Digitaldruck von Titandioxid für farbstoffsensibilisierte Solarzellen

Summary

This paper investigates the suitability of inkjet printing for the manufacturing of dye-sensitized solar cells. A binder-free TiO₂ nanoparticle ink was formulated and printed onto a FTO glass substrate. The printed layer was fabricated into a cell with an active area of 0.25 cm² and an efficiency of 3.5%.

Abstract

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less environmentally damaging with lower processing temperatures presenting a viable and low cost alternative to conventional production. This paper further enhances these environmental credentials by evaluating the digital printing and therefore additive production route for these cells. This is achieved here by investigating the formation and performance of a metal oxide photoelectrode using nanoparticle sized titanium dioxide. An ink-jettable material was formulated, characterized and printed with a piezoelectric inkjet head to produce a 2.6 µm thick layer. The resultant printed layer was fabricated into a functioning cell with an active area of 0.25 cm² and a power conversion efficiency of 3.5%. The binder-free formulation resulted in a reduced processing temperature of 250 °C, compatible with flexible polyamide substrates which are stable up to temperatures of 350 ˚C. The authors are continuing to develop this process route by investigating inkjet printing of other layers within dye sensitized solar cells.

Introduction

Conventional silicon solar cells are made from highly pure materials that require expensive and high-energy consuming specialist equipment. These conventional silicon cells incorporate a p-n junction that requires highly pure materials at the interface to generate electron-hole pairs. Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have a fundamentally different working principle, where charge generation takes place at the materials interface. This means that processing under vacuum, ultrahigh temperatures or the use of clean room facilities are not required¹. Therefore they are seen as a potentially low cost alternative; however up-scaling from small laboratory test cells into large prototypes for industrial manufacturing involves overcoming several issues including the rapid patterning of substrates.

Electronics manufacturing generally requires a degree of patterning, which is either achieved by masking or selective removal of the material after deposition. These steps can be removed through the use of “additive” digital printing techniques such as inkjet printing or spray coating. Digital printing is a promising method for direct deposition of functional materials for electronic devices. The technique can be described as printing from a digital-based pattern directly to a variety of substrates². They are non-contact methods, which will not damage or contaminate the substrate surface and deposit material only where it is required, resulting in little or no wastage³. These techniques have been highlighted as being ideally suited to being scaled up to high-volume production³. Since digital printing methods use liquid forms of materials dispersed in a solvent, it is critical to understand the deposition of ink to determine the applications of the technique.

DSSCs have three main components: a porous layer of wide bandgap metal oxide material, a dye that covers the particles, and a “charge transporter” that infiltrates the pores within the porous layer of semiconductor. These are sandwiched in between a transparent conductive electrode and a counter electrode⁴. The counter electrode is coated with a catalytic material for electron transfer, which in most cases is platinum. Under illumination, the dye molecules will absorb energy in the form of photons. The dye molecules then become excited and charge separation occurs at the interface of the titanium dioxide and the dye. Electrons are ejected into the adjacent metal oxide particles and ‘holes’ are left behind on the dye molecule. The injected electrons travel through the metal oxide particles and reach the transparent conductive electrode. When a load is connected, the electrons move to the counter electrode through the external circuit and are finally reunited with their counter charges through the redox couple present in the electrolyte¹. The nano-structured metal oxide layer within DSSCs plays a critical role in the overall performance of the cell, with material choice, processing methods and nature of the structure all having influencing factors^5-10. One of the most important requirements for the photoanode is that it needs to have an extremely large surface area. This is achieved through the deposition of nanoparticle materials, commonly TiO₂^1,11. This has been fabricated by countless different processes, however wet coating techniques such as screen-printing and doctor-blading, are still the most popular approach^9,12,13.

Inkjet technology is a potential manufacturing route for dye-sensitized solar cells. It uses the movement of a piezoelectric crystal to expel a fixed quantity of liquid through a nozzle onto the desired substrate. This deposition method allows material to be jetted very accurately but also at high frequency with a potentially high print speed or deposition rate. Inkjet technology is sensitive to the viscosity of the ink used and this was previously a barrier to the development of functional inks. Recent work in the development of solvents suitable for ink formulation has helped to alleviate this problem, and printing of electronic components using 2D layered materials such as graphene has been demonstrated¹⁴. The viscosity of nanoparticle suspensions such as these has been found to depend on the nanoparticle size and concentration¹⁵. High concentrations of nanoparticles result in higher viscosities, therefore particle loadings are usually around 10 wt% to avoid nozzle blockages¹⁶, however higher concentrations have been achieved¹⁷.

The key advantages of inkjet technology include it being non-contact, additive patterning and maskless¹⁸. The latter two attributes are due to the ability to position many nozzles together on one or more printheads, with each nozzle separately addressable by the control software. This allows highly complex, multi-layered patterns to be created very rapidly as the printheads move across the substrate. No masking between materials or layers is required as the position of each ink drop is accurately controlled, in some systems to an accuracy of ~1.5 µm¹⁹. One of the key benefits is that inkjet technology is mature, with significant development carried out in the latter half of the twentieth century. The result is that the inkjet is a very scalable technology, with roll-to-roll systems capable of printing accurately onto flexible substrates at rates of many meters per second. Traditionally this was used for high volume production, e.g., newspapers. However, developments in technology have allowed the inkjet to be used in roll-to-roll production of electronic circuits using nanoparticulate silver inks²⁰. The inkjet is therefore an attractive process for the potential production of dye-sensitized solar cells by digital printing.

Protocol

1. Tintenformulierung Hinweis: Tintenformulierungen sind oft ein sehr vorsichtiges Geheimnis von den Herstellern gehalten. Erfolgreiche Formulierungen Gleichgewicht Strahlen, Tropfenbildung, Benetzung und Trocknungsverhalten neben funktionalen Leistung. Üblicherweise eine funktionelle Material in einem Lösungsmittel dispergiert sind, und mindestens eine weitere Komponente, um sie strahlbaren machen. Dieser Abschnitt erläutert die Entwicklung einer Tinte TiO 2 zur Verwendung im Tintenstrahldruck. Eine kleine Charge von Druckfarbe wurde durch das folgende Verfahren hergestellt. Achtung: Die Farbe der Zubereitung sollte in einem geeignet belüfteten Bereich, zum Beispiel unter einem Abzug durchgeführt werden, während Auge trägt eine Schutzbrille und Latex – Handschuhe. Bereiten einer 0,1 mM wässrigen Lösung von Salzsäure (HCl) mit einem pH-Wert von etwa 4 zu erzeugen. Hinzufügen von 32 g der sauren Lösung auf 8 g eines kompatiblen Lösungsmittels mit einem höheren Siedepunkt und niedriger Oberflächenspannung als Wasser (wie Dimethylformamid (DMF)). Die Zugabe eines Co-solvent dient als Trocknungsmittel eine Zirkulationsströmung innerhalb des Tintentröpfchens , wenn die Tinte verdampft, was zu einer gleichförmigen Anordnung von Nanopartikeln auf der Oberfläche des Tropfens 21 zu induzieren. Hinzufügen 1,5 g Dispergieradditiv (45% aktive Lösung aus Propylenglykol und Tetramethyl-5-decin-4,7-diol in Wasser). 10 g Ethylenglykol, als Feuchthaltemittel Trocknen an den Düsen zu verhindern. Mit 0,5 g Entschäumungsmittel (20% aktive Lösung von acetylenischen Diols in Methoxypolyethylenglycol) zu der Tinte Luftblasen zu verhindern, zu entwickeln. Führen Sie eine einfache Shake-Test durch einen aliquoten Teil der Tinte in einen geschlossenen Behälter zu nehmen und schütteln mit der Hand für 60 Sekunden. Wenn irgendein Schaum beobachtet wird dann fügen Sie eine weitere 0,5 g Mittel auf die Tinte von Entschäumer. Mischen Sie die Lösung für 8 h einen magnetischen Rührstab mit Homogenität bei RT zu gewährleisten. Hinzufügen , 1,5 g Titandioxid (TiO 2) Nanoteilchen mit einer primären Teilchengrße von 21 nm und einer Oberfläche von35 – 65 m 2 / g. Beschallen der Mischung bei einer Frequenz von 60 Hz eine Ultraschallsonde für 15 Minuten verwendet wird. Messung der Partikelgrößen, eine geeignete Messtechnik, wie beispielsweise dynamische Lichtstreuung (DLS) unter Verwendung von nach dem Protokoll des Herstellers, um sicherzustellen, dass sie leicht durch die Düsenöffnungen fließt. Stellen Messungen unter den gleichen Bedingungen (z. B. gleiche Lösungsmittel, pH, die Konzentration des Dispersionsmittels ) für die Tinte , wie jede Komponente verwendet werden , können die Bildung von Agglomeraten in der Tinte beeinflussen. Für eine erfolgreiche Strahlen, die Partikel innerhalb des Fluids sollte 100 mal kleiner als die Düsenöffnung sein. Messen der Viskosität der Tinte, eine geeignete Messtechnik, wie einem Rotations-Viskosimeter nach Herstellerprotokoll verwendet, zuverlässige Ausstoßen aus dem Druckkopf zu gewährleisten, wie Tintenstrahldruck niedriger Viskosität Tinten zwischen 2 und 20 Centipoise (cP) erfordert. Erhöhen Sie die Viskosität durch die additiauf polymerer Materialien oder Materialien auf Cellulosebasis; jedoch müssen diese nach der Abscheidung entfernt werden , freizugeben Stellen für den Farbstoff in der gedruckten Films 22. Messen der Oberflächenspannung der Tinte, eine geeignete Messtechnik, wie einem Tensiometer nach Herstellerprotokoll verwendet, zuverlässige Ausstoßen zu gewährleisten. Die Strahlbare Fluidformulierung Richtlinien für Tintenstrahldrucker deuten auf eine Oberflächenspannung zwischen 28 und 33 mN / m höchste Zuverlässigkeit beim Drucken zu ermöglichen. 2. Inkjet Printing Vor dem Drucken tränken die Glassubstrate in einer 2 Gew% ige Lösung des Waschmittels Reinigung (eine Mischung aus anionischen und nichtionischen oberflächenaktiven Mittel, Stabilisierungsmittel, Alkalien, nicht-Phosphat-Detergensbuilder und Sequestriermittel in einer wässrigen Base) in VE-Wasser. Spülen Sie das Glas gründlich mit entionisiertem Wasser, sobald sie aus der Reinigungslösung entfernt werden, Spuren von Verunreinigungen zu entfernen und Reinigungsmittel. </li> Messung der Oberflächenenergie des Substrats, eine geeignete Messtechnik, wie einem Tensiometer Verwendung nach dem Protokoll des Herstellers. Für eine gute Haftung sollte die Oberflächenenergie des Substrats nicht die Oberflächenspannung des Fluids überschreitet um mehr als 10 bis 15 mN / m. Modifizieren , um die Oberflächenenergie des Substrats Methoden wie Coronabehandlung 23, Plasmabehandlung 24 und chemisches Ätzen unter Verwendung von 25 , wenn er nicht geeignet ist. Laden des Substrats in dem Drucker nach dem Protokoll des Herstellers. Spülen Sie den Druckkopf mit der Tinte durch den Anschluss an der Seite des Kopfes keine Luft oder Reinigungslösung innerhalb des Reservoirs und Düsen zu verdrängen. Setzen Sie den Druckkopf in den Drucker. Schließen Sie den Druckkopf mit dem Kopf Persönlichkeit Bord. Filtern, um die Tinte durch die richtige Größe Filter nur vor dem Laden in die Kassette großer Partikelaggregate zu entfernen, die die Düsen verstopfen können. DasDruckkopf in dieser Arbeit verwendet hat Düsen mit einem Durchmesser von 40 & mgr; m (zB Konica KM512.); daher Tinten sollten keine Teilchen enthalten mit einem Durchmesser über 400 nm. Führen Sie die Suspensionen durch ein 5 & mgr; m, durch einen 1,2 um Polyvinylidenfluorid (PVDF) Filter gefolgt alle großen Partikel zu entfernen. Laden Sie die Tinte in die 150-ml-Spritze über dem Druckkopf befindet, der die Tinte an den Druckkopf liefert. Bringen Sie den luftdichten Deckel auf der Oberseite der Spritze und schalten Sie die Vakuumpumpe. Spülen Sie die Tinte durch die Düsen durch Drücken der "Säuberung" Taste auf der Vakuumpumpe. die Wellenform und Druckparameter Durch die geographischen Informationssystems (GIS) Printserver, Set-up. Beachten Sie, dass der Drucker mit einer Geschwindigkeit von 1,5 Meter pro Sekunde drucken kann, jedoch für diese Tinte einer Druckgeschwindigkeit von 0,3 Meter pro Sekunde hat sich gezeigt, eine optimale Beschichtung bereitzustellen Open GIS Benutzeroberfläche Software und laden Sie das gewünschte Muster. Print aus der beladenen Kartusche nach dem Protokoll des Herstellers. Entfernen des Substrats von der Platte und erwärmen die bedruckten Folien bei 150 ºC für 30 min, gefolgt von 250 ºC für weitere 30 min entweder auf einer Heizplatte oder in einem Ofen. 3. Analyse der bedruckten Folien Verwenden eines optischen Mikroskops oder eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) auf der Oberfläche der bedruckten Folien zu sehen bei geringer Vergrößerung (100X), um die Oberflächenmorphologie und bei hoher Vergrößerung (35,000X) zu analysieren, um die Porosität der bedruckten Folien zu analysieren. Überprüfen Sie, ob die Bilder eine gleichmäßige Abdeckung ohne Risse und eine gute Porosität zeigen. Nähere Informationen über SEM Operation kann 26,27 in den folgenden Referenzen gefunden werden. Die Dicke der gedruckten Schicht, eine geeignete Messtechnik, wie beispielsweise eine Oberfläche Profiler nach dem Protokoll des Herstellers. Die Dicke und Porosität der TiO 2 -Schicht witHin DSSCs beeinflussen die Menge an Farbstoff , die auf der Oberfläche der Nanoteilchen absorbiert werden kann, was somit die gesamte elektrische Umwandlungseffizienz der Zelle 18 beeinflussen. Es ist daher ein wichtiger Parameter, zu bewerten. Verwenden, um eine Oberflächenprofil (Genauigkeit von 1 nm), die Dicke der bedruckten Folien zu messen. Messen der Durchlässigkeit des Films, eine geeignete Messverfahren wie beispielsweise ein ultraviolett-sichtbares (UV-VIS) Spektrophotometer verwendet, um zu bestimmen, wie viel sichtbares Licht durch die bedruckte Folie übertragen wird. Verwenden Protokoll des Herstellers. 4. Machen Sie die Zelle Bilden eine Farbstofflösung mit 20 ml Ethanol gemischt und 2 mg Ruthenium-Farbstoff in einem Becherglas einen Magnetrührer für 8 h verwendet wird. Unterzutauchen die TiO 2 beschichtetem Glas in der Lösung bei RT (20 bis 25 ° C) für 24 h der Farbstoff zu ermöglichen , auf der Oberfläche der TiO 2 -Teilchen zu absorbieren. Entfernen Sie die TiO 2 </sub> beschichtetes Glas aus der Lösung und Stelle auf Tissue – Papier überschüssige Farbstofflösung aufzusaugen (mit TiO 2 nach oben zu vermeiden Kontamination hin). Legen Sie die vorgeschnittenen 60 & mgr; m dicken thermoplastischen Dichtungsabstandhalter auf der Oberseite des leitenden Glas, um die TiO 2 -Beschichtung. Legen Sie die mit Platin beschichteten Gegenelektrode auf der Oberseite des vorgeschnittenen 60 & mgr; m dicken thermoplastischen Dichtungsabstandhalter, so dass die aktiven Seiten der Anode und der Kathode sind einander zugewandt sind. Erlauben genug Überlappung zwischen den zwei Glasscheiben, so dass ein elektrischer Kontakt mit dem leitfähigen Glas hergestellt sein. Dies sollte ein vorgebohrtes Loch in der Mitte später für die Elektrolytfüllung zu ermöglichen haben. Wärme auf einer Heizplatte auf eine Temperatur von 110 ° C und Druck ausüben Licht Pinzette über den Bereich des Dichtungsabstandshalter verwendet wird. Nach 30 sec sollten die Elektroden miteinander versiegelt werden. Die Lücke zwischen den beiden Elektroden mit einer Jodid / Triiodid-electroLyte in Acetonitril bei einer Konzentration von 50 mM, indem in dem Platin beschichtetes Glas durch die vorgebohrten Löcher injizierende unter Verwendung einer Spritze.

Representative Results

Eine TiO 2 Tinte wurde nach dem dargestellten Verfahren formuliert. Die Größe der Partikel in der Tinte suspendiert wurde unter Verwendung von dynamischer Lichtstreuung (DLS) und eine mittlere Teilchengröße von 80 Nanometern (nm) gemessen wurde beobachtet. Die Viskosität der Tinte in dieser Arbeit gefunden wurde 3 cP zu sein, mit einem Rotationsviskosimeter mit einem kleinen Probenadapter gemessen und eine 18 mm Spindeldurchmesser. Die Oberflächenspannung wurde gemessen, um einen Tensiometer verwendet und berechnet einen Durchschnitt von 26 mN / m zu sein. Die Oberflächenenergie des FTO-Glas wurde nach der europäischen Norm EN 828 berechnet für die Benetzbarkeit einer festen Oberfläche zu bestimmen durch Messung des Kontaktwinkels und freie Energie Oberfläche. Zehn Tropfen von drei verschiedenen Flüssigkeiten (Wasser, Ethylenglykol und Diiodmethan) wurden auf einer Ebene Teststückoberfläche verteilt. Für jeden Tropfen, wurden die linken und rechten Kontaktwinkel measured. Aus den gemittelten Kontaktwinkel von jeder Flüssigkeit mit seiner Oberflächenspannung kombiniert wird, wird die freie Oberflächenenergie des Teststücks berechnet. Die Fowkes Methode berechnet die Gesamtoberflächenenergie (γ) aus der Summe der Beiträge von dispersiven Wechselwirkungen (& ggr; d) und γnon dispersiven Wechselwirkungen (& gamma; p). Diese Methode führte zu einer freien Oberflächenenergie von 26,45 mN / m für die FTO-beschichtetes Glas. Das Drucken wurde durchgeführt nach dem Verfahren von über 5 mm Quadrate herzustellen. Die Dicke der Druckschicht auf dem Glas wurde unter Verwendung eines Oberflächenprofil gemessen. Die maximale Dicke in der Mitte der Druckschicht wurde gemessen 2,6 um betrug. Die Durchlässigkeit des beschichteten Glases wurde unter Verwendung eines UV-VIS-Spektrometer gemessen. Bei einer Wellenlänge von 700 nm, eine 60% ​​ige Durchlässigkeit wurde für die TiO 2 bedruckter Folie , gemessen im Vergleich zu 78% für die Glas FTO. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = "1"> Photovoltaic Vorrichtungen wurden gemß dem Verfahren hergestellt outline oberhalb und unmittelbar nach der Herstellung dadurch die Wirkung der Abbau durch Wasser und Sauerstoff in der Luft verursacht werden, zu minimieren. Es gibt fünf elektrischen Leistungsparameter , die verwendet werden , um zu charakterisieren und zu Solarzellen 28 zu vergleichen. Die Werte der Kurzschlussstrom (I sc) und Leerlaufspannung (V oc) von der Strom-Spannungs (IV) Kurve ableiten. Diese können dann verwendet werden, um den Füllfaktor zu bestimmen (FF) und Leistungsumwandlungseffizienz (η). Das FF ergibt ein Verhältnis der Zellen tatsächliche maximale Leistungsabgabe an das Produkt der Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom 29. Dies ist ein Schlüsselparameter in der Leistung von Solarzellen zu bewerten. Eine hohe FF bedeutet geringe elektrochemische Verluste, während eine niedrige FF gibt es Raum für Verbesserungen. Mehrere Faktoren sind dafür bekannt, die FF einschließlich der Qualität und der Schnittstelle der Schichten innerhalb der Zelle zu beeinflussen. DSSCs enthält ein Iodid / Triiodid Redoxpaar mit einem Rekordwirkungsgrade von 11,9% Bericht Faktoren von 0,71 30 füllen. Unter Standard – Testbedingungen müssen alle diese Parameter festgelegt werden , wo die Gerätetemperatur 25 ° C, spektrale Bestrahlungsstärke Verteilung des Lichts eine Luftmasse von 1,5 hat, Gesamtbestrahlungsstärke gemessen (E m) an der Solarzelle 100 mW / cm 2. Theoretische Maximum für den Umwandlungswirkungsgrad für einen einzelnen pn – Übergang Zelle wurde als 37,7% 31, jedoch für DSSCs berichtet wurde vielfach berichtet , daß der maximale Wirkungsgrad näher an 15,1% mit einem Absorptionsbeginn bei 920 nm 32. Der Ausgangsstrom und Spannungen wurden unter Verwendung einer Quelle Meter gemessen , während die Zellen mit einem 100 mW / cm 2 Lichtquelle mit einem Filter ausgestattet beleuchtet wurden mit einer Luftmasse von 1,5 die spektrale Bestrahlungsstärke Verteilung anzupassen. Die Ergebnisse wurden im Vergleich zu einer Zelleunter Verwendung eines Streichblatt-TiO 2 -Schicht mit einer handelsüblichen Paste hergestellt , die eine Mischung aus Anatas – Teilchen 20 nm und 450 nm aufweist. Die gedruckte Schicht hatte eine Fläche von 0,25 cm 2 und eine durchschnittliche Dicke von 18 um , die eine Oberfläche Profiler gemessen werden. Ein Vergleich der photoelektrischen Leistung zwischen den beiden Geräten wird in Abbildung 1 und Tabelle 1 gezeigt. Mehrere Studien haben die Beziehung zwischen der Dicke der TiO 2 -Schicht und der Umwandlungswirkungsgrad innerhalb DSSCs sucht. Die Ergebnisse unterscheiden sich erheblich, mit einer optimalen Schichtdicke von überall berichtet zwischen 9,5 um und 20 um 33-39. Tabelle 1 beschreibt die Dicke der TiO 2 gedruckten Schichten und die Wirkungsgrade. Die Dicke des TiO Tintenstrahldruck 2 ist deutlich geringer als der Arzt beschaufelten TiO 2, wasin einem geringeren Wirkungsgrad. Zukünftige Arbeiten werden die Verwendung von organischen Bindemittel in der Tintenformulierung zu untersuchen, die Dicke der Tintenstrahldruckschicht zu erhöhen. Abbildung 1. Leistungskurven von DSSCs mit Inkjet gedruckt und Doktor Bladed TiO 2 Schichten. Stromdichte / Spannungskurven für DSSCs eines Tintenstrahl enthält gedruckt TiO 2 -Schicht und einen Arzt Blatt-TiO2-Schicht. Der Kurzschlussstromdichte in dem Gerät mit dem Tintenstrahl – Druck TiO 2 -Schicht ist deutlich niedriger als das Gerät mit dem Arzt bladed TiO2-Schicht , was zu einer geringeren Gesamtwirkungsgrad. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <tdrowspan > Kurzschlussspannung Leerlaufspannung Füllfaktor Wirksamkeit Dicke (mA / cm 2) (MV) (%) (Um) Inkjet gedruckt 9.42 760 0,49 3.5 2.6 Doktor bladed 11 756 0,58 4.8 18 Tabelle 1. Key Performance Eigenschaften der Zellen in Abbildung 1. Diese Tabelle vergleicht die wichtigsten Parameter der Solarzelle einschließlich Leerlaufspannung (V oc), Kurzschlussstrom (I sc) , die die Effizienz (η) unter dem angegebenen Licht bestimmen Zustand präsentiert. Die Parameter oproduziert fa Zelle einen Arzt Blatt-TiO2-Schicht auch zum Vergleich eingeschlossen wurden , verwenden. Die Füllfaktoren (FF) beider Geräte sind recht niedrig, die im Allgemeinen auf einen hohen Innenwiderstand innerhalb der Zelle zugeschrieben wird.

Discussion

A particular challenge when formulating inks is the natural tendency for nanoparticles to cluster together. These are known as either aggregates or agglomerates, depending on the nature and strength of the bonds between the particles. The energy of simply stirring particles into water or binder is not great enough to overcome the particle attractive forces preventing the breakup of agglomerates. Ball milling, high shear mixing or ultrasonication are commonly used to break up agglomerated nanoparticles. Various anionic, nonionic, and cationic surfactants and polymers can also be used to provide long-term stabilization. By minimizing the number of these agglomerates, a good quality suspension can be achieved. The fluids should be filtered through the correct size filter just before loading into the cartridge to remove large particle aggregates which can clog the nozzles.

The particle size within the TiO₂ layer also has been shown to influence the overall efficiency of DSSCs. The photocatalytic activity of titanium dioxide increases as particle sizes decrease due to an increase in the specific surface area⁴⁰. A study comparing the efficiency of DSSCs incorporating TiO₂ nanoparticles with 5 different sizes ranging from 400 nm to 14 nm and found that those with smaller particle sizes resulted in better electrical conversion efficiencies³³.

Inkjet printing is a non-contact deposition technique capable of multi-pass printing. This presents the unique opportunity to rapidly fabricate multilayer devices in one operation on a wide range of substrates with minimal material waste. It also potentially provides a way to integrate other components (such as batteries) into the system through the printing of functional materials⁴¹. Although the representative results shown for the inkjet printed devices do not perform as well as the doctor-bladed devices, it demonstrates the potential for the deposition technique. With further ink optimization, it could perform on a comparable level to currently used methods and may provide further scope for cost-effective, environmentally friendly integration of photovoltaic cells onto a wide range of substrates. We hope to improve the efficiency of the inkjet printed devices by increasing the thickness of the printed layer closer to that of the doctor-bladed TiO₂ and will continue to look at the printing of other materials and layers within DSSCs.

Materials

Titanium dioxide	Sigma Aldrich	718467
Deionized water			Supplied from a filter in the laboratory
Hydrochloric acid, 2M(2N)	Fisher Scientific	J/4250/17
Dimethylformamide (DMF)	Fisher Scientific	D/3840/08
Ethanol	VWR Chemicals	20721.33
Dispersing additive	Air Products
Defoaming agent	Air Products
Ethylene glycol	Fluka	107-21-1
Polyvinylidene fluoride (PVDF) syringe filter	VWR International
Cleaning detergent	Fisher Scientific	10335650
Fluorine doped tin oxide (FTO) glass, 8 Ω/sq	Pilkington
Ruthenizer dye	Solaronix	21613
Pre-cut 60 µm thick thermoplastic sealing film	Solaronix	74301
50 mM iodide/tri-iodide electrolyte  in acetonitrile	Solaronix	31111
Platinum coated FTO glass	Solaronix	74201
Vac'n'Fill Syringe	Solaronix	65209
Polyimide tape (6.35 mm)	Onecall Farnell	1676087