة فصل تي isopropoxide أو ethoxide مقبولة وكان لها الاستمرارية كافية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

التيتانيوم (IV) isopropoxide التيتانيوم (IV) ethoxide التيتانيوم (IV) باتوكسايد التيتانيوم (IV) باتوكسايد البوليمر
هيئة الأوراق المالية [أمبير / سم 2] 191 182 121 25
المركبات العضوية المتطايرة [V] 0.53 0.61 0.61 0.16
FF 0.31 0.33 0.23 0.18
PCE [٪] 0.031 0.036 0.017 0.0007

الجدول 1: أداء الخلايا الشمسية لضخامته الكيميائية المختلفة من تي-alkoxides. تم تعديل هذا الجدول من الخصائص المرجعي 21. JV من الخلايا الشمسية BHJ لكل تي آلكوكسيد في الشكل 1، ويتم سرد معايير الأداء المقابلة في هذا الجدول.

الجدول 2
الجدول 2: الممثل مرحلة الانفصالنماذج لتحليل ناقلات الحرة موجودة. تم تعديل هذا الجدول من المرجع 21. ومن الناحية المثالية، الأشكال التضاريسية، مثل تلك التي من طراز B، يطلب من وجهة نظر وجود العديد من ناقلات الحرة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

للاستفادة من ضخامته الجزيء في هذا الأسلوب، فإنه من المهم أن نعرف الظروف لتشكيل الفيلم طلاء زيادة ونقصان. أولا، يجب أن تكون من نوع p و نوع ن أشباه الموصلات قادرة على أن يذوب في المذيبات. عندما تبقى بعض المواد، وسوف تصبح نواة كبير من المجالات في طبقة متفاعل. من المستحسن استخدام عامل تصفية التجاري الملائم للمذيبات الفردية لإزالة المواد المتبقية. بعد ذلك، الحل السلائف التي جزيئات تذوب يجب موحد ومتجانس طباعة وطبقة متفاعل على الركيزة ايتو / الزجاج في حوالي 60 ثانية. يتم تنفيذ هذه العملية مع الخطوات الثلاث التالية. أولا، والحفاظ على حل السلائف وايتو / الركيزة الزجاج عند درجة حرارة حوالي 70 درجة مئوية. ثانيا، يتم تعيين الركيزة فورا على مرحلة من مراحل المغطي تدور. وأخيرا، وسكب بضع قطرات من الحل السلائف وتنتشر على سطح الركيزة، في أقرب وقتممكن، والمغطي تدور وبدأ على الفور. الركيزة ساخنة يمنع انخفاض سريع في درجة الحرارة من الحل السلائف على الركيزة ايتو / الزجاج. يتحكم هذا الأسلوب educts من الحل السلائف عن تغيير الحراري السريع. تأثير حل السلائف ساخنة يعزز السلس نشر على الركيزة، ويرجع ذلك إلى انخفاض في اللزوجة، ويسهل تشكيل طبقة رقيقة مسطحة بشكل موحد. وعلاوة على ذلك، يتم تنفيذ عملية تدور طلاء من كشف عنها الغطاء. وهذا يعزز تبخر المذيبات من الركيزة خلال 60 ق العملية ~.

في حالة حدوث مشاكل عند استخدام الأسلوب المذكور بسبب الظروف التجريبية والمعدات، وينصح الطرق التالية. إذا الركيزة ساخنة لا يمكن أن تتحرك على مرحلة من مراحل المغطي تدور، يمكن أن الركيزة تكون ساخنة مع بندقية الحرارة مباشرة قبل الاستعمال. وعلاوة على ذلك، إذا كانت هناك حاجة لمزيد من الوقت لإسقاط الحل السلائف والتدفئة رانه السلائف حل لينصح حوالي 75-80 درجة مئوية.

وعلاوة على ذلك، فإن هيكل مرحلة الانفصال وحجم المرحلة المجال تكون مختلفة اعتمادا على المانحة الإلكترون مختارين. عند تحديد الجهات المانحة الإلكترون إلا PFO-DBT، تغيير في ص نسبة / ن وخليط من اثنين تي alkoxides مع ضخامته مختلفة مثل متقبل الإلكترون طرق مفيدة للحصول على هيكل مرحلة الانفصال مناسبة. لدينا طريقة للسيطرة على هيكل مرحلة فصل يختلف عن الأسلوب التقليدي مذيب 18-20، 33. لذلك، يمكن تعديل أسلوبنا للمانحين الإلكترون ويقبلون أن يكون الذوبان في عدد قليل من المذيبات محدودة.

أخيرا، لقد أثبتنا طريقة لتصنيع الخلايا للطباعة تماما وخالية من الفوليرين الأكبر-متغاير الشمسية على أساس استخدام تي alkoxides كما متقبل الإلكترون والبوليمر شبه موصلة مثل المانحة الإلكترون. وعلاوة على ذلك، رأظهر بروتوكول له أن يكون فعالا في السيطرة على بنية مرحلة الانفصال باستخدام ضخامته الجزيئية، دون استخدام طريقة المذيبات التقليدية. قد يكون هذا الأسلوب ينطبق على النظم التي تستخدم العديد من نوع ن وع من نوع أشباه الموصلات، والتي تذوب إلا في عدد قليل من المذيبات. نذكر أيضا القيود المفروضة على هذه الطريقة. ونحن نعتقد أن هذه الطريقة مفيدة فقط في نظام المكون اثنين. وذلك لأن هذه الطريقة يمكن التحكم في فصل المرحلة التي تعوق التنظيم الذاتي باستخدام ضخامته من جزيء واحد من نوعين من الجزيئات. ولذلك، فإننا لا نستطيع أن نقول أن وجود نظام ثلاث مكونات، سوف تكون قابلة للتطبيق. سوف نقوم بالتحقيق في تطبيق هذه الأنظمة في المستقبل. ونحن نتوقع أنه، بالإضافة إلى تماما الخلايا الشمسية العضوية، وسوف تصبح الخلايا الشمسية الهجينة أيضا شعبية في المستقبل القريب.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب تعلن أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.

Acknowledgments

وأيد هذا العمل جزئيا JSPS KAKENHI منحة رقم 25871029، ومؤسسة نيبون ورقة زجاج لعلوم المواد والهندسة، ومركز توتشيغي الترويج الصناعي. كما ساعد المعهد الوطني للتكنولوجيا، وياما كلية، مع تكاليف نشر هذا المقال.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ti(IV) isopropoxide, 97% Sigma Aldrich 205273
Ti(IV) ethoxide Sigma Aldrich 244759 Technical grade
Ti(IV) butoxide, 97% Sigma Aldrich 244112 Reagent grade
Ti(IV) butoxide polymer Sigma Aldrich 510718
Poly[2,7-(9,9-dioctylfluorene)-alt-4,7-bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3-thiadiazole] (PFO-DBT) Sigma Aldrich 754013
[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester ([60]PCBM) 99.5% Sigma Aldrich 684449 Research grade
poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) (PEDOT-PSS) Heraeus Clevios S V3
1 N Hydrochloric acid Wako 083-01095
Chlorobenzene 99.0% Wako 032-07986
Acetone 99.5% Wako 016-00346
Indium-tin oxide (ITO)-coated glass substrate Geomatec 0002 100×100×1.1t (mm)
Glass substrate Matsunami Glass S7213 76×26×1.2t (mm)
Cotton tail  As one 1-8584-16
Epoxy resin Nichiban AR-R30
Plastic spatula As one 2-3956-02
Ultrasonic cleaner As one AS482
Magnetic hot  stirrer As one RHS-1DN
Ceramic hotplate As one CHP-17DN
Spin coater Kyowariken K-359 S1
Vacuum pump ULVAC DA-30S
UV-O3 cleaner Filgen UV253E
Screen printer Mitani Electronics MEC-2400
Ultrasonic Soldering system Kuroda Techno SUNBONDER USM-5
Direct-current voltage and current source/monitor integrated system San-Ei Electric XES-40S1
Scanning electron microscope JEOL Ltd. JSM-7800

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Price, C. S., Stuart, C. A., Yang, L., Zhou, H., You, W. Fluorine substituted conjugated polymer of medium band gap yields 7% efficiency in polymer-fullerene solar cells. J. Am. Chem. Soc. 133 (12), 4625-4631 (2011).
  2. Liang, Y. Y., et al. For the bright future-Bulk heterojunction polymer solar cells with power conversion efficiency of 7.4%. Adv. Mater. 22, 135-138 (2010).
  3. Chu, T. -Y., et al. Bulk heterojunction solar cells using thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione and dithieno[3,2-b:2',3'-d]silole copolymer with a power conversion efficiency of 7.3%. J. Am. Chem. Soc. 133 (12), 4250-4253 (2011).
  4. Zhou, H., et al. Development of fluorinated benzothiadiazole as a structural unit for a polymer solar cell of 7% efficiency. Angew. Chem. Int. Ed. 50 (13), 2995-2998 (2011).
  5. Janssen, J. A. R., Nelson, J. Factors limiting device efficiency in organic photovoltaics. Adv. Mater. 25 (13), 1847-1858 (2012).
  6. Nelson, J. Polymer:fullerene bulk heterojunction solar cells. Mater. Today. 14 (10), 462-470 (2011).
  7. He, Z., Zhong, C., Su, S., Xu, M., Wu, H., Cao, Y. Enhanced power-conversion efficiency in polymer solar cells using an inverted device structure. Nat. Photonics. 6, 591-595 (2012).
  8. Baena, J. P. C., et al. Highly efficient planar perovskite solar cells through band alignment engineering. Energy Environ. Sci. 8, 2928-2934 (2015).
  9. Shuttle, G. C., Hamilton, R., O'Regan, B. C., Nelson, J., Durrant, R. J. Charge-density-based analysis of the current-voltage response of polythiophene/fullerene photovoltaic devices. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 16448-16452 (2010).
  10. Dibb, G. F. A., Kirchartz, T., Credgington, D., Durrant, R. J., Nelson, J. Analysis of the relationship between linearity of corrected photocurrent and the order of recombination in organic solar cells. J. Phys. Chem. Lett. 2 (19), 2407-2411 (2011).
  11. Maurano, A., et al. Transient optoelectronic analysis of charge carrier losses in a selenophene:fullerene blend solar cell. J. Phys. Chem. C. 115, 5947-5957 (2011).
  12. Yuan, Y., Michinobu, T., Oguma, J., Kato, T., Miyake, K. Attempted inversion of semiconducting features of platinum polyyne polymers: A new approach for all-polymer solar cells. Macromol. Chem. Phys. 214 (13), 1465-1472 (2013).
  13. Granström, M., et al. Laminated fabrication of polymeric photovoltaic diodes. Nature. 395, 257-260 (1998).
  14. Hal, A. P., et al. Photoinduced electron transfer and photovoltaic response of a MDMO-PPV:TiO2 bulk-heterojunction. Adv. Mater. 15 (2), 118-121 (2003).
  15. Das, K. S., et al. Controlling the processable ZnO and polythiophene interface for dye-densitized thin film organic solar cells. Thin Solid Films. , 302-307 (2013).
  16. Campoy-Quiles, M., et al. Morphology evolution via self-organization and lateral and vertical diffusion in polymer:fullerene solar cell blends. Nature Materials. 7, 158-164 (2008).
  17. Schmidt-Hansberg, B., et al. Moving through the phase diagram: morphology formation in solution cast polymer-fullerene blend films for organic solar cells. ACS Nano. 5 (11), 8579-8590 (2011).
  18. Hou, Q., et al. Novel red-emitting fluorene-based copolymers. J. Mater. Chem. 12, 2887-2892 (2002).
  19. Zheng, L., et al. Synthesis of C60 derivatives for polymer photovoltaic cell. Synth. Met. 135, 827-828 (2003).
  20. Svensson, M., et al. High-performance polymer solar cells of an alternating polyfluorene copolymer and a fullerene derivative. Adv. Mater. 15 (12), 988-991 (2003).
  21. Kato, T., et al. Morphology control for highly efficient organic-inorganic bulk heterojunction solar cell based on Ti-alkoxide. Thin Solid Films. 600, 98-102 (2016).
  22. Shibata, Y., et al. Quasi-solid dye sensitized solar cells with ionic liquid Increase in efficiencies by specific interaction between conductive polymers and gelators. Chem. Comm. 21, 2730-2731 (2003).
  23. Wu, J., et al. A thermoplastic gel electrolyte for stable quasi-solid-state dye-sensitized solar cells. Adv. Funct. Mater. 17 (15), 2645-2652 (2007).
  24. Johansson, J. M. E., et al. Photovoltaic and interfacial properties of heterojunctions containing dye sensitized dense TiO2 and Tri-arylamine derivatives. Chem. Mater. 19 (8), 2017-2078 (2007).
  25. Echlin, P. Handbook of Sample Preparation for Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis. , Springer US. (2011).
  26. Flegler, S. L., Heckman, J. W., Klomparens, K. L. Scanning and Transmission Electron Microscopy: An Introduction. , Oxford University Press. UK. (1993).
  27. Cowan, R. S., Roy, A., Heeger, J. A. Recombination in polymer-fullerene bulk heterojunction solar cells. Phys. Rev. B. 82 (24), 245207 (2010).
  28. Street, A. R., Cowan, S., Heeger, J. A. Experimental test for geminate recombination applied to organic solar cells. Phys. Rev. B. 82 (12), 121301 (2010).
  29. Shuttle, G. C., et al. Charge extraction analysis of charge carrier densities in a polythiophene/fullerene solar cell: Analysis of the origin of the device dark current. Appl. Phys. Lett. 93, 183501 (2008).
  30. Shuttle, G. C., et al. Bimolecular recombination losses in polythiophene: Fullerene solar cells. Phys. Rev. B. 78, 113201 (2008).
  31. Reyes-Reyes, M., et al. Methanofullerene elongated nanostructure formation for enhanced organic solar-cells. Thin Solid Films. 516 (1), 52-57 (2007).
  32. Shuttle, G. C., et al. Experimental determination of the rate law for charge carrier decay in a polythiophene: Fullerene solar cell. Appl. Phys. Lett. 92, 093311 (2008).
  33. Mori, D., Benten, H., Ohkita, H., Ito, S., Miyake, K. Polymer/polymer blend solar cells improved by using high-molecular-weight fluorene-based copolymer as electron acceptor. ACS Appl. Mater. Interfaces. 4 (7), 3325-3329 (2012).
  34. You, J., et al. A polymer tandem solar cell with 10.6% power conversion efficiency. Nature Commun. 4, 1446 (2013).

Tags

الهندسة، العدد 119، والخلايا الشمسية للطباعة بشكل كامل، كبيرة الحجم متغاير الخلايا الشمسية، الخلايا الشمسية الهجينة العضوية، غير العضوية، الأغشية الرقيقة الخلايا الشمسية، تي آلكوكسيد، متقبل الإلكترون، وفصل المرحلة
مراقبة التشكل للناقلة متغاير قابلة للطباعة بالكامل الخلايا الشمسية العضوية، غير العضوية وبناء على تي-آلكوكسيد وشبه الموصلة بوليمر
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kato, T., Oinuma, C., Otsuka, M.,… More

Kato, T., Oinuma, C., Otsuka, M., Hagiwara, N. Morphology Control for Fully Printable Organic–Inorganic Bulk-heterojunction Solar Cells Based on a Ti-alkoxide and Semiconducting Polymer. J. Vis. Exp. (119), e54923, doi:10.3791/54923 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter