الطباعة الرقمية من ثاني أكسيد التيتانيوم للخلايا الشمسية صبغ الحساس

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. الحبر صياغة ملاحظة: تركيبات الحبر في كثير من الأحيان يتم الاحتفاظ حراسة سرية للغاية من قبل الشركات المصنعة. نجاح تركيبات التوازن النفث، وانخفاض تشكيل، ترطيب وتجفيف السلوك جنبا إلى جنب مع الأداء الوظيفي. وعادة ما فرقت مادة وظيفية في المذيبات وعنصر واحد على الأقل لجعلها jettable. تفاصيل هذا القسم وضع تيو 2 الحبر لاستخدامها في الطباعة النافثة للحبر. وقام الطريقة التالية إعداد دفعة صغيرة من الحبر. يجب أن يتم تنفيذ إعداد الحبر في منطقة تنفيس مناسبة، على سبيل المثال، تحت غطاء الدخان، في حين يرتدي نظارات واقية العين وقفازات اللاتكس: الحذر. إعداد محلول 0.1 ملي مائي من حمض الهيدروكلوريك (حمض الهيدروكلوريك) لإنتاج الرقم الهيدروجيني من حوالي 4. إضافة 32 غرام من محلول حمض إلى 8 غرام من المذيبات متوافقة مع أعلى نقطة الغليان وانخفاض التوتر السطحي من المياه (مثل ثنائي ميثيل الفورماميد (DMF)). إضافة المشارك يذابأعمال والأنف والحنجرة كعامل تجفيف للحث على تدفق المتداولة داخل قطرة حبر كما يتبخر الحبر، مما يؤدي إلى وضع موحد من الجسيمات النانوية على سطح الحبرية 21. إضافة 1.5 غرام من تشتيت المضافة (حل فعال 45٪ من غليكول البروبيلين وميثيل-5-decyne-4،7-ديول في الماء). إضافة 10 غرام من جلايكول الإثيلين، باعتباره مرطب لمنع جفاف في الفتحات. إضافة 0.5 غرام من وكيل defoaming (حل فعال 20٪ من ديول acetylenic في methoxypolyethyleneglycol) إلى الحبر لمنع فقاعات الهواء من تطوير. إجراء اختبار هزة بسيطة عن طريق اتخاذ قسامة من الحبر في حاوية مغلقة ويهز باليد لمدة 60 ثانية. إذا لوحظ أي رغوة ثم إضافة 0.5 غرام آخر من defoaming وكيل للحبر. مزيج الحل لمدة 8 ساعة باستخدام شريط التحريك المغناطيسي لضمان التجانس في RT. إضافة 1.5 غرام من ثاني أكسيد التيتانيوم (تيو 2) النانوية مع حجم الجسيمات الأولية من 21 نانومتر، والمساحة السطحية لل35-65 م 2 / ز. يصوتن الخليط باستخدام مسبار الموجات فوق الصوتية لمدة 15 دقيقة على تردد 60 هرتز. قياس أحجام الجسيمات، وذلك باستخدام تقنيات القياس المناسبة مثل ديناميكية تشتت الضوء (DLS) وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة، للتأكد من أنها سوف تتدفق بسهولة من خلال الفتحات فوهة. إجراء قياسات في ظل نفس الظروف (على سبيل المثال، المذيب نفسه، ودرجة الحموضة، وتركيز مشتت) ليتم استخدامها للحبر حيث أن كل عنصر يمكن أن تؤثر على تشكيل تكتلات داخل الحبر. لالنفث ناجحة، يجب أن تكون الجزيئات في السائل 100 مرات أصغر من فتحة الفوهة. قياس اللزوجة من الحبر، وذلك باستخدام تقنيات القياس المناسبة مثل مقياس اللزوجة الدوراني وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة، لضمان النفث موثوق من رأس الطباعة كما تتطلب الطباعة النافثة للحبر الأحبار المنخفضة اللزوجة ما بين 2 و 20 سنتي بواز (CP). زيادة اللزوجة من خلال additiعلى المواد البوليمرية أو المواد القائمة على السليلوز. ولكن هذه تحتاج إلى إزالة بعد الترسيب لتحرير مواقع لصبغ داخل الفيلم المطبوعة 22. قياس التوتر السطحي للحبر، وذلك باستخدام تقنيات القياس المناسبة مثل مقياس التوتر السطحي وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة، لضمان النفث موثوق بها. المبادئ التوجيهية صياغة السوائل jettable للطابعات النافثة للحبر تشير إلى التوتر السطحي بين 28 و 33 م ن / م لتمكين الطباعة موثوقة. الطباعة النافثة للحبر 2. قبل الطباعة، نقع على ركائز الزجاج في محلول 2٪ بالوزن من المنظفات التنظيف (خليط من أنيونية والسطح غير الأيونية عنصرا فاعلا والوكلاء والقلويات، بناة المنظفات غير الفوسفات وكلاء عزل الاستقرار، في قاعدة المائية) في الماء منزوع الأيونات. شطف الزجاج جيدا بالماء منزوع الأيونات حالما يتم إزالتها من محلول التنظيف لإزالة آثار التلوث وتنظيف المنظفات. </lط> قياس الطاقة سطح الركيزة، وذلك باستخدام تقنيات القياس المناسبة مثل مقياس التوتر السطحي وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة. لالتصاق جيدة، ينبغي أن الطاقة سطح الركيزة لا يتجاوز التوتر السطحي للسوائل بأكثر من 10-15 م ن / م. تعديل الطاقة سطح الركيزة باستخدام أساليب مثل العلاج الاكليل 23، العلاج البلازما 24 و الحفر الكيميائي 25 إذا لم يكن مناسبا. تحميل الركيزة في الطابعة وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة. تدفق رأس الطباعة مع الحبر عن طريق ميناء يقع على الجانب من الرأس إلى تهجير أي حل الهواء أو التنظيف داخل الخزان وفوهات. إدراج رأس الطباعة في الطابعة. ربط رأس الطباعة مع مجلس الإدارة رئيس شخصية. تصفية الحبر من خلال تصفية الحجم الصحيح فقط قبل تحميل في خرطوشة لإزالة الركام الجسيمات الكبيرة التي يمكن أن تسد الفتحات. الرأس الطباعة المستخدمة في هذا العمل لديها فتحات يبلغ قطرها 40 ميكرومتر (على سبيل المثال، كونيكا KM512)؛ وبالتالي يجب أن لا تحتوي الأحبار الجسيمات التي يبلغ قطرها أكثر من 400 نانومتر. تمرير تعليق من خلال 5 ميكرون، تليها مرشح 1.2 ميكرون فلوريد البولي (PVDF) لإزالة أي الجسيمات الكبيرة. تحميل الحبر في المحقنة 150 مل تقع فوق رأس الطباعة، التي تمد الحبر لرأس الطباعة. تركيب غطاء محكم على رأس المحقنة وتشغيل مضخة فراغ. تطهير الحبر خلال الفتحات عن طريق الضغط على زر 'تطهير' الواقعة على مضخة فراغ. من خلال خادم الطباعة في نظام المعلومات الجغرافية (GIS)، المعلمات الموجي والطباعة انشاء. لاحظ أنه يمكن للطابعة طباعة تصل إلى سرعة 1.5 متر في الثانية الواحدة، ولكن لهذا الحبر سرعة طباعة 0.3 متر في الثانية تم العثور على توفير طلاء الأمثل فتح المستخدم لنظم المعلومات الجغرافية واجهة البرنامج وتحميل نمط المرجوة. العلاقات العامةكثافة العمليات من خرطوشة تحميل وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة. إزالة الركيزة من الصوانى وتسخين الأفلام المطبوعة على 150 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة، تليها 250 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة أخرى إما على طبق ساخن أو في الفرن. 3. تحليل الأفلام مطبوعة استخدام المجهر الضوئي أو المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لإلقاء نظرة على سطح الأفلام المطبوعة في التكبير المنخفض (100X) لتحليل مورفولوجيا السطح وفي تضخم عالية (35،000X) لتحليل المسامية من الأفلام المطبوعة. تأكد من أن الصور تظهر تغطية موحدة مع عدم وجود تشققات والمسامية جيدة. ويمكن الاطلاع على معلومات أكثر تفصيلا عن عملية SEM في المراجع التالية 26،27. قياس سمك طبقة المطبوعة، وذلك باستخدام تقنيات القياس المناسبة مثل التعريف سطح وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة. سمك والمسامية من تيو 2 طبقة الطرافةهين DSSCs التأثير على كمية من الصبغة التي يمكن استيعابها على سطح النانوية، التي بالتالي تؤثر على كفاءة التحويل الكهربائية العامة للخلية 18. ولذلك فمن معيارا هاما لتقييم. استخدام التعريف السطحية (دقة 1 نانومتر) لقياس سمك من الأفلام المطبوعة. قياس النفاذية للفيلم، وذلك باستخدام تقنيات القياس المناسبة مثل مقياس الطيف الضوئي المرئي الأشعة فوق البنفسجية (UV-VIS) لتحديد مقدار الضوء المرئي وستبث من خلال الفيلم المطبوعة. استخدام بروتوكول الشركة الصانعة. 4. جعل الخلية جعل محلول الصبغة عن طريق خلط 20 مل من الايثانول و 2 ملغ من الصبغة الروتينيوم في كوب زجاجي باستخدام محرك مغناطيسي لمدة 8 ساعة. غمر تيو 2 الزجاج المطلي في الحل في RT (20-25 درجة مئوية) لمدة 24 ساعة للسماح للصبغة لامتصاص على سطح الجزيئات تيو 2. إزالة تيو 2 </فرعية> الزجاج المطلي من الحل ومكان على المناديل الورقية لامتصاص أي حل الصبغة (مع تيو 2 متجهة لأعلى لتجنب التلوث). وضع قبل قطع 60 ميكرون سميكة بالحرارة ختم فاصل على أعلى من الزجاج موصل، حول طلاء تيو 2. وضع البلاتين المغلفة عداد الكهربائي على رأس قبل قطع 60 ميكرون سميكة هل الختم بالحرارة بحيث الجانبين نشطة من الأنود والكاثود في مواجهة بعضهما البعض. تسمح تداخل كافية بين قطعتين من الزجاج بحيث كهربائي الاتصال يمكن أن تكون مصنوعة من الزجاج موصل. هذا ينبغي أن يكون لها حفرة قبل حفر في مركز للسماح بالكهرباء ملء وقت لاحق. الحرارة على طبق ساخن على درجة حرارة 110 مئوية، وتطبيق ضوء الضغط باستخدام الملقط فوق منطقة وهل الختم. بعد 30 ثانية يجب أن تكون مختومة الأقطاب معا. سد الفجوة بين القطبين مع / ثلاثي يوديد الكهربائية يوديدLYTE في الأسيتونتريل بتركيز 50 ملي، عن طريق حقن من خلال ثقب ما قبل حفرها في الزجاج البلاتين المغلفة باستخدام حقنة.

Representative Results

وتم وضع الحبر تيو 2 وفقا للإجراءات المبينة. وقد تم قياس حجم الجسيمات العالقة داخل الحبر باستخدام ديناميكية تشتت الضوء (DLS) ومتوسط ​​حجم الجسيمات من 80 نانومتر (نانومتر) وقد لوحظ. تم العثور على اللزوجة من الحبر في هذا العمل ليكون 3 CP، وتقاس باستخدام جهاز قياس اللزوجة الدوراني مع محول عينة صغيرة وقطر المغزل 18 ملم. وقد تم قياس التوتر السطحي باستخدام مقياس التوتر السطحي وحسبت أن تكون في المتوسط ​​26 م ن / م. تم احتساب الطاقة سطح الزجاج منظمة إرهابية أجنبية وفقا لEN الأوروبية الموحدة 828 لتحديد بلل من سطح صلب عن طريق قياس زاوية الاتصال وسطح الطاقة الحرة. تم الاستغناء عشر قطرات من ثلاث سوائل مختلفة (المياه، وجلايكول الإثيلين وdiiodomethane) على سطح الطائرة قطعة الاختبار. لكل قطرة، وكانت زاوية الاتصال اليسار واليمين قياس آثافة أد. من زوايا الاتصال المتوسط ​​من كل السائل جنبا إلى جنب مع توتر سطحه، ويتم احتساب سطح الطاقة الحرة من قطعة الاختبار. طريقة Fowkes بحساب إجمالي الطاقة السطحية (γ) من مجموع المساهمات من التفاعلات التشتت (γd) والتفاعلات γnon التشتت (γp). أدى هذا الأسلوب في سطح الطاقة الحرة من 26.45 م ن / م للالزجاج المطلي منظمة إرهابية أجنبية. وقد أجريت الطباعة وفقا للإجراء السابق للإنتاج 5 الساحات ملم. وقد تم قياس سمك طبقة المطبوع على الزجاج باستخدام التعريف السطح. تم قياس أقصى سمك في وسط الطبقة المطبوعة أن تكون 2.6 ميكرون. تم قياس النفاذية من الزجاج المطلي باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية-VIS. عند طول موجي 700 نانومتر، وقد تم قياس والنفاذية 60٪ لتيو 2 فيلم المطبوعة مقارنة مع 78٪ للزجاج منظمة إرهابية أجنبية. <p class="jove_content" fo:keep-together.withinأنتجت -page = "1"> الأجهزة الضوئية وفقا للمخطط الإجراء أعلاه وتتميز مباشرة بعد التصنيع للحد من تأثير التدهور الناجم عن الماء والأكسجين في الهواء. هناك خمسة معايير الأداء الكهربائية التي تستخدم لتوصيف ومقارنة الخلايا الشمسية 28. ويمكن الحصول على القيمة من الدوائر الحالية قصيرة (أنا الشوري) والجهد الدائرة المفتوحة (V OC) من الجهد الحالي (الرابع) منحنى. هذه يمكن استخدامها لتحديد عامل التعبئة (FF) وكفاءة تحويل الطاقة (η). فرنك فرنسي يعطي نسبة الخلايا الفعلي انتاج الطاقة القصوى للمنتج من الجهد الدائرة المفتوحة وماس كهربائى الحالية 29. هذا هو المعلمة الرئيسية في تقييم أداء الخلايا الشمسية. وFF عالية يعني خسائر الكهروكيميائية منخفضة، في حين أن FF منخفض يشير أن هناك مجالا للتحسين. ومن المعروف أن هناك عدة عوامل تؤثر على FF بما في ذلك نوعية واجهة من الطبقات داخل الخلية. DSالمنبوذة ادراج شركة الأكسدة زوجين يوديد / ثلاثي اليوديد مع كفاءات سجل التقرير 11.9٪ ملء عوامل 0.71 30. تحتاج إلى أن تحدد في ظل ظروف الاختبار القياسية حيث تبلغ درجة حرارة الجهاز 25 ج، توزيع الإشعاع الطيفي للضوء لديه كتلة الهواء 1.5 كل من هذه المعايير، ومجموع الإشعاع قياس (E م) في الخلية الشمسية 100 ميغاواط / سم 2. تم الإبلاغ عن الحد الأقصى النظري لكفاءة التحويل لخلية السندات الإذنية تقاطع واحدة على نطاق واسع 37.7٪ 31، ولكن لDSSCs تم الإبلاغ عن أن أقصى قدر من الكفاءة هي أقرب إلى 15.1٪ مع بداية امتصاص عند 920 نانومتر (32). تم قياس التيار الناتج والفولتية باستخدام مقياس مصدر في حين أضيئت الخلايا مع 100 ميغاواط / سم 2 مصدر الضوء مزودة مرشح لتتناسب مع توزيع الإشعاع الطيفي مع كتلة الهواء 1.5. وتمت مقارنة النتائج إلى خليةالمنتجة باستخدام تيو 2 طبقة بين الطبيب والبيضاء باستخدام معجون المتاحة تجاريا التي لديها مزيج من الجسيمات التيتانيوم Anatase 20 نانومتر و 450 نانومتر. كانت طبقة المطبوعة على مساحة 0.25 سم 2 وسمك متوسط ​​من 18 ميكرون التي تم قياسها باستخدام التعريف السطح. وأظهرت مقارنة بين أداء الكهروضوئي بين الجهازين في الشكل 1 والجدول 1. وقد حقق العديد من الدراسات العلاقة بين سماكة طبقة تيو 2 وكفاءة التحويل داخل DSSCs. نتائج تختلف اختلافا كبيرا، مع سماكة الفيلم الأمثل ذكرت من أي مكان ما بين 9.5 ميكرون و 20 ميكرون 33-39. الجدول رقم 1 يحدد سمك من تيو 2 طبقات المطبوعة والكفاءة. سمك النافثة للحبر طباعة تيو 2 هو أقل بكثير من الطبيب البيضاء تيو 2، مما أدىفي أقل كفاءة. والعمل المستقبلي تحقيق في استخدام المواد الرابطة العضوية في صياغة الحبر إلى زيادة سمك طبقة النافثة للحبر الطباعة. الشكل 1. منحنيات الأداء من DSSCs مع نفث الحبر المطبوع وطبيب يحتوي على شفرة تيو 2 طبقات. منحنيات الكثافة الحالية / الجهد لDSSCs دمج نفث الحبر المطبوعة تيو 2 طبقة وتيو 2 الطبقات الطبيب البيضاء. الكثافة الحالية ماس كهربائى في الجهاز مع النافثة للحبر طباعة تيو 2 طبقة أقل بكثير من الجهاز مع الطبيب البيضاء تيو 2 طبقة مما أدى إلى انخفاض كفاءة تحويل الشاملة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. <tdروسبان = "3"> قصيرة الدوائر الحالية فتح دائرة الجهد ملء عامل كفاءة سماكة (مللي أمبير / سم 2) (السيارات) (٪) (ميكرون) النافثة للحبر طباعة 9.42 760 0.49 3.5 2.6 طبيب البيضاء 11 756 0.58 4.8 18 الجدول 1. خصائص الأداء الرئيسية للخلايا في الشكل 1. يقارن هذا الجدول المعايير الأساسية للخلية الشمسية بما في ذلك الجهد الدائرة المفتوحة (V OC)، قصيرة الدوائر الحالية (أنا الشوري) التي تحدد كفاءة (η) تحت الضوء المحدد وتعرض حالة. المعلمات سكما يشتمل خلية اتحاد كرة القدم المنتجة باستخدام تيو 2 الطبقات الطبيب البيضاء للمقارنة. العوامل التعبئة (FF) من كلا الجهازين منخفضة جدا وهو ما يرجع عموما إلى مقاومة داخلية عالية داخل الخلية.

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