Waiting
Login processing...

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

Engineering

בקרת מורפולוגיה עבור תאים סולריים מילוי heterojunction אורגני-אורגניים להדפסה מלא מבוסס על מולקולה פולימרית Ti-alkoxide ו מוליכים למחצה

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

שיטת תאים סולריים להדפסה, פולרן-חינם לחלוטין, מאוד אוויר-יציב, בתפזורת-heterojunction מבוססים על Ti alkoxides כמו acceptor האלקטרון לבין ייצור הפולימרים לתרום אלקטרונים מתוארת כאן. יתר על כן, שיטה לשליטה על המורפולוגיה של שכבת photoactive דרך bulkiness המולקולרי של יחידות Ti-alkoxide מדווח.

Introduction

התקני פוטו אורגניים נחשבים מקורות אנרגיה מתחדשים מבטיחים בשל עלות הייצור הנמוכה שלהם 1-7 קל משקל. בגלל היתרונות האלה, מספר גדול של מדענים כבר שקוע בתחום המבטיח הזה. בעשור האחרון, צבען רגיש, סרט דק אורגני, ותאים סולריים רגיש perovskite השיגו התקדמות משמעותית יעיל המרת כוח באזור 8 זה.

באופן ספציפי, תאים סולריים סרט דק אורגניים BHJ אורגן סרט דק טכנולוגיה סולארית תאים הם פתרונות יעילים וחסכוניים עבור הניצול של אנרגית שמש. יתר על כן, יעילות המרת האנרגיה הגיעה מעל 10% עם השימוש בפולימרים-פער נמוך להקה כמו הנגזרים התורמים פולרן אלקטרונים כמו acceptor האלקטרונים (פניל-C 61 -Butyric-החומצה-מתיל אסתר: [60] PCBM או פניל-C 71 -Butyric-חומצה-מתיל אסתר: [70] PCBM) 9-11. יתר על כן, כמה חוקרים have כבר דיווח על החשיבות במבנה BHJ בשכבת photoactive, אשר נבנית עם פולימרים נמוך להקת פער ונגזר פולרן להשיג יעילות הכוללת גבוהה. עם זאת, נגזר פולרן הם אוויר-רגיש. לכן, חומר אוויר-יציב לקבל אלקטרונים נדרש כחלופה. חלק קטן מהדוחות הציע בעבר סוגים חדשים של תאים פוטו אורגני המשמש פולימרים מוליכים למחצה מסוג n או תחמוצות מתכת כמו acceptors אלקטרונים. דוחות אלה תמכו בפיתוח יציב-אוויר, פולרן ללא, תאים סולריים סרט דק אורגניים 12-15.

עם זאת, בניגוד פולרן מערכות או מסוג n מערכות פולימר מוליך-למחצה, קבלת ביצועים משביעי רצון של מבנה BHJ בשכבת photoactive, אשר יש הפרדת תשלום ויכולות העברת מטען, קשה במערכות תחמוצת מתכת 16-17. בנוסף, נגזר פולרן ו מסוג n פולימרים מוליכים למחצה יש מסיסות גבוההבממסים רבים. לכן, קל לשלוט מורפולוגיה של השכבה photoactive ידי בחירת פתרון דיו כמו ממס, אשר מהווה בסיס להקמת שכבת photoactive 18-20. לעומת זאת, במקרה של מערכות alkoxide מתכת המשמשות בשילוב עם פולימר לתרום אלקטרונים, המוליכים למחצה הן אינם מסיסים כמעט בכל ממסים. הסיבה לכך היא כי alkoxides מתכת אין מסיסות גבוהה של ממס. לכן, את הסלקטיביות של ממסים על שליטת מורפולוגיה היא נמוכה ביותר.

במאמר זה, אנו מדווחים על שיטה לשליטה על המורפולוגיה של שכבת photoactive באמצעות bulkiness מולקולרית לפברק תאים סולריים להדפסה מאוד אוויר-יציבה BHJ. אנו מתארים את החשיבות של שליטה מורפולוגיה על ההתקדמות של תאים סולריים BHJ ללא פולרן.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. הכנת-תחמוצת אינדיום-בדיל (איטו) זכוכית ייצור תאים סולריים

  1. חותכים את המצע איטו / זכוכית.
    1. באמצעות חותך זכוכית, לחתוך את המצע איטו / זכוכית (10 ס"מ x 10 ס"מ) לחתיכות מדידה כ 2 ס"מ X 2 ס"מ.
  2. מבחינה כימית לחרוט את שכבת מוליך איטו.
    1. באמצעות מודד דיגיטלי, לבדוק כי החלק העליון של פיסת איטו / זכוכית יש צד מוליך.
    2. מניחים נייר דבק על שני הצדדים של היצירה איטו / זכוכית, עוזב באזור מרכזי של 2 מ"מ × 2 ס"מ באמצע. באמצעות נייר דבק, להגן על שאר ההשכבה המוליכה איטו מן התחריט.
    3. יוצקים כמה טיפות של HCl (1 M) על שכבת מוליך איטו כדי להסיר את שכבת מוליך איטו מפני השטח של היצירה איטו / זכוכית. לאחר כ -3 דקות, לנגב את HCl באמצעות מקלון צמר גפן, ולאחר מכן להסיר את קלטת מסוך.
  3. Pretreat יצירת איטו / הזכוכית.
    1. מניחים את חתיכות איטו / זכוכית בתוךבמקרה זכוכית ולמלא את המקרה עם מים.
    2. מניחים את תיבת זכוכית באמבט מים כי הוא שני שלישים מים מלאה ולצרף שואב קולי. לאחר מכן, להפעיל את השואב הקולי למשך כ 15 דקות כדי להסיר את העקבות כמה etchant כימי הנותר על פיסת איטו / זכוכית. לשטוף חלקים אלה באמבטיה קולית עם מים, אצטון, אלכוהול איזופרופיל, בהתאמה, במשך 15 דקות כל אחד, ולאחר מכן לייבש אותם זרם של אוויר יבש. בצע ultrasonication בתדירות תנודתית של 42 קילוהרץ.
    3. מניחים את חתיכות איטו / זכוכית בתוך האוזון-אולטרה סגול (UV-O 3) מנקה ולהפעיל את המחשב למשך 30 דקות.

2. הכנת הפתרון המבשר על שכבת photoactive

  1. ממיסים 0.5 מ"ג של פולי [2,7- (9,9-dioctylfluorene) -alt-4,7-BIS (thiophen-2-י.ל.) benzo-2,1,3-thiadiazole] (PFO-DBT) כמו אלקטרון התורם 1.0 מ"ג של Ti-alkoxide ב 1 מ"ל של chlorobenzene. בחר אלקטרון Ti-alkoxides כדלקמןacceptors: Ti (IV) isopropoxide, ethoxide, butoxide, ופולימר butoxide. לאחר מכן, לפזר 0.5 מ"ג של PFO-DBT ו -1.0 מ"ג [60] PCBM ב 1 מ"ל של chlorobenzene כהפניה.
    הערה: כאן, רמות ההומו-LUMO הן כדלקמן 21. PFO-DBT: 5.4-3.53 eV, Ti (IV) isopropoxide: 7.49-3.86 eV, ethoxide: 7.55-3.90 eV, butoxide: 7.53-3.76 eV, ופולימר butoxide: 7.57-3.83 eV.
  2. על בוחש חם מגנטי, מחממים את הפתרון מבשר על 70 ° C תוך ערבוב זה עם בר ומערבבים במהירות הסיבוב של 700 סל"ד. האם זה במשך 20 דקות בהעדר אור, עד הפתרון הוא ויזואלית ברורה לעין בלתי מזוינת. מצננים את הפתרון בטמפרטורת החדר, שוב העדר אור, לשימוש עתידי.

ייצור 3. שכבת photoactive

  1. להפקיד את הסרט על ידי ציפוי ספין.
    1. מחמם את הפתרון המבשר של שכבת photoactive ואת פיסת איטו / זכוכית 70 ° C. במשך 10 דקות, מחמם את הפתרון מבשר על סערה מגנטית חמהRER מחומם ל 70 מעלות צלזיוס ולהשתמש בר ומערבבים במהירות הסיבוב של 700 סל"ד. מחמם את פיסת איטו / זכוכית על צלחת קרמיקה חמה מחוממת ל -70 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות.
    2. מניח את פיסת איטו / זכוכית במרכז במת הוואקום של coater הספין, לחמם אותו עם אקדח חום סביב 70 מעלות צלזיוס, ולהדליק את הוואקום.
      הערה: הוואקום נוצר באמצעות משאבת ואקום עם מהירויות שאיבה של 30 ליטר / דקה. הלחץ האולטימטיבי של משאבת ואקום הוא 26.6 × 10 3 Pa.
    3. יוצקים כמה טיפות של הפתרון מבשר של השכבה photoactive על פיסת איטו / זכוכית ולהתחיל את coater ספין על 2,000-6,000 סל"ד במשך 60 שניות באוויר.
      הערה: היקף הפתרון מבשר הוא 0.5 מ"ל, נמדד עם spuit 1 מ"ל.
    4. הקפד לייבש את המשטח של השכבה photoactive במשך 10 דקות בטמפרטורת החדר באווירה אוויר בהעדר אור להשיג סרט 50 ננומטר בעובי כשכבת photoactive.
  2. הסר את הסרט נוסף.
    1. נגב את אוריה נוסףשכבת oactive מפני השטח של יצירת איטו / זכוכית עם מקלון צמר גפן רטוב עם chlorobenzene.
    2. לייבש את שכבת photoactive שוב במשך 10 דקות בטמפרטורת החדר באווירה אוויר בהיעדר אור.
      הערה: הטמפרטורה של ניסוי חדרינו נשמרה על 25 מעלות צלזיוס.

ייצור 4. של אלקטרודה

  1. דפס האלקטרודה האורגני.
    1. שימוש במדפסת מסך, להדפיס אלקטרודה אורגן ידי הצבת פולי (3,4-ethylenedioxythiophene) -poly (styrenesulfonate) (PEDOT-PSS) על שכבת photoactive 22. מסכת המתכת היא 50 מיקרומטר בעובי, ואת אזור ההדפסה הוא 5 מ"מ × 20 מ"מ.
    2. יבש את האלקטרודה אורגני למשך 30 דקות בטמפרטורת החדר באווירה אוויר בהיעדר אור.

למינציה 5. עבור תאים סולריים

  1. חותכים את מצע זכוכית לחתיכות עם ממדים של 1.5 ס"מ × 2.5 ס"מ, בעזרת סכין יהלום. התפשטותשרף אפוקסי על מצע הזכוכית בעזרת מרית פלסטיק. מניחים את מצע זכוכית עם שרף אפוקסי על השכבה photoactive כדי להגן עליו.

6. הכנה למדידת ביצועי התאים סולאריים

  1. נקה את האלקטרודות על ידי מנגב אותם עם מקלון צמר גפן רטוב עם אצטון. צרף אלקטרודה תמיכה על איטו באמצעות מערכת הלחמה קולית. הפעל את מלחם בתדר 42 קילוהרץ ו ב 230 מעלות צלזיוס.

7. מדידה של ביצועי תאים סולאריים

  1. מדדו את המאפיינים (JV) מתח הנוכחי של תאים סולריים באמצעות מערכת משולבת מקור / צג הנוכחי מתח ישיר הנוכחי, עם סימולטור השמש מכויל לספק AM1.5G מדומה של 100 mW / 2 ס"מ על ידי פוטודיודה סיליקון.
    הערה: מידע מפורט יותר על מדידת עקומות JV ניתן למצוא במקום אחר 23, 24.

8. Analyאחותי של מבנה ההפרדה-שלב

  1. הכן סרטים בודדים של שכבות photoactive נבנה עם Ti-alkoxide ו PFO-DBT, בשיטה זהה עבור ייצור סולאריים תאים, ללא האלקטרודה אורגני וללא תהליך למינציה.
  2. שימוש במיקרוסקופ אופטי או מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) כדי לבחון את המורפולוגיה של שכבת photoactive בהגדלה גבוהה (50,000 ×) על מנת לנתח את המבנה שלב ההפרדה.
    הערה: מידע מפורט יותר אודות מבצע SEM ניתן למצוא במקום אחר 25, 26.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

הצגנו פרוטוקול בודה תאים סולריים BHJ אורגניים-אורגניים להדפסה מלאה, כמו גם שיטה לשליטה על מבנה שלב ההפרדה. מופע שמש התאים כבר בהרחבה נחקר 27-31 כאשר Ti (IV) isopropoxide ו ethoxide שמשו כחומרים לקבל אלקטרונים (איור 1). תאים סולריים אלה הציג צפיפות לקצר הנוכחי (JSC) כי הוא כ גבוה פי שמונה מזו של מכשירים באמצעות "פולימר butoxide Ti (IV)" (טבלה 1). המורפולוגיות וכתוצאה מכך שכבת photoactive הספיקו עבור דור תמונה הקיום של ספקים חינם והתחבורה שלהם. במילים אחרות, אפשר לשלוט על המבנה הניהולי המוביל ידי בחירת bulkiness של Ti-alkoxide. עבודות קודמות מסוימים הראו כי מבנה שלב ההפרדה לניהול הספק בשכבת photoactive של BHJתא סולארי באמצעות נגזרי פולרן הוא גורם חשוב 32-34. זה חשוב גם עבור המערכת האורגנית-אורגנית חקרה בעבודה זו.

אנחנו יכולים להסביר את הקשר בין Jsc ידי הנהלת המוביל במבנה הפרדת פאזות באמצעות שלושה דגמים בודדים מסוכמים בטבלה 2. יתר על כן, נחקור את מבנה שלב ההפרדה באמצעות SEM, ותמונות SEM הושוו עם מודלי שלב הפרדה (איור 2). כאשר הפולימר butoxide Ti (IV) שימש, בתחום תשלום הדור לא היה מספיק. כתוצאה מכך, הדבר גורם ערך Jsc נמוך. כלומר, הארגון-העצמי של פולימר butoxide Ti (IV) הוא קדם בעיקר על ידי אריזת המולקולה של. כאשר "Ti (IV) butoxide" שמש מוליכי למחצה מסוג n, תחומי השלב בודד, אשר אינו מספק להעברת התשלום של ספקים חינם להשיג הייערך Jsc GH. המבנה הכימי של Ti (IV) butoxide הוא גוץ ומסורבל מזה של Ti (IV) isopropoxide ו ethoxide. לכן, bulkiness הכימי של Ti (IV) butoxide מוגזם שעכב את הארגון העצמי של פולימר מוליך למחצה מסוג p. מצד השני, כאשר Ti (IV) isopropoxide או ethoxide שמש, מורפולוגיות אלה יצרו איזון טוב בין גודל המושלם ומשכיות שלב מנקודת המבט של דור תשלום, קיומו של ספקים חינם, והתחבורה שלהם.

איור 1
איור 1: מאפייני JV של תאים סולריים עבור bulkiness הכימי השונה של Ti alkoxide. נתון זה שונה מן מאפייני ההפניה 21. JV הם השתנו באופן דרסטי על ידי בחירת מולקולת Ti alkoxide. אנא לחץ כאן כדי נiew גרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור 2: סריקת מיקרוסקופ אלקטרוני תמונות (SEM) לניתוח מבני הפרדת פאזות. נתון זה שונה מן ההפניה 21. המורפולוגיה של שכבת photoactive מתקבלת בהגדלה גבוהה (50,000 ×). המבנים הפרדת פאזות של Ti (IV) isopropoxide או ethoxide היו מקובלים והיתה לו המשכיות נאותה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

טיטניום (IV) isopropoxide טיטניום (IV) ethoxide טיטניום (IV) butoxide טיטניום (IV) פולימר butoxide
JSC [מיקרו-אמפר / 2 ס"מ] 191 182 121 25
Voc [V] 0.53 0.61 0.61 0.16
FF 0.31 0.33 0.23 0.18
PCE [%] 0.031 .036 0.017 .0007

טבלה 1: ביצועי תא סולארי עבור bulkiness הכימי השונה של Ti-alkoxides. טבלה זו שונה מן ההפניה 21. JV מאפיינים של התאים הסולריים BHJ לכל Ti-alkoxide מוצגות באיור 1, ואת פרמטרי ביצועים המתאימים מפורטים בטבלה זו.

טבלה 2
טבלה 2: השלב-הפרדה נציגמודלים לניתוח ספקים חינם קיימים. טבלה זו שונה מן הפניה 21. באופן אידיאלי, מורפולוגיות, כמו זו של מודל B, נדרשים מנקודת המבט של קיומה של ספקים רבים ללא תשלום.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

על מנת לנצל את bulkiness המולקולה בשיטה זו, חשוב לדעת את התנאים להיווצרות סרטם של ציפוי ספין. ראשית, מוליכים למחצה מסוג p ו- n-type חייב להיות מסוגל להיות מומס ממיסים. כאשר חומר נשאר, היא תהפוך הליבה הגדולה של התחומים בשכבת photoactive. השימוש מסנן מסחרי הולם ממסי פרט מומלץ להסיר את החומר שנותר. לאחר מכן, הפתרון המבשר שבו המולקולות לפזר חייב להיות אחיד בצורה הומוגנית מודפס כשכבת photoactive על פני מצע איטו / הזכוכית כ 60 שניות. תהליך זה מבוצע עם שלושת השלבים הבאים. ראשית, הפתרון מבשר ואת מצע איטו / זכוכית נשמרים בטמפרטורה של כ -70 מעלות צלזיוס. שנית, המצע מוגדר מיד על הבמה של coater ספין. לבסוף, כמה טיפות של הפתרון המבשר הם שפכו ולהתפשט על פני השטח של המצע, בהקדםככל האפשר, ואת coater ספין הוא התחיל מיד. המצע המחומם מונע ירידה מהירה בטמפרטורה של הפתרון מבשר על פני מצע איטו / זכוכית. שיטה זו שולטת educts מהפתרון המבשר על ידי שינוי תרמית מהיר. שפעת הפתרון המבשר המחומם מקדמת חלקה מתפשטת על פני המצע, בשל הירידה הצמיגה, ומקלה על ההיווצרות של סרט דק שטוח אחיד. יתר על כן, תהליך ספין הציפוי מתבצע נגלה לעין המכסה. זה מקדם את אידוי הממסים מן המצע במהלך התהליך ~ 60-s.

אם תתקל בבעיות בעת השימוש בשיטת הנ"ל בשל תנאי הניסוי וציוד, השיטות הבאות מומלצות. אם המצע מחומם לא יכול לזוז על הבמה של coater ספין, המצע יכול להיות מחומם עם אקדח חום מיד לפני השימוש. יתר על כן, אם דרוש זמן נוסף לרדת הפתרון המבשר, חימום tהוא מבשר פתרון לכ 75-80 מעלות צלזיוס מומלץ.

יתר על כן, מבנה שלב ההפרדה וגדל שלב התחום יהיה שונים בהתאם תורם אלקטרון אדם הנבחר. כאשר תורמים אלקטרון למעט PFO-DBT מסומנת, שינוי יחס P / N ותערובת של שני Ti-alkoxides עם bulkiness שונה כמו acceptor אלקטרון שיטות שימושיות לקבלת מבנה שלב הפרדה מתאימה. השיטה שלנו עבור בקרת מבנה שלב ההפרדה שונה משייטת הממס הקונבנציונלית 18-20, 33. לכן, השיטה שלנו יכולה להיות שונה לתורמי אלקטרוני acceptors שיש solubilities רק כמה ממסים מוגבלים.

לבסוף, יש לנו הפגינו שיטה עבור ייצור של תאים סולריים להדפסה, פולרן-חינם לחלוטין, בתפזורת-heterojunction מבוסס על השימוש Ti-alkoxides כמו acceptor אלקטרונים פולימר מוליך-למחצה כמו תורם אלקטרון. יתר על כן, לאהפרוטוקול שלו הוכיח כי הוא יעיל לשלוט במבנה שלב הפרדה באמצעות bulkiness המולקולרית, ללא בשיטת הממס הקונבנציונלית. שיטה זו עשויה לחול על מערכות באמצעות מספר מסוג n ומוליכים למחצה מסוג p, אשר מתמוססים רק בעוד כמה ממיסים. כמו כן, אנו מזכירים את המגבלות של שיטה זו. אנו חושבים כי שיטה זו שימושית רק מערכת דו-מרכיב. הסיבה לכך היא כי שיטה זו יכולה לשלוט על הפרדת פאזות ידי פוגע ארגון עצמי באמצעות bulkiness של מולקולה אחת מתוך שני סוגים של מולקולות. לכן, אינם יכול לומר כי מערכה תלת-מרכיב תהיה ישימה. נחקור את התחולה למערכות אלו בעתיד. אנו צופים כי, בנוסף תאים סולריים אורגניים לחלוטין, תאים סולריים היברידיים גם יהפכו פופולריים בעתיד הקרוב.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי JSPs KAKENHI גרנט מספר 25871029, קרן זכוכית גיליון ניפון עבור חומרים מדע והנדסה, ואת מרכז לקידום תעשייתי טוצ'יגי. The National Institute of Technology, אוים המכללה, גם סייעה עם עלויות פרסום מאמר זה.

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

הנדסה גיליון 119 תאים סולריים להדפסה מלא תאים סולריים-heterojunction בתפזורת תאים סולריים היברידית אורגני-אורגניים תאים סולריים סרט דק Ti-alkoxide acceptor האלקטרון הפרדת פאזות
בקרת מורפולוגיה עבור תאים סולריים מילוי heterojunction אורגני-אורגניים להדפסה מלא מבוסס על מולקולה פולימרית Ti-alkoxide ו מוליכים למחצה
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