完全に解決策が処理無機ナノ結晶太陽電池素子の作製
Summary
このプロトコルは、非導電性表面上に薄膜電子回路を製造するための層による無機ナノクリスタル膜の合成及び溶液堆積を記載しています。溶剤安定化インクは、堆積後の配位子交換及び焼結次のスピンおよびスプレーコーティングによりガラス基板上に完全な光起電力素子を製造することができます。
Abstract
我々は、ナノ結晶インクのスピンおよびスプレーコーティングの堆積、無機太陽電池を処理し、完全溶液の調製のための方法を示します。光活性吸収層、コロイドのCdTeおよびCdSeナノ結晶（3-5 nm）の不活性ホット注入技術を用いて合成され、過剰の出発試薬を除去するために沈殿して洗浄しました。同様に、金ナノ結晶（3-5 nm）は、周囲条件下で合成され、有機溶媒に溶解します。また、透明導電性酸化インジウムスズ（ITO）膜の前駆体溶液は、反応性酸化剤と対にインジウムとスズ塩の溶液から調製されます。層ごとの、これらの溶液は、ナノ結晶太陽電池（ガラス/ ITO /のCdSe / CdTeの/金）を構築するためのアニーリング（200~400℃）で、次のガラス基板上に堆積されます。プレアニールの配位子交換は、フィルムは、NH 4 Cl の中に浸漬されたCdSeおよびCdTeのナノ結晶のために必要とされる：長鎖ネイティブLIGAを交換するメタノールを小さ な無機のClとNDS –アニオン。 NH 4 Clでは、（複数の）加熱時に結晶粒の成長（136±39 nm）につながる（従来のCdCl 2（S）治療に対する非毒性の代替として）、焼結反応の触媒として作用することが見出されました。調製されたフィルムの厚さ及び粗さは、SEMと光学的プロフィロメトリーを用いて特徴付けられます。 FTIRは、焼結前に配位子交換の程度を決定するために使用され、及びXRDは、各材料の結晶化度及び相を確認するために使用されます。 UV / VisスペクトルITO層及び熱アニーリング後のカドミウムカルコゲナイドナノ結晶の吸収のレッドシフトを介して高い可視光透過率を示しています。完成したデバイスの電流 – 電圧曲線は、シミュレートのSun照明下で測定されます。リガンド交換の際に用いられる堆積技術および試薬の小さな差は、デバイス特性に大きな影響を有することが示されています。ここでは、ケミの効果を調べますCAL（焼結と配位子交換エージェント）と太陽光発電デバイス性能上の物理的処理（溶液濃度、スプレー圧、アニール時間とアニール温度）。
Introduction
それらの固有の出現特性のために、無機ナノ結晶インクは太陽光発電、1を含む電子機器の幅広い用途が見出されている– 。6発光ダイオード、7、8、コンデンサ9とトランジスタ10これは、優れた電子の組み合わせによるものであると無機材料とナノスケールでのその解決の互換性の光学特性。バルク無機材料は、典型的には可溶性でないため、高温、低圧真空蒸着に限定されます。有機配位子シェルでナノスケールで調製される場合しかし、これらの材料は、（ドロップ、ディップ、スピン、スプレーコーティング）、有機溶媒に分散させ、溶液から堆積させることができます。また、可能なニッチな用途を拡大しながら、電子デバイスとコート大きく、不規則な表面へのこの自由は、これらの技術のコストを削減します。6、11 </suP>、12
カドミウム（II）、テルル（CdTeの）、カドミウム（II）、セレン（CdSeの）、カドミウム（II）スルフィド（CDS）と酸化亜鉛（ZnO）無機半導体活性層の液処理が効率（ƞ）に到達する光起電デバイスにつながっているために金属-CdTeのショットキー接合のCdTe /アル（ƞ= 5.15パーセント）13、14、およびヘテロ接合のCdS / CdTeの（ƞ= 5.73パーセント）、15のCdSe / CdTeの（ƞ= 3.02％）、16、17のZnO / CdTeの（ƞ= 7.1 ％、12％）。18、バルクのCdTe装置の真空蒸着とは対照的に図19に示すように 、これらのナノ結晶膜は、天然および膜を介して効率的な電子輸送を禁止長鎖有機配位子絶縁除去する配位子交換次の堆積を受けなければなりません。また、CD-（S、Seを、テ）を焼結して、適切な塩触媒の存在下で加熱中に発生しなければなりません。最近、それがfましたメタノール溶液：ound を NH 4 Clで堆積ナノ結晶膜を浸漬することによって20の非毒性の塩化アンモニウム（NH 4 Cl）が一般的に使用されるカドミウム（II）クロリド（のCdCl 2）の代わりに、この目的のために使用することができますリガンド交換反応は、熱活性化NH 4 Clで焼結触媒への暴露と同時に起こります。これらの調製されたフィルムは、光活性層の所望の厚さを構築するために層ごとに加熱される。21
透明導電膜（金属ナノワイヤ、グラフェン、カーボンナノチューブ、燃焼処理インジウム錫酸化物）と導電性金属ナノ結晶インクにおける最近の進歩は、任意の非導電性表面上に構築された柔軟な又は湾曲した電子装置の製造につながっている。22、このプレゼンテーションで23 、我々は活性層（のCdTeおよびCdSeのナノ結晶）を含む各前駆体インク溶液の調製を実証する、トランスクリアここで、酸化物電極（ すなわち 、インジウムドープ酸化スズ、ITO）と溶液法から完全に完了した無機太陽電池を構築するためのバックメタルコンタクト24を行う借り、我々は、非導電性に噴霧プロセスとデバイス層パターニング・アーキテクチャを強調表示しましたガラス。この詳細ビデオプロトコルを処理し、太陽電池を設計し、構築ソリューションされている研究者を支援することを意図しています。しかしながら、ここで説明したのと同じ技術は、電子機器に広く適用可能です。
Protocol
Representative Results
Discussion
要約すると、このプロトコルは、噴霧またはスピンコーティング堆積から電子機器に処理ソリューションを構築に関与する重要なステップのためのガイドラインを提供します。ここでは、非導電性のガラス基板上に溶液処理の透明導電性インジウムスズ酸化物（ITO）フィルムのための新たな方法をハイライト。容易なエッチング処理した後、個々の電極は、噴霧堆積光活性層の前に形成する?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The Office of Naval Research (ONR) is gratefully acknowledged for financial support. A portion of this work was conducted while Professor Townsend held a National Research Council (NRC) Postdoctoral Fellowship at the Naval Research Laboratory and is grateful for internal support from St. Mary’s College of Maryland.
Materials
| Oleic acid, 90% | Sigma Aldrich | 364525 | |
| 1-octadecene, 90% | Sigma Aldrich | O806 | Technical grade |
| Trioctylphosphine (TOP), 90% | Sigma Aldrich | 117854 | Air sensitive |
| Trimethylsilyl chloride, 99.9% | Sigma Aldrich | 92360 | Air and water sensitive |
| Se, 99.5+% | Sigma Aldrich | 209651 | |
| NH4Cl, 99% | Sigma Aldrich | 9718 | |
| CdCl2, 99.9% | Sigma Aldrich | 202908 | Highly toxic |
| CdO, 99.99% | Strem | 202894 | Highly toxic |
| Te, 99.8% | Strem | 264865 | |
| In(NO3)3.2.85H2O, 99.99% | Sigma Aldrich | 326127-50G | |
| SnCl2.2H2O, 99.9% | Sigma Aldrich | 431508 | |
| NH4OH | Sigma Aldrich | 320145 | Caustic |
| NH4NO3, 99% | Sigma Aldrich | A9642 | |
| HAuCl4.3H2O, 99.9% | Sigma Aldrich | 520918 | |
| Tetraoctylammonium bromide (TMA-Br) | Sigma Aldrich | 294136 | |
| Toluene, 99.8% | Sigma Aldrich | 244511 | |
| Hexanethiol, 95% | Sigma Aldrich | 234192 | |
| NaBH4, 96% | Sigma Aldrich | 71320 | |
| Hexanes, 98.5% | Sigma Aldrich | 650544 | |
| Ethanol, 99.5% | Sigma Aldrich | 459844 | |
| Methanol, anhydrous, 99.8% | Sigma Aldrich | 322415 | |
| 1-propanol, 99.5% | Sigma Aldrich | 402893 | |
| 2-propanol, 99.5% | Sigma Aldrich | 278475 | |
| Pyridine, > 99% | Sigma Aldrich | 360570 | Purified by distillation |
| Heptane | Sigma Aldrich | 246654 | |
| chloroform > 99% | Sigma Aldrich | 372978 | |
| Acetone | Sigma Aldrich | 34850 | |
| Glass microscope slides | Fisher | 12-544-4 | Cut with glass cutter |
| Gravity Fed Airbrush | Paasche | VSR90#1 | |
| Syringe needle | Fisher | CAD4075 | |
| Solar Simulator Testing Station | Newport | PVIV-1A | |
| Software | Oriel | PVIV 2.0 | |
| Round bottom flask | Sigma Aldrich | Z723134 | |
| Round bottom flask | Sigma Aldrich | Z418668 | |
| Polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter | Sigma Aldrich | Z259926 | |
| Polyamide tape | Kapton | KPT-1/8 | |
| Cellophane tape | Scotch | 810 Tape | |
| Polypropylene centrifuge tube | Sigma Aldrich | CLS430290 | |
| Silver epoxy | MG Chemicals | 8331-14G |
References
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