Ti-alkoksit ve Yarıiletken Polimer dayanarak Tamamen Yazdırılabilir Organik-İnorganik Toplu heteroeklem Güneş Pilleri için Morfoloji Kontrolü

Bu deneyimin genel amacı, morfoloji kontrol eden elektron alıcıları olarak hacimli titanyum alkoksitleri kullanarak tamamen yazdırılabilir, fulleren içermeyen dökme heteroeklem güneş pilleri üretmektir. Bu yöntem, organik-inorganik hibrit toplu heteroeklem güneş pillerinin fotoaktif tabakasının faz ayırma yapısını kontrol etmekle ilgili toplu heteroeklem güneş pili alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, geleneksel çözücü yönteminin çözünürlük sınırlamaları olmaksızın hacimli moleküllerle kendi kendine organizasyonu engelleyerek faz ayırma yapısını kontrol etmesidir.

Bu tekniğin etkileri, daha yüksek genel güneş pili verimliliği elde etmeye kadar uzanır, çünkü yüklü ayırmalar ve yüklü transfer her zaman aktif katmanda gerçekleşir. Dolayısıyla, bu yöntem PFO-DVT elektron verici sistemi hakkında bilgi sağlayabilir. Ayrıca P3HT veya PTV7 gibi yarı iletken polimerlerle de çalıştırılabilir.

Prosedüre başlamak için, bir cam kesici kullanarak, 1.1 milimetre kalınlığında bir ITO cam alt tabakayı iki santimetreye iki santimetre kareler halinde kesin. Dijital bir multimetre ile her karenin iletken tarafını belirleyin. Her karenin iletken tarafını iki şerit maskeleme bandı ile örtün ve merkezde iki milimetreye iki santimetrelik bir alan bırakın.

Her karenin açıkta kalan, iletken alanına birkaç damla bir molar hidroklorik asit yerleştirin. İletken tabakada bir şerit çizmek için karelerin üç dakika oturmasına izin verin. Ardından, hidroklorik asidi pamuklu bir takasla silin ve maskeleme bandını çıkarın.

Kareleri bir cam kaba koyun ve kabı deiyonize su ile doldurun. Kabı ultrasonik temizleyici su banyosuna yerleştirin. Ultrasonik temizleyiciyi 15 dakika boyunca 42 kilohertz'de çalıştırın.

Ardından, kareleri aseton ve izopropanol içinde her biri 15 dakika boyunca temizleyin. Kareleri kuru hava akımı altında kurutun. Ardından kuru kareleri ultraviyole ozon temizleyicide 30 dakika boyunca temizleyin.

Öncü çözeltileri hazırlamak için, 0.5 miligram PFO-DBT ve 1.0 miligram seçilen titanyum alkoksiti bir mililitre klorobenzen içinde çözün. Işığı dışlamak için şişeyi alüminyum folyoya sarın. Öncü karışımı 70 RPM'de karıştırırken 700 santigrat dereceye ısıtın.

Karışımı bu sıcaklıkta yaklaşık 20 dakika karıştırın. Çözelti berrak göründüğünde, oda sıcaklığına soğumaya bırakın. Referans standart olarak 0.5 miligram PFO-DBT ve 1.0 miligram 60-PCBM'yi bir mililitre klorobenzen içinde çözün.

Referans standardını öncülerle aynı koşullar altında ısıtın, karıştırın ve soğutun. Bir spin kaplamaya hazırlanmak için, öncüyü veya referans çözeltiyi 70 santigrat derecede bir sıcak plaka üzerinde 700 RPM'de 10 dakika karıştırarak önceden ısıtın. Kazınmış ITO cam alt tabakanın bir karesini seramik bir sıcak plaka üzerinde 70 derecede beş dakika ısıtın.

Ardından, ısıtılmış ITO cam kareyi spin kaplayıcı vakum aşamasının ortasına yerleştirin. Bu kareyi bir ısı tabancasıyla 70 dereceye ısıtın ve ardından kareyi yerine sabitlemek için vakum pompasını açın. Bir mililitrelik şırıngaya 0,5 mililitre ılık öncü veya referans solüsyon çekin ve solüsyonu hemen kareye yerleştirin.

Ardından, 50 nanometre kalınlığında bir film oluşturmak için sıkma kaplayıcıyı havada 60 saniye boyunca 2.000 ila 6.000 RPM'de çalıştırın. Işık yokluğunda yüzeyin oda sıcaklığında 10 dakika kurumasını bekleyin. Ardından, fazla fotoaktif materyali çıkarmak için klorobenzen ile ıslatılmış bir pamuklu çubuk kullanın.

Yüzeyi aynı koşullar altında tekrar kurutun. Faz ayırma yapısını analiz etmek için, hazırlığı burada durdurun ve fotoaktif katmanın görüntülerini elde etmek için bir optik veya taramalı elektron mikroskobu kullanın. Fotoaktif malzeme kaplı bir ITO cam kareye organik bir elektrot basmak için, karenin yüzeyine beş milimetreye 20 milimetre dikdörtgen bir PDOT-PSS yazdırmak için 50 mikrometre kalınlığında metal maskeli bir ekran yazıcısı kullanın.

Elektrodun ışık yokluğunda oda sıcaklığında havada 30 dakika kurumasını bekleyin. Ardından, bir elmas kesici ile 1,5 santimetreye 2,5 santimetre 1,2 milimetre kalınlığında bir cam alt tabaka parçası kesin. Epoksi reçineyi plastik bir spatula ile cam parçasının üzerine yayın.

Camı epoksi tarafı aşağı bakacak şekilde numunenin üzerine yerleştirin ve numune yüzeyinin bir tarafını açıkta bırakın. Destek elektrotlarını aseton ve pamuklu çubukla temizleyin. Destek elektrotlarını karenin kalan açıkta kalan yüzeyine lehimlemek için ultrasonik bir havya kullanın.

Bir güneş simülatörü ile hücrenin mevcut voltaj özelliklerini ölçün. Test edilecek her titanyum alkoksit ve referans olarak PFO-DBT için bu prosedürü tekrarlayın. Organik-inorganik toplu heteroeklem güneş pilleri, elektron alıcısı olarak dört farklı titanyum alkoksit kullanılarak üretildi.

Akım voltajı özellikleri, fotoaktif tabakanın faz ayırma yapısındaki farklılıklara atfedilen alkoksit özelliklerinden önemli ölçüde etkilenmiştir. Titanyum dört izopropoksit, etoksit ve butoksit kullanan hücrelerin kısa devre akım yoğunlukları, bir butoksit polimeri kullanan hücreninkinden çok daha yüksekti. Fotoaktif katmanların taramalı elektron mikroskobu, titanyum dört etoksit ve izopropoksit hücreleri için kabul edilebilir faz ayırma yapıları gösterdi.

Titanyum dört butoksit hücresi, butoksidin hacmine atfedilen biraz daha kötü faz ayrımı gösterdi. Titanyum dört butoksit polimerinin daha da büyük kütlesi, optimal faz ayrımını yasaklıyordu ve bu da fotoaktif katmanda zayıf yük oluşumuna neden oluyordu. Her gelişmeden sonra, bu teknik, organik-inorganik hibrit güneş pilleri alanındaki araştırmacıların, yüksek verimli fotoaktif katmanlar için çeşitli malzemelerin kombinasyonlarını keşfetmelerinin yolunu açtı.