Tam Çözüm İşlenmiş İnorganik nanokristal Fotovoltaik Cihazlarının İmalatı

Bu prosedürün genel amacı, ligand değişimi ve tavlamadan sonra tamamen çözelti ile işlenmiş güneş pili cihazları oluşturmak için ortam koşulları altında inorganik nanokristallerin spin ve sprey kaplı filmlerini biriktirmektir. Bu yöntem, nanobilim ve uygulamalı malzeme arayüzleri alanlarındaki temel soruları yanıtlamaya yardımcı olabilir, örneğin inorganik malzemelerden nano ölçekte hazırlayarak işlevsel elektronikler oluşturabilir miyiz, böylece tüm cihazları aşağıdan yukarıya doğru çözebiliriz. Bu tekniğin ana avantajı, elektroniği yeni ve geleneksel olmayan yüzeylere püskürtmeyi düşünmeye başlayabilmemizdir.

Bu, ek biriktirme özgürlükleri sayesinde geniş ve düzensiz alanların kısa sürede püskürtülmesini içerir. Bu yöntem özellikle fotovoltaik cihazların inşası hakkında bilgi sağlayabilse de, LED'lerin, transistörlerin ve kapasitörlerin sprey işlemi gibi diğer sistemlere de uygulanabilir. Kadmiyum selenit ve kadmiyum tellür mürekkeplerini sentezlerken, piridin sentezi adımına kadar metin protokolünü takip edin.

Süpernatanı boşaltın ve 5 mililitre damıtılmış piridin ve 5 mililitre 1-propynol ekleyin. Ardından, şişeyi inert bir gazla yıkayın ve karışımı 30 dakika boyunca 40 kilohertz'de sonikleştirin. Mürekkebi bir mikron PTFE şırınga filtresinden filtrelemek ve 200 mikrolitre kurutarak mürekkebin konsantrasyonunu ölçmek de önemlidir.

Son olarak, mürekkebi gerektiği gibi piradin ve 1-propynol ile seyreltin ve mürekkebi inert gaz altında saklayın. 500 mililitrelik bir Erlenmeyer şişesinde altın klorür, trihidrat ve suyu karıştırın. Daha sonra, hazırlanan tetraoktilamoniyum bromür sarı karışıma ekleyin.

Ardından, heksanetiyol ligandını ekleyin. Ayrı olarak, sodyum borhidrürü suya karıştırın. Bu köpürme azaltıcı çözeltiyi hemen reaksiyon şişesine damla damla ekleyin.

Üç saatlik karıştırmadan sonra, organik fazı bir ayırıcı huni ile ayırın. Ardından, hacmi 20 mililitreye düşürmek için bir rotovap kullanın. Toplanan mürekkebi 50 mililitre hekzan ve 200 mililitre metanol ile yıkayın.

Katıları çökeltin ve renksiz süpernatenti boşaltın. Daha sonra, katıları havayla kurutun ve mililitre başına 70 miligram kloroformda yeniden dağıtın. ITO mürekkebi için uygun oranlarda indiyum kalay katılarının hazırlanması, bu elektrotun oldukça iletken olması için çok önemlidir.

Tavlamadan sonra oluşan oksit filmi, öncülerin nispi konsantrasyonlarındaki küçük değişikliklere karşı çok hassastır. Başlamak için, 50 mililitrelik bir polipropilen tüpte, katı indiyum nitrat hidrat ve kalay klorür dihidrat tuzlarını 10 mililitre 2-metoksietanol ile birleştirin. Bu karışıma, pH'ı tamponlamak için amonyum hidroksit ekleyin.

Daha sonra oksitleyici görevi görmesi için amonyum nitrat katısını karıştırın. Tüpü 40 kilohertz'de ılık suda 20 ila 60 dakika boyunca veya mürekkep puslu ve beyazdan renksiz ve şeffaf hale gelene kadar sonikasyon. Kare bir cam slayt kesin ve sonikasyon, ardından etinol ve aseton ile temizleyin.

Daha sonra, camı bir dakika boyunca konsantre sodyum hidroksit içine koyun. Camı kısa bir süre suyla durulayın ve ardından üzerine ITO mürekkebini sıkın. Ardından, sürgüyü hemen 400 santigrat dereceye ayarlanmış bir sıcak plakaya aktarın.

Beş dakika sonra çıkarın ve seramik bir tabak üzerinde oda sıcaklığına soğumaya bırakın. Bir multimetre veya dört noktalı bir prob ile ölçülen tabaka direnci 1.000 ohm'un altına düşene kadar ITO mürekkebini slayt üzerine katmanlamaya devam edin. Son olarak, filmi kısa bir süre seyreltik aqua regia'ya batırın ve damıtılmış suyla durulayın.

Kuruduktan sonra direnç 500 ohm'un altında olmalıdır. Şimdi, referans olarak basılı bir ızgara kullanarak, asitle aşındırma için katmanları maskelemek için selofan bant şeritleri düzenleyin. Bandın yerleştirildiği yerde, ITO cam üzerinde tutulacaktır.

Doğru desen olmadan cihazlar istenilen alana sahip olmayacak ve verim veya akım ölçümleri yanlış olacaktır. Ek olarak, modelleme, komşu cihazların birbiriyle temas halinde olmamasını sağlar ve bu, cihazın kısa devre yapmasını önler. Daha sonra, maruz kalan ITO'yu çözmek için filmi 60 santigrat derecede seyreltik aqua regia'ya batırın.

Hızlı bir durulama ve suyla kuruladıktan sonra bandı çıkarın. Ardından, herhangi bir bant kalıntısını gidermek için filmi aseton ve etinol ile sonikleştirin. Şimdi, ölçüm yapmak için temas noktası ekleyin.

Alt tabaka karesinin bir tarafındaki her bir ITO şeridinin kenarına küçük bir damla gümüş epoksi yerleştirin. Son olarak, alt tabakayı 150 santigrat derecede iki dakika ısıtın ve soğumaya bırakın. Desenli ITO cam alt tabakayı bir spin kaplayıcı üzerine yerleştirerek ve kadmiyum selenit kristal mürekkebi ile kaplayarak başlayın.

150 santigrat derecede iki dakika kurumaya bırakın ve ardından 15 saniye boyunca 60 santigrat dereceye ısıtılmış metinol çözeltisi ile bir amonyum klorüre batırın. Ardından filmi izopropanole batırın. Daha sonra, filmi inert gaz altında kurutun ve 25 saniye boyunca 380 santigrat derecede ısıtın.

Soğuduktan sonra, fazla tuzu damıtılmış suyla durulayın ve alt tabakayı inert gaz altında kurutun. İstenilen kalınlığa ulaşılana kadar bu işlemi tekrarlayın. Spin kaplamadan farklı olarak, sprey kaplama, püskürtme yapan kişiye bağlı olarak tutarsızlık nüanslarına sahiptir.

Ancak, aylarca süren deneme yanılma sürecinden sonra, işe yarayan bir yöntem bulduk. ITO cam alt tabakayı bant veya klipslerle düz, sağlam bir destek üzerine dikey olarak monte edin. Yerçekimi beslemeli bir hava fırçasına 0,25 ila bir mililitre seyreltilmiş kadmiyum mürekkebi yükleyin.

İnce, pürüzsüz filmler için daha yüksek bir basınç ayarlayın. Şimdi, alt tabaka yüzeyinden 60 milimetre uzakta, alt tabakadan nanokristal mürekkebi püskürtmeye başlayın Ardından, püskürtme akışını yüzeye dik tutarak alt tabaka üzerinde hızlı bir şekilde yan yana hareketlerle hareket ettirin. Püskürtme ile film kalınlığı, pürüzlülük ve genel morfoloji üzerinde çok daha fazla kontrole sahibiz.

Bununla birlikte, bu ek özgürlükler nedeniyle, tutarlılık elde etmek için püskürtme mesafesi, çözelti konsantrasyonu, dağıtım basıncı ve biriktirme süresi dikkatlice izlenmelidir. İstenilen kalınlık elde edilene kadar nanokristal mürekkep katmanları eklemeye devam edin. Ardından, aktif katmanları bantlayın.

Son olarak, alt tabaka üzerine bir altın nanokristal filmi püskürtülebilir. Tavlanmış filmlerde tane büyümesinin derecesini izlemek için taramalı elektron mikroskobu kullanıldı. Tek bir kadmiyum boya tabakası biriktirildikten ve amonyum klorür varlığında ısıtıldıktan sonra, ısıtma sıcaklığı ve süresi, mürekkep konsantrasyonu, püskürtme basıncı ve süresi veya sıkma hızı ayarlanarak tane boyutu optimize edildi.

Tipik olarak, daha büyük taneler daha yüksek kısa devre akımlarına sahip cihazları gösterir. UV-Vis spektroskopisi, kuantum hapsetme etkileri ile absorbans tepe korelasyonuna dayalı olarak nanokristalin boyutunu tahmin etmek için kullanılır. Kristal boyutu, öncülerin konsantrasyonu, reaksiyon sıcaklığı ve mürekkep sentezinin süresi değiştirilerek ayarlandı.

Film kalınlığını ve pürüzlülüğünü ölçmek için optik profilometri kullanıldı. Bu, her malzemenin tek bir katmanında ve tamamlanmış cihazlarda kullanıldı. Fourier dönüşümü kızılötesi spektrumları, 2, 924 ve 2, 852'de CH alkol germe bantlarının kaybolmasıyla ölçüldüğü gibi, amonyum klorür metinol tedavisi sırasında ligand değişiminin düşüşünü izlemek için alındı.

Akım voltajı özellikleri, kalibre edilmiş bir güneş simülatöründen karanlıkta ve simüle edilmiş bir güneş aydınlatması altında elde edildi. Metin protokolünde ayrıntılı bir açıklama sağlanmıştır. Bu videoyu izledikten sonra, sadece bir airbrush, hazırlanmış mürekkepler ve bir ısı kaynağı kullanarak çalışan elektronik cihazlar oluşturmak için tipik olarak çözünmeyen inorganik nanokristallerin iletken olmayan alt tabakalar üzerine nasıl püskürtüleceğini iyi anlamış olmalısınız.

Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik uygun şekilde yapılırsa bir ila iki saat içinde yapılabilir. Bu prosedürü denerken, camın çatlamasını önlemek için ısıttıktan sonra cihazınızın alt tabakalarını yavaşça soğutmayı unutmamak önemlidir. Nanomalzemelerle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini unutmayın.

Kişisel koruyucu ekipman giyerken her zaman tüm püskürtme işlemlerini çeker ocakta yapmak gibi önlemleri alın.