Summary
כתב יד זה מתאר כיצד לעצב, הרכיבו יעיל SMPV1:PC הפוכה71מוניטור השמש תאים עם ZnO nanorods (NRs) גדל על שכבת זרע ZnO באל-מסטול (אזו) באיכות גבוהה. מיושר היטב באופן אנכי אוריינטציה ZnO NRs נספח מאפייני גבישי גבוהה. המרת כוח יעילות תאים סולריים יכולים להגיע 6.01%.
Abstract
כתב יד זה מתאר כיצד לעצב, הרכיבו יעילות תאים סולריים הפוכה, אשר מבוססים על מולקולה קטנה מצומדת דו-ממדית (SMPV1) ו- [6, 6] - phenyl - C71-חומצה בוטירית מתיל אסטר (PC71מוניטור), על ידי ניצול ZnO nanorods (NRs) גדל על שכבת זרע ZnO באל-מסטול (אזו) באיכות גבוהה. התאים הסולאריים71מוניטור SMPV1:PC הפוכה עם NRs ZnO שגדל על שני בהיסוס, סול-ג'ל זרע אזו מעובד שכבה מיוצרים. הסרט דק אזו sputtered לעומת הסרט דק אזו שהוכנו על ידי שיטת סול-ג'ל, תערוכות התגבשות טוב יותר, חספוס בפני השטח נמוך יותר, על פי צילום רנטגן עקיפה (XRD) ומדידות מיקרוסקופ (AFM) כוח אטומי. הכיוון של NRs ZnO גדל על שכבת זרע אזו בהיסוס מראה יותר יישור אנכי, שמועיל לתצהיר של השכבה הפעילה עוקבות, ויוצרים מורפולוגיות השטח טוב יותר. באופן כללי, המורפולוגיה משטח של השכבה הפעילה בעיקר חולש על הגורם מילוי (FF) של המכשירים. כתוצאה מכך, NRs ZnO מיושר היטב יכול לשמש כדי לשפר את האוסף המוביל של השכבה הפעילה וכדי להגדיל את FF של תאים סולריים. יתר על כן, מבנה נגד השתקפויות, זה גם יכול להיות מנוצל כדי לשפר את האור קציר של השכבה הקליטה, עם יעילות המרה כוח (PCE) של תאים סולריים להגיע 6.01%, גבוה יותר סול הג'ל המבוסס על תאים סולריים עם יעילות של 4.74 %.
Introduction
התקנים אורגניים (האוראלי) photovoltaic עברו לאחרונה מדהים התפתחויות ביישום של מקורות אנרגיה מתחדשים. מכשירים כאלה אורגני יש יתרונות רבים, כולל תהליך הפתרון תאימות, עלות נמוכה, קל משקל, גמישות, וכו1,2,3,4,5 עד עכשיו, תאים סולריים פולימר (מגירסה) באמצעות PCE של יותר מ-10% פותחו על-ידי ניצול של פולימרים מצומדת מעורבב עם71מוניטור PC6. לעומת מגירסה מבוסס פולימר, OPVs מבוסס-מולקולה קטנה (SM-OPVs) משכו תשומת לב יותר כשמדובר בדיית OPVs עקב שלהם מספר יתרונות, כולל מבנה כימי מוגדרים היטב, סינתזה נתיישב, טיהור, ו בדרך כלל גבוה יותר המתחים במעגל פתוח (Voc)7,8,9. בזמן הנוכחי, מבנה דו-ממד מצומדת מולקולה קטנה SMPV1 (2,6-Bis[2,5-bis(3-octylrhodanine)-(3,3-dioctyl-2,2':5,2 '-terthiophene)]-4,8-bis((5-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene) עם BDT-T (benzo [1, 2-b:4, 5-b'] dithiophene) וגם ליבה יחידה 3-octylrodanine סוף-הקבוצה פורש אלקטרון10 כבר מעוצבים ורגילים להתמזג עם PC71מוניטור מבטיח יישום OPVs בר קיימא. PCE של תאים סולאריים קונבנציונליים מולקולה קטנה (SM-OPVs) מבוסס על SMPV1 מעורבב עם PC71מוניטור הגיעה יותר 8.0%10,11.
בעבר, מגירסה יכול להיות משופרת, ממוטב פשוט על-ידי התאמת עובי השכבה הפעילה. עם זאת, בניגוד מגירסה, SM-OPVs באופן כללי יש אורך דיפוזיה קצר יותר, אשר מגביל באופן משמעותי את עובי השכבה הפעילה. מכאן, כדי להגביר עוד יותר את צפיפות זרם קצר (Jsc) של SM-OPVs, ניצול של ננו-מבנה12 או NRs9 כדי לשפר את הספיגה אופטי של SM-OPVs נהיה נחוץ
בין השיטות, המבנה NRs נגד השתקפות יעיל בדרך כלל עבור קציר אור של השכבה הפעילה במגוון רחב של אורכי גל; לכן, לדעת כיצד לגדל מיושר היטב NRs תחמוצת אבץ שכיוונו אנכי (ZnO) הוא מאוד קריטי. חספוס פני השטח של שכבת זרע מתחת לשכבת ZnO NRs יש השפעה רבה על הכיוון של מערכי של נאט ו; לכן, על מנת להפקיד NRs מונחה היטב, התגבשויות של שכבת זרע צריך להיות בדיוק מבוקרת9.
בעבודה זאת, הסרטים אזו מוכנות על ידי theRadio-תדר (RF) sputtering טכניקה. לעומת טכניקות אחרות, RF sputtering ידוע להיות טכנולוגיה יעילה ניתן להעברה לתעשיית עבורו היא טכניקה התצהיר אמין, אשר מאפשר את הסינתזה של טוהר גבוהה, אחיד, חלקה, עצמית קיימא אזו סרטים רזה לגדול על פני שטח גדול סובסטרטים. ניצול של RF sputtering התצהיר מאפשרת היווצרות של סרטים אזו באיכות גבוהה עם חספוס מופחתים של פני השטח של תצוגת התגבשות גבוהה. לכן, בשכבה צמיחה עוקבות, כיווני של NRs מאוד מיושרים, אז אפילו יותר בהשוואה לסרטים ZnO שהוכנו על ידי שיטת סול-ג'ל. בעזרת טכניקה זו, PCE של תאים סולאריים מולקולה קטנה הפוכה בהתבסס על מערכים ZnO NR שכיוונו אנכי מיושר היטב יכול להגיע 6.01%.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. צמיחה של שכבת זרע אזו בהיסוס על המצע איטו
- מקל קלטת נגד קורוזיה 4 חתיכות (0.3 x 1.5 ס מ) בצד אחד של המצע תחמוצת בדיל (ITO) אינדיום את הטופס ריבוע (1.5 x 1.5 ס מ). מכניסים את איטו חומצת מלח למשך 15 דקות לחרוט באזור החשוף של איטו.
- הוצא את הקלטת ולנקות את הדגימה באמצעות sonicator; sonicate עם יונים (DI) מים, אצטון, אתנול אלכוהול איזופרופיל בתורו במשך 30 דקות כל אחד. מייבשת קריטון בדוגמת עם אקדח חנקן דחוס.
- חברו של סובסטרטים איטו בדוגמת נקי על המחזיק המצע על ידי הקלטת, וטען בעל אל החדר המרכזי של RF מערכת התזה. משאבת הלחץ קאמרית מתחת 4 x 10-6 טנדר של גוה של via מכני משאבת דיפוזיה כדי להבטיח טוהר הסביבה.
- הוספת גז ארגון טהור (קצב הזרימה: 30 sccm) לתוך התא ואת הבקרה המשאבה כדי לשמור על הלחץ של תא 1 mtorr.
- להכין את השכבות זרע אזו באמצעות על הגג (13.56 MHz) sputtering שיטה, בהתבסס על שיטת דיווח13. השתמש מימד בתוך 2 מעגלי אזו היעד קרמיקה (2 wt % אל2O3 ב ZnO) להפקיד אותם על גבי מצעים זכוכית ITO מראש נקי. שמור על המרחק מטרה-כדי-המצע ב 10 ס מ.
- לשמור על לחץ-1 mtorr וכוח RF בגיל 40 W במהלך התצהיר. בקרת הטמפרטורה המצע בטמפרטורת החדר. להגדיר הטיה DC יישומית, התצהיר קצב ל 187 V, 4 nm/min, בהתאמה להפקיד את סרט דק אזו. עובי השכבה אזו זרע צריכה להיות נשלטת על 40 ננומטר המבוסס על המסך עובי גביש הקוורץ.
- לאחר המדגם מתקררת עד 30 מעלות צלזיוס בתא, כבה את המשאבה ואת הכנס גז חנקן אל החדר המרכזי עד ניתן לפתוח את התא. הסר את הדגימה המחזיק המצע.
2. צמיחה של סול-הג'ל מעובד שכבת זרע ZnO על המצע איטו
- להפקיד את שכבת זרע ZnO על המצע איטו בדוגמת מאת ספין סול-ג'ל ציפוי השיטה14. אבץ אצטט וגופרית והרכבו, 2-methoxethanol, monoethanolamine (מאה) משמשים את ההתחלה החומרים הממס, מייצב, בהתאמה.
- להמיס וגופרית והרכבו של אצטט אבץ (4.39 גרם) תערובת של 2-methoxethanol (40 מ ל) MEA (1.22 g) כדי להשיג את ריכוז אצטט אבץ 0.5 M.
- מוסיפים את התערובת המתקבלת ב 60 מעלות צלזיוס במשך שעתיים. תן את סול לשבת במשך 12 שעות ליצור פתרון הומוגני ברורה ושקופה.
- להפקיד את שכבת זרע ZnO אל נקי סובסטרטים זכוכית ITO בדוגמת באמצעות שיטת ציפוי ספין. הוספת פתרון סול-ג'ל 0.1 מ"ל על גבי המצע ולסובב ב-3000 סל ד ל 30 s באמצעות עם coater ספין.
- לאחר ספין ציפוי, יבש הסרט ב 200 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות על פלטה חמה כדי לאפשר הממס להתאדות ולהסיר את שאריות אורגניות. עובי השכבה זרע ZnO צריך להיות 40 ננומטר14.
3. צמיחת מערך NR ZnO על שכבת זרע
- לגדול המערך ZnO NR בשיטת הידרותרמי.
- Mix 1.49 g אבץ חנקת hexahydrate (Zn (3)2·6H2O), 0.7 g hexamethylenetetramine (HMT) (C6H12N4) במים 100 מ ל די. מוסיפים את התערובת המתקבלת בטמפרטורת החדר למשך 30 דקות.
- לצרף את הצד איטו של שכבת זרע בהיסוס אזו עם הדגימות סול-ג'ל ZnO הזכוכית לכסות בעזרת קלטת. הכניסו את הדגימות 50 מ ל צינור חרוטי פוליפרופילן מלא עם הפתרון 50 מ של Zn (3)2·6H2O ו- HMT.
- במהלך הגידול, מחממים את צינור פוליפרופילן חרוט על ידי הנחת אותו אופקית בתנור מעבדה עם הדוגמאות הספין מצופה מופנות כלפי מטה, לשמור על הטמפרטורה ב 90 מעלות צלזיוס במשך 90 דקות.
- בסוף תקופת הצמיחה, להסיר את סובסטרטים הפתרון ולשטוף מיד המשטח דגימת די מים, אתנול (בתוך שני שטיפת בקבוקים) בתורו במשך 1 דקה לכל להסרת משקעי מלח מעל פני השטח. מייבשת את הדגימה באמצעות אקדח חנקן דחוס ואופה זאת על פלטה חמה ב 250 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות.
4. ייצור ומדידה של תאים סולריים מולקולה קטנה הפוכה
- לטעון את המצע איטו עם המערך ZnO NR על גבי coater ספין בתא הכפפות. לערבב 1 מ"ל של טולואן המכיל 15 מ ג של SMPV1, 11.25 מ ג של PC71BM. הוסף פתרון 0.1 מ"ל, ספין המדגם-2,000 סל ד 40 s באמצעות coater של ספין, ו anneal זה ב 60 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות.
- לאחר תהליך הריפוי למקם את המצע מערכת אידוי תרמי. משאבת תא ואקום בתחילה באמצעות משאבה מכנית עד הלחץ מגיע 4 x 10 טנדר של גוה של-2 , ולאחר מכן לעבור טורבו לשאוב כדי לגרום ללחץ הסביבתי < 4 x 10-6 טנדר של גוה.
- הפקדה MoO3 שכבה בקצב התצהיר של 0.1 nm/s על ידי חימום MoO3 אבקת בסירה מוליבדן resistive עם Z-יחס של 1.0 וזרם קלט של 105 א הפקדה היועץ המשפטי לממשלה שכבה בקצב התצהיר של 0.5 ננומטר/s על ידי חימום כסף ingot ב- resistive t ungsten סירה עם Z-יחס של 0.529, זרם קלט של 190 א המערכת צריכה לכלול צג גביש הקוורץ קצב אידוי לשליטה תהליך אידוי. העובי של MoO3 , שכבות Ag צריכה להיות נשלטת להיות 5 ו 150 nm, בהתאמה המבוסס על המסך עובי גביש הקוורץ.
- לאחר המדגם מתקררת עד 30 מעלות צלזיוס בתא, לכבות את המשאבה ולאחר הכנס גז חנקן אל החדר עד ניתן לפתוח את התא. הסר את הדגימה ממחזיק המצע וטען המדגם לתוך בתא הכפפות.
- לפתוח את מערכת סימולטור שמש ולהמתין 20 דקות עד מקור האור של המערכת תהיה יציבה. להאיר את הדגימה-mW/cm 1002 מסימולטור שמש של מסת אוויר 1.5 גלובלית (AM 1.5G) באמצעות מסנן. במקביל, להשתמש במנתח לטאטא את המכשיר מ-1 V +1 V כדי להשיג צפיפות זרם-מתח (J-V) עקומת14,15.
5. אפיון טכניקות
- לבצע את measurment קרני רנטגן16 עם מקור Cu Kα ללמוד את המבנים NRs ZnO, וביום בשכבת זרע בהיסוס אזו בשכבת זרע ZnO סול-ג'ל מעובד. מהירות הסריקה צריך להיות 1 ° / min, הטווח הסריקה צריך להיות 10-90 ° (2θ).
- לאפיין את תמונת חתך של הדגימות ומורפולוגיה פני השטח על ידי פליטת שדה סריקה מיקרוסקופ אלקטרונים17 על-ידי הגדרת את מתח ההפעלה ב-10 kV.
- לקבל פוטולומיניסנציה מיקרו (PL) ספקטרום של כל הדגימות באמצעות לייזר הוא-Cd CW nm 325 (20 mW) כמקור עירור עם 2,400 מ"מ/חריצים שוחק ב גאומטריה backscattering. מדידות AllPL18 צריכה להתבצע בטמפרטורת החדר.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
מבנה שכבות של המכשירים מורכבת איטו המצע/אזו (40 ננומטר) / ZnO NRs שכבה, SMPV1:PC71מוניטור (80 ננומטר) / MoO3 (5 ננומטר) /Ag (150 ננומטר) כפי שמוצג באיור1. באופן כללי, שכבת זרע אזו או ZnO נעשה שימוש נרחב לתפקד כמו שכבת התעבורה אלקטרון (ETL) מגירסה מכשירים. מלבד מגירסה, SM-OPVs בדרך כלל יש שכבה פעילה קצר יותר, מוגבל על ידי אורך דיפוזיה קצר8. לפיכך, כדי לשפר את היכולת קציר-אור של התקנים, השכבה ZnO NRs הוא הציג גדל על שכבת זרע, לעבודה כשכבת נגד השתקפות כדי לשפר את אוסף של האור התקרית, וכדי להגדיל את שטח ממשק עבור מנשא אוסף12,באותו הזמן14.
החספוס של שכבת זרע ומורפולוגיה משטח יש השפעה משמעותית על הכיוון של המערכים NR. איור 2a ו תמונות areAFM 2b איור של שכבת זרע המבוסס על שיטת המלהגים ובשיטת סול-ג'ל, בהתאמה. המורפולוגיה משטח של שכבת זרע סול-ג'ל מעובד ניתן לראות לא רק בנספח חספוס גבוה יותר, אלא גם כדי ליצור תבנית רכס טבעי. כתוצאה מכך, הכיוון של המערכים NR גדל על השכבה סול-ג'ל מעובד יהיה הרבה יותר קשה מאשר שכבות גדל בטכניקה המלהגים. איור 2 c ואיור דו-ממדי להראות המיקרוסקופ האלקטרוני סריקה (SEM) תמונות של המערכים NR גדל על השכבה זרע בהיסוס, בשכבת זרע סול-ג'ל מעובד בהתאמה. . בבירור, הכיוון של המערכים NR גדל על השכבה אזו sputtered יכול להיות שנצפו להיות טוב יותר מאשר אלה גדל על השכבה ZnO סול-ג'ל מעובד.
בנוסף תמונות SEM, להעריך עוד יותר את הכיוון של המערכים NR, משמש XRD ניתוח (איור 3) כדי לזהות את הכיוון ואת התגבשות של המערכים NR. לעומת ספקטרום XRD של NRs גדל על שכבת זרע סול-ג'ל מעובד, הספקטרום של מערכים NR המבוסס על שכבת זרע בהיסוס להראות חזק יחסית לשיא ב- 34.5 מעלות, המציין כי לא רק את הכיוון, אלא גם התגבשות NR ZnO מערכים אני . זה יותר טוב על השכבה sputtered מאשר על השכבה תהליך סול-ג'ל.
כמו גם XRD המדידה של שכבת זרע, ספקטרום ממוצע-PL של NRs נמדדים גם. איור 4 מראה ספקטרום PL של המערכים NR עם שיטות שונות התצהיר. הפסגה פליטה-385 nm מקורו רקומבינציה excitonic19. מצד שני, פליטת הספקטרום ירוק מגיע חמצן משרות פנויות (פגמים מהותיים), שוב רומז איכות הסרט השכבה sputtered הוא טוב יותר האיכות של הסרט נוצר על ידי שיטת סול-ג'ל. זה יכול להיות לב כי ספקטרום PL של NRs ZnO-אזו בהיסוס מראה לשיא חלשה משמעותית ב 385 nm בהשוואה לזו של NRs ZnO-סול-ג'ל ZnO. זה משמעותי PL שכבתה מתרחשת במערך ZnO NR על שכבת זרע אזו בהיסוס, רומז כי שכבת זרע אזו מכיל יותר אקסיטון דיסוציאציה, לחייב יכולת ההפרדה מזה של שכבת זרע סול-ג'ל ZnO. התוצאות לחשוף השכבה אזו/ZnO NRs מבוסס על תהליך המלהגים שנראה שכבה אלקטרון התחבורה טוב יותר מאשר זה מבוסס על תהליך הפתרון.
איור 5 מראה את המאפיינים J-V של המכשירים עם שכבת זרע אזו בהיסוס ומעובדים סול-ג'ל ZnO שכבת זרע. קצר חשמלי J הנוכחיsc, מעגל פתוח מתח Voc, FF ו- PCE את הנגזרות העקומות J-V. המכשירים עם שכבת זרע בהיסוס התערוכה Jsc של אמא/cm 11.962, Voc של 0.87 V, FF של 57.8%, ו- PCE של % 6.01, שזה טוב יותר סול הג'ל עיבוד תא פוטו-וולטאי עם Jsc 10.01 mA/cm2, Voc של 0.88 V , FF של 53.8% ו- PCE של 4.74%.
טבלה 1 מציגה את הביצועים של המכשירים עם שכבות שונות זרע. על ידי ניצול בשכבת זרע בהיסוס, מסודרים היטב ETL NR ZnO שכיוונו אנכי יכול להיווצר, ובכך לא רק את הספיגה, אלא גם את היעילות אוסף המוביל יכול להיות משופרת. כתוצאה מכך, לעומת המכשירים סול-ג'ל מעובד, מכשירים עם שכבת זרע בהיסוס התערוכה גבוה Jsc (11.96 mA/cm2) והערך יותר טוב FF (57.8%), כפי שמוצג בטבלה 1.
איור 1: תרשים סכמטי של מבנה תא פוטו-וולטאי מולקולה קטנה הפוכה. מבנה שכבות של המכשירים כללה איטו המצע/אזו (40 ננומטר) / שכבה ZnO NRs, SMPV1:PC71מוניטור (80 ננומטר) / MoO3 (5 ננומטר) /Ag (150 ננומטר). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: AFM תמונות SEM מערך ZnO נ. AFM תמונות של מערך ZnO NR גדל על () שכבת זרע אזו בהיסוס ו- (b) סול-ג'ל מעובד ZnO שכבת זרע; תמונות SEM להציג העליונה של מערך ZnO NR גדל על (c) (d) סול-ג'ל בעלת שכבת זרע אזו בהיסוס לעבד ZnO שכבת זרע. יכול להיות שנצפו על החספוס של השכבה ZnO NRs ומורפולוגיה השטח באמצעות הדימויים AFM ו- SEM. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3: XRD ספקטרום של מערך ZnO נ. התבנית XRD מערך ZnO NR גדל על שכבת זרע אזו בהיסוס, סול-ג'ל לעבד ZnO שכבת זרע. ניתן לזהות את הכיוון ואת התגבשות NRs באמצעות ספקטרום XRD. המערך ZnO NR גדל על שכבות זרעים שונים המוצגים כמעט את אותו הכיוון (002). כוחו של הפסגה (002) NRs בשכבת זרע אזו בהיסוס היא חזקה יותר כי על סול-ג'ל מעובד ZnO זרע שכבה, חושף NRs ZnO בשכבת זרע אזו בהיסוס מוצגים טוב יותר אנכי אוריינטציה לאורך הציר (002). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4: PL ספקטרום של שכבת זרע אזו ואני ZnO. ספקטרום PL של שכבת זרע אזו בהיסוס, שכבת זרע ZnO סול-ג'ל מעובד. ניתן להעריך את הליקויים ואת היכולת דיסוציאציה אקסיטון של NRs מאת ספקטרום PL. הפסגה פליטה-385 nm מקורו רקומבינציה excitonic, פליטת הספקטרום ירוק מגיע חמצן משרות פנויות של המערך ZnO NR. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5: עקומת J-V של המכשירים עם שכבות זרע שונה. J-V מאפייני התקנים תחת תאורה עם שכבת זרע אזו בהיסוס, סול-ג'ל לעבד ZnO שכבת זרע. הביצועים של התאים הסולאריים יכול להיגזר עקומות J-V14. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
| התקנים | Voc (V) | Jsc (מא/cm2) | FF (%) | PCE(%) |
| שכבת זרע המלהגים | 0.87 | 11.96 | 57.8 | 6.01 |
| סול-ג'ל מעובד שכבת זרע | 0.88 | 10.01 | 53.8 | 4.74 |
טבלה 1: הביצועים של המכשירים עם שכבות זרע שונה. סיכום של הביצועים של המכשירים נגזר עקומות J-V כולל זרם קצר חשמלי, לפתוח מעגל מתח, במקדם המילוי, ואת יעילות ההמרה של כוח
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
על ידי ניצול interlayer את NRs הטובה, Jsc והן של FF של המכשירים ניתן לשפר. עם זאת, חספוס פני השטח של NRs ישפיע גם על התהליכים הבאים. לפיכך, את הכיוון, המורפולוגיה משטח של NRs צריך להיות בזהירות מניפולציות. במשך זמן רב, סול-הג'ל לעבד ETL כגון TiO2 ו ZnO היו נפוצים מגירסה בשל הליכים פשוטים שלהם. עם זאת, התגבשויות של סול-ג'ל מעובד שכבות היא בדרך כלל מסוג אמורפי, המורפולוגיה משטח של השכבות קשה ברוב המכריע של המקרים. לפיכך, במחקר זה, לשלוט במדויק את איכות הסרט של שכבת זרע, שכבת זרע בהיסוס נבחר כדי להחליף את שכבת זרע סול-ג'ל מעובד. NRs ZnO גדל על שכבת זרע אזו בהיסוס גם להראות טוב יותר יישור אנכי, אשר ייטיב מאוחרים. זה הוא ציין, כי בסופו של תהליך צמיחה NRs, הממס קודמן שיורית-NRs צריך להיות מוסר ולכן המדגם צריך להיות אפוי בצלחת חמים כדי להבטיח שהממס שיורית מתייבש לגמרי. יתר על כן, כדי למנוע את אפקט מחזק שינוי פני השטח המורפולוגיה, הטמפרטורה ייבוש שוכן ב 250 מעלות צלזיוס, אשר מתחת טמפרטורת recrystallization ZnO.
באופן כללי, שכבת התעבורה של המכשירים האוראלי חולש על התחבורה של התאים הסולאריים ואוסף המוביל. כתוצאה מכך, לשפר את הניידות של השכבות התחבורה הוא מאוד קריטי9. בשונה מעובד סול-ג'ל, על ידי התאמת את הכוח RF, התצהיר טמפרטורה, סימום ריכוז של המטרה אזו, הסרט שכבת זרע אזו בהיסוס יכול לשמור על התגבשות גבוהה ניידות גבוהה.
אפילו תחת סביבות שונות או תנאים של תהליך ייצור, קל עדיין לשחזר את התוצאות של הניסוי. כל עוד איכות הסרט של שכבת זרע טוב נשלטת, המערך ZnO NR שכיוונו אנכי מיושר היטב ניתן להשיג בקלות.
למרות המערך ZnO NR מראה פוטנציאל גדול שישמשו ETL ב OPVs, ההתנגדות גיליון של המערך ZnO NR הוא עדיין גבוה. לפיכך, מערכי ZnO ע נ של אי אפשר להחליף קריטון ויש צורך להיות תואם עם איטו או אלקטרודות שקופות אחרות במהלך היישומים.
שאינו מתפקד ETL ב- SM-OPVs, מערכים ZnO NR שכיוונו אנכי מיושר היטב יכולה לעבוד גם כשכבת נגד השתקפות ב אורגניים דיודה פולטת אור (OLED) כדי להגדיל את פליטת אור20. יתר על כן, עבור יישומי תאורה, הוא יכול לשמש תורם אל חלל חורים לפלוט אור באורך גל מסוים21. כתוצאה מכך, אנו מאמינים כי איכות גבוהה בהיסוס אזו הסרט ומערכים מיושר היטב ZnO NR שכיוונו אנכי תפקיד חשוב בתעשיית אלקטרואופטיקה בעתיד.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים מצהירים כי יש להם אינטרסים כלכליים אין מתחרים.
Acknowledgments
המחברים רוצה להודות הלאומי למדע המועצה של סין על התמיכה הפיננסית של מחקר זה תחת חוזה מס רוב 106-2221-E-239-035, ואת רוב 106-2119-M-033-00.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AZO target | Ultimate Materials Technology Co., Ltd. | none | AZO (2 wt% Al2O3 in ZnO) , 3”ψx 3mmt + 3mmt Cu B/P + Bonding |
| SMPV1 | Luminescence Technology Corp. | 1651168-29-4 | 2,6-Bis[2,5-bis(3-octylrhodanine)-(3,3-dioctyl-2,2':5,2''-terthiophene)]-4,8-bis((5-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene |
| RF sputtering system | Kao Duen Technology Co., Ltd | none | http://www.kaoduen.com.tw/index.php?action=product |
| Zinc Acetate Dihydrate | J. T. Baker | 5970456 | 4.39 g |
| Monoethanolamine | J. T. Baker | 141435 | 1.22 g |
| 2-methoxyethanol | Sigma-Aldrich | 109864 | 40 mL |
| Zinc Nitrate Hexahydrate | J. T. Baker | 10196186 | 1.49 g |
| Hexamethylenetetramine | Sigma-Aldrich | 100-97-0 | 0.7 g |
| Indium tin oxide (ITO) | RiTdisplay | none | coated glass substrates (<10 Ω sq–1) |
| AFM | Veeco | Innova SPM | |
| SEM | FEI | Nova 200 NanoSEM | operation voltage: 10 kV |
| XRD | Bruker | D8 X-ray diffractometer | 2θ range: 10–90 °; step size: 0.008 ° |
| PL | Horiba | Jobin-Yvon HR800 | excitation source: 325 nm UV Laser 20 mW |
| solar simulator | Newport | 91192A | AM 1.5G |
| Precision Semiconductor Parameter Analyzer | Keysight Technologies | Agilent 4156C | sweep from -1 to +1 V |
| toluene | Sigma-Aldrich | 108-88-3 | 1 mL |
| PC71BM | Sigma-Aldrich | 609771-63-3 | 11.25 mg |
| Thermal evaporation system | Kao Duen Technology Co., Ltd | Kao Duen PVD System | http://www.kaoduen.com.tw/index.php?action=product |
| HCl | Sigma-Aldrich | 7647-01-0 | |
| MoO3 | Alfa Aesar | 1313-27-5 | 99.50% |
| silver ingot | ADMAT Inc. | none | 100.00% |
| Thin Film Deposition Controller | INFICON | XTC | |
| anti-corrosion tape (Polyimide Film) | 3M Taiwan Corporation | none | http://solutions.3m.com.tw/wps/portal/3M/zh_TW/InsulatingTape/home/product/Polyimide/ |
| spin-coater | Chemat Technology, Inc | KW-4A | http://www.chemat.com/chematscientific/KW-4A.aspx |
References
- Dou, L., et al. Tandem polymer solar cells featuring a spectrally matched low-bandgap polymer. Nat. Photonics. 6 (3), 180-185 (2012).
- You, J., et al. Metal Oxide Nanoparticles as an Electron-Transport Layer in High Performance and Stable Inverted Polymer Solar Cells. Adv. Mater. 24 (38), 5267-5272 (2012).
- Dou, L., et al. Systematic Investigation of Benzodithiophene- and Diketopyrrolopyrrole-Based Low-Bandgap Polymers Designed for Single Junction and Tandem Polymer Solar Cells. J. Am. Chem. Soc. 134 (24), 10071-10079 (2012).
- Li, G., Zhu, R., Yang, Y. Polymer solar cells. Nat. Photonics. 6 (3), 153-161 (2012).
- You, J., et al. A polymer tandem solar cell with 10.6% power conversion efficiency. Nat. Commun. 4, 1446 (2013).
- Chen, J. D., et al. Single-Junction Polymer Solar Cells Exceeding 10% Power Conversion Efficiency. Adv. Mater. 27 (6), 1035-1041 (2015).
- Zhang, H., et al. Developing high-performance small molecule organic solar cells via a large planar structure and an electron-withdrawing central unit. Chem. Commun. 53, 451-454 (2017).
- Zhou, H., et al. Conductive Conjugated Polyelectrolyte as Hole-Transporting Layer for Organic Bulk Heterojunction Solar Cells. Adv. Mater. 26 (5), 780-785 (2014).
- Lin, M. Y., et al. Enhance the light-harvesting capability of the ITO-free inverted small molecule solar cell by ZnO nanorods. Opt. Express. 24 (16), 17910-17915 (2016).
- Liu, Y., et al. Solution-processed small-molecule solar cells: breaking the 10% power conversion efficiency. Sci. Rep. 3, 3356 (2013).
- Farahat, M. E., et al. Toward environmentally compatible molecular solar cells processed from halogen-free solvents. J. Mater. Chem. A Mater. Energy Sustain. 4 (19), 7341-7351 (2016).
- Lin, M. Y., et al. Plasmonic ITO-free polymer solar cell. Opt. Express. 22 (S2), A438-A445 (2014).
- Donato, A., et al. RF sputtered ZnO-ITO films for high temperature CO sensors. Thin Solid Films. 517 (22), 6184-6187 (2009).
- Lin, M. Y., et al. Sol-gel processed CuOx thin film as an anode interlayer for inverted polymer solar cells. Org. Electron. 11 (11), 1828-1834 (2010).
- Vandewal, K., et al. On the origin of the open-circuit voltage of polymer-fullerene solar cells. Nat. Mater. 8, 904-909 (2009).
- Sharma, R., et al. X-ray diffraction: a powerful method of characterizing nanomaterials. Recent Research in Science and Technology. 4 (8), 77-79 (2012).
- Huggett, J. M., Shaw, H. F. Field emission scanning electron microscopy a high-resolution technique for the study of clay minerals in sediments. Clay Miner. 32, 197-203 (1997).
- Lou, S., et al. Laser beam homogenizing system design for photoluminescence. Appl. Opt. 53 (21), 4637-4644 (2014).
- Huang, J. S., Lin, C. F. Influences of ZnO sol-gel thin film characteristics on ZnO nanowire arrays prepared at low temperature using all solution-based processing. J. Appl. Phys. 103, 014304 (2008).
- Leung, S. F., et al. Light Management with Nanostructures for Optoelectronic Devices. J. Phys. Chem. Lett. 5, 1479-1495 (2014).
- Lee, C. Y., et al. White-light electroluminescence from ZnO nanorods/polyfluorene by solution-based growth. Nanotechology. 20 (42), (2009).
