पूरी तरह से मुद्रण योग्य कार्बनिक अकार्बनिक थोक heterojunction सौर कोशिकाओं के लिए नियंत्रण आकृति विज्ञान एक तिवारी alkoxide और Semiconducting पॉलिमर के आधार पर
Summary
पूरी तरह से प्रिंट करने योग्य, फुलरीन मुक्त, अत्यधिक एयर स्थिर, थोक-heterojunction सौर इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता और इलेक्ट्रॉन दान बहुलक निर्माण के रूप में तिवारी alkoxides के आधार पर कोशिकाओं के लिए एक विधि यहाँ वर्णित है। इसके अलावा, तिवारी alkoxide इकाइयों की आणविक स्थूलता के माध्यम से प्रकाश सक्रिय परत की आकृति विज्ञान को नियंत्रित करने के लिए एक विधि की सूचना दी है।
Abstract
The photoactive layer of a typical organic thin-film bulk-heterojunction (BHJ) solar cell commonly uses fullerene derivatives as the electron-accepting material. However, fullerene derivatives are air-sensitive; therefore, air-stable material is needed as an alternative. In the present study, we propose and describe the properties of Ti-alkoxide as an alternative electron-accepting material to fullerene derivatives to create highly air-stable BHJ solar cells. It is well-known that controlling the morphology in the photoactive layer, which is constructed with fullerene derivatives as the electron acceptor, is important for obtaining a high overall efficiency through the solvent method. The conventional solvent method is useful for high-solubility materials, such as fullerene derivatives. However, for Ti-alkoxides, the conventional solvent method is insufficient, because they only dissolve in specific solvents. Here, we demonstrate a new approach to morphology control that uses the molecular bulkiness of Ti-alkoxides without the conventional solvent method. That is, this method is one approach to obtain highly efficient, air-stable, organic-inorganic bulk-heterojunction solar cells.
Introduction
जैविक फोटोवोल्टिक उपकरणों उनकी कम उत्पादन लागत और हल्के वजन के कारण 1-7 होनहार अक्षय ऊर्जा स्रोतों माना जाता है। इन लाभों के कारण, वैज्ञानिकों की एक बड़ी संख्या इस होनहार क्षेत्र में डूब गया है। पिछले दशक में, डाई अवगत, जैविक पतली फिल्म, और perovskite अवगत सौर कोशिकाओं सत्ता परिवर्तन दक्षता में महत्वपूर्ण प्रगति इस क्षेत्र 8 में हासिल किया है।
विशेष रूप से, जैविक पतली फिल्म सौर कोशिकाओं और BHJ जैविक पतली फिल्म सौर सेल प्रौद्योगिकी सौर ऊर्जा के उपयोग के लिए कुशल और लागत प्रभावी समाधान कर रहे हैं। [60] PCBM या: इसके अलावा, ऊर्जा रूपांतरण दक्षता इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता (फिनाइल-सी 61 -Butyric एसिड मिथाइल एस्टर के रूप में इलेक्ट्रॉन दाता और फुलरीन डेरिवेटिव में कम-बैंड अंतराल पॉलिमर के उपयोग के साथ 10% से अधिक पहुँच गया है फिनाइल-सी 71 -Butyric एसिड मिथाइल एस्टर: [70] PCBM) 9-11। इसके अलावा, कुछ शोधकर्ताओं जएवेन्यू पहले से ही प्रकाश सक्रिय परत है, जो कम-बैंड अंतराल पॉलिमर और फुलरीन डेरिवेटिव के साथ निर्माण किया है एक उच्च समग्र दक्षता प्राप्त करने के लिए BHJ संरचना के महत्व को सूचना दी। हालांकि, फुलरीन डेरिवेटिव हवा के प्रति संवेदनशील हैं। इसलिए, एक एयर स्थिर इलेक्ट्रॉन को स्वीकार सामग्री एक विकल्प के रूप में की आवश्यकता है। कुछ रिपोर्टों के पहले जैविक फोटोवोल्टिक कोशिकाओं है कि इस्तेमाल एन-प्रकार semiconducting पॉलिमर या धातु आक्साइड इलेक्ट्रॉन स्वीकारकर्ताओं के रूप में के नए प्रकार का सुझाव दिया। इन रिपोर्टों में एयर स्थिर, फुलरीन मुक्त, जैविक पतली फिल्म सौर कोशिकाओं 12-15 के विकास का समर्थन किया।
हालांकि, इसके विपरीत सिस्टम या एन-प्रकार semiconducting बहुलक प्रणालियों फुलरीन करने के लिए, प्रकाश सक्रिय परत में BHJ संरचना है, जो प्रभारी जुदाई और चार्ज हस्तांतरण क्षमता है की एक संतोषजनक प्रदर्शन प्राप्त करने, धातु ऑक्साइड सिस्टम 16-17 में मुश्किल है। इसके अलावा, फुलरीन डेरिवेटिव और एन-प्रकार semiconducting पॉलिमर उच्च घुलनशीलता हैकई सॉल्वैंट्स में। इसलिए, यह विलायक है, जो प्रकाश सक्रिय परत 18-20 के अग्रदूत के रूप में है एक स्याही समाधान का चयन करके प्रकाश सक्रिय परत की आकृति विज्ञान को नियंत्रित करने के लिए आसान है। इसके विपरीत, धातु alkoxide एक इलेक्ट्रॉन दान बहुलक के साथ संयोजन में इस्तेमाल किया प्रणालियों के मामले में, दोनों अर्धचालकों लगभग सभी सॉल्वैंट्स में अघुलनशील हैं। इसका कारण यह है धातु alkoxides विलायक में एक उच्च घुलनशीलता की जरूरत नहीं है। इसलिए, आकृति विज्ञान नियंत्रण के लिए सॉल्वैंट्स के चयनात्मकता बेहद कम है।
इस अनुच्छेद में, हम आणविक स्थूलता का उपयोग कर मुद्रण योग्य और अत्यधिक एयर स्थिर BHJ सौर कोशिकाओं के निर्माण के लिए द्वारा प्रकाश सक्रिय परत की आकृति विज्ञान को नियंत्रित करने के लिए एक विधि की रिपोर्ट। हम फुलरीन मुक्त BHJ सौर कोशिकाओं की प्रगति के लिए आकृति विज्ञान नियंत्रण के महत्व का वर्णन है।
Protocol
Representative Results
Discussion
आदेश में इस विधि में अणु की स्थूलता का उपयोग करने के लिए, यह स्पिन कोटिंग से फिल्म निर्माण के लिए शर्तों को पता करने के लिए महत्वपूर्ण है। सबसे पहले, पी-प्रकार और एन-प्रकार अर्धचालक सॉल्वैंट्स में भंग कि…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम आंशिक JSPS KAKENHI अनुदान संख्या 25871029, सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के लिए निप्पॉन शीट ग्लास फाउंडेशन, और Tochigi औद्योगिक संवर्धन केंद्र द्वारा समर्थित किया गया। राष्ट्रीय प्रौद्योगिकी संस्थान, Oyama कॉलेज, भी इस लेख के प्रकाशन की लागत के साथ सहायता प्रदान की।
Materials
| 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 | |
| 1N 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 |
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