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

الهدف العام من هذا التجربة هو تصنيع خلايا شمسية غير متجانسة الحجم قابلة للطباعة بالكامل وخالية من الفوليرين باستخدام ألكوكسيدات التيتانيوم الضخمة كمستقبلات للإلكترون التي تتحكم في التشكل. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال الخلايا الشمسية غير المتجانسة السائبة حول التحكم في هيكل فصل الطور للطبقة النشطة ضوئيا للخلايا الشمسية غير المتجانسة السائبة العضوية غير العضوية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تتحكم في بنية فصل الطور عن طريق إعاقة التنظيم الذاتي بجزيئات ضخمة دون قيود الذوبان لطريقة المذيبات التقليدية.

تمتد الآثار المترتبة على هذه التقنية إلى الحصول على كفاءة أعلى للخلايا الشمسية الإجمالية لأن الفواصل المشحونة والنقل المشحون يحدثان دائما في الطبقة النشطة. لذلك ، يمكن أن توفر هذه الطريقة نظرة ثاقبة للنظام المانح للإلكترون PFO-DVT. يمكن أيضا تشغيله باستخدام بوليمرات أشباه موصلة مثل P3HT أو PTV7.

لبدء الإجراء ، باستخدام قاطع زجاج ، قم بقص ركيزة زجاجية ITO بسمك 1.1 ملم إلى مربعات بحجم سنتيمترين في سنتيمترين. حدد الجانب الموصل لكل مربع باستخدام مقياس رقمي متعدد. قم بتغطية الجانب الموصل لكل مربع بشريطين من الشريط اللاصق ، مع ترك مساحة ملليمترين في سنتيمترين مكشوفة في المنتصف.

ضع بضع قطرات من حمض الهيدروكلوريك أحادي المولار على المنطقة المكشوفة الموصلة لكل مربع. اترك المربعات تجلس لمدة ثلاث دقائق لحفر شريط في الطبقة الموصلة. ثم امسح حمض الهيدروكلوريك بغطاء قطني ، وقم بإزالة الشريط اللاصق.

ضع المربعات في وعاء زجاجي ، واملأ الحاوية بالماء منزوع الأيونات. ضع الحاوية في حمام مائي أنظف بالموجات فوق الصوتية. قم بتشغيل المنظف بالموجات فوق الصوتية على 42 كيلو هرتز لمدة 15 دقيقة.

ثم نظف المربعات في الأسيتون والأيزوبروبانول لمدة 15 دقيقة لكل منهما. جفف المربعات تحت تيار من الهواء الجاف. ثم نظف المربعات الجافة في منظف الأوزون بالأشعة فوق البنفسجية لمدة 30 دقيقة.

لتحضير محاليل السلائف ، قم بإذابة 0.5 ملليغرام من PFO-DBT و 1.0 ملليغرام من ألكوكسيد التيتانيوم المختار في مليلتر واحد من الكلوروبنزين. لف القارورة بورق الألمنيوم لاستبعاد الضوء. سخني خليط السلائف إلى 70 درجة مئوية مع التحريك على 700 دورة في الدقيقة.

قلب الخليط في درجة الحرارة هذه لمدة 20 دقيقة. بمجرد أن يبدو المحلول واضحا ، اتركه ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة. قم بإذابة 0.5 ملليغرام من PFO-DBT و 1.0 ملليغرام من 60-PCBM في مليلتر واحد من الكلوروبنزين كمعيار مرجعي.

قم بتسخين المعيار المرجعي وحركه وتبريده في نفس ظروف السلائف. للتحضير لطلاء الدوران ، قم بتسخين السلائف أو المحلول المرجعي مسبقا على لوح ساخن على حرارة 70 درجة مئوية مع التقليب عند 700 دورة في الدقيقة لمدة 10 دقائق. سخني مربعا من الركيزة الزجاجية المحفورة ITO على لوح تسخين من السيراميك على حرارة 70 درجة لمدة خمس دقائق.

بعد ذلك ، ضع مربع زجاج ITO الدافئ في وسط مرحلة فراغ المغطي الدوري. أعد تسخين هذا المربع إلى 70 درجة باستخدام مسدس حراري ، ثم قم بتشغيل مضخة التفريغ لتثبيت المربع في مكانه. ارسم 0.5 مل من السلائف الدافئة أو المحلول المرجعي في حقنة سعة مليلتر واحد ، وضع المحلول على الفور على المربع.

بعد ذلك ، قم بتشغيل المغطي الدوار بسرعة 2 ، 000 إلى 6 ، 000 دورة في الدقيقة لمدة 60 ثانية في الهواء لإنشاء فيلم بسمك 50 نانومتر. اترك السطح يجف لمدة 10 دقائق في درجة حرارة الغرفة في حالة عدم وجود ضوء. ثم استخدم قطعة قطن مبللة بالكلوروبنزين لإزالة المواد النشطة ضوئيا الزائدة.

جفف السطح مرة أخرى في نفس الظروف. لتحليل هيكل فصل الطور ، أوقف التحضير هنا ، واستخدم المجهر الإلكتروني البصري أو الماسح للحصول على صور للطبقة النشطة ضوئيا. لطباعة قطب كهربائي عضوي على مربع زجاجي ITO مطلي بمادة نشطة ضوئية ، استخدم طابعة شاشة مع قناع معدني بسمك 50 ميكرومتر لطباعة مستطيل PDOT-PSS بحجم خمسة ملليمترات × 20 ملم على سطح المربع.

اترك القطب يجف لمدة 30 دقيقة في الهواء في درجة حرارة الغرفة في حالة عدم وجود ضوء. بعد ذلك ، قم بقطع قطعة 1.5 سم × 2.5 سم من الركيزة الزجاجية بسمك 1.2 ملم باستخدام قاطع الماس. انشر راتنجات الايبوكسي على القطعة الزجاجية بملعقة بلاستيكية.

ضع جانب الايبوكسي الزجاجي لأسفل على العينة ، مع ترك جانب واحد من سطح العينة مكشوفا. نظف الأقطاب الكهربائية الداعمة بالأسيتون وقطعة قطن. استخدم مكواة لحام بالموجات فوق الصوتية لحام الأقطاب الكهربائية الداعمة على السطح المكشوف المتبقي للمربع.

قم بقياس خصائص الجهد الحالي للخلية باستخدام جهاز محاكاة للطاقة الشمسية. كرر هذا الإجراء لكل ألكوكسيد تيتانيوم ليتم اختباره ولكل ألكوكسيد تيتانيوم PFO-DBT كمرجع. تم تصنيع الخلايا الشمسية غير المتجانسة العضوية غير العضوية باستخدام أربعة ألكوكسيدات مختلفة من التيتانيوم كمستقبلات للإلكترون.

تأثرت خصائص الجهد الحالي بشكل كبير بخصائص الألكوكسيد ، والتي تعزى إلى الاختلافات في بنية فصل الطور للطبقة النشطة ضوئيا. كانت كثافة تيار الدائرة القصيرة للخلايا التي تستخدم التيتانيوم أربعة إيزوبروبوكسيد وإيثوكسيد وبوتوكسيد أعلى بكثير من كثافة الخلية التي تستخدم بوليمر بوتوكسيد. أظهر الفحص المجهري الإلكتروني الماسح للطبقات النشطة ضوئيا هياكل فصل الطور المقبولة لخلايا التيتانيوم الأربعة إيثيوكسيد والأيزوبروبوكسيد.

أظهرت خلية التيتانيوم الرباعية بوتوكسيد انفصالا أسوأ إلى حد ما ، والذي يعزى إلى ضخامة البوتوكسيد. كان الجزء الأكبر من بوليمر التيتانيوم رباعي الأبوتوكسيد باهظا لفصل الطور الأمثل ، مما أدى إلى ضعف توليد الشحنة في الطبقة النشطة ضوئيا. بعد كل تطور ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال الخلايا الشمسية الهجينة العضوية غير العضوية لاستكشاف مجموعات من المواد المختلفة للطبقات الضوئية عالية الكفاءة.