Как уже было отмечено ранее, основной функцией металлооскидоного полупроводника является перенос электронов от слоя перовскита к прозрачному проводящему покрытию. Следующие вещества могут быть использованы для формирования данного слоя:
-
Диоксид титана (TiO2);
-
Оксид Олова IV (SnO2);
-
Оксид Меди (Cu2O);
-
Оксид цинка (ZnO);
-
Оксид Индия (In2O3).
Согласно [1] наиболее предпочтительным является оксид индия, однако, его высокая стоимость, как и в случае с ППП на основе ITO, накладывает определенные ограничения и существенно увеличивает цену конечного продукта, поэтому от данного типа металлооксида пришлось отказаться. Все прочие кроме диоксида титана не демонстрируют необходимой эффективности энергопреобразования [2] [3], поэтому в качестве основных материалов для формирования слоя металлооксида использоваться не могут. Таким образом, в данной работе был сделан выбор в пользу изготовления солнечных элементов на основе гибридных органо-неорганических перовскитов с использованием диоксида титана.
Существует несколько способов формирования слоя диоксида титана на поверхности прозрачного проводящего покрытия FTO на стеклянной подложке. Среди них электрохимическое анодирование, низкотемпературное газовое осаждение, спрей-пиролиз, золь-гель и так называемый роллерный метод [4].
Поскольку нанесение металлооксидных пленок методом спрей-пиролиза уже разрабатывается и используется в рамках другого проекта – победителя У.М.Н.И.К – «Разработка технологии получения металлооксидных пленок для сенсибилизированных красителем солнечных элементов» за авторством С.В. Ракши – данный способ рассматриваться не будет.
Электрохимическое осаждение и низкотемпературное газовое осаждение являются дорогими и ресурсоемкими методами [5]. Сюда же можно отнести золь-гель метод, который в данном случае не требует целой системы поддержания постоянной температуры в течение нескольких суток. [6].
Таким образом, для получения металлооксидных пленок будет использоваться роллерный метод, который представляет собой нанесение пасты диоксида титана с помощью стеклянного стержня. Для реализации подобного подхода понадобятся следующие химические вещества и оборудование:
-
Кристаллический диоксид титана (TiO2)
-
Уксусная кислота (CH3CO2H)
-
Этанол 95% (С2H5OH)
-
Triton X-100 (C14H22O(C2H4O)n)
-
Скотч
-
Электрическая плитка
-
Ступка и пестик
-
Шприц без иглы
Методика получения металлооксидных пленок с помощью роллерного метода состоит из следующих этапов:
-
Подготовить поверхности подложек (см. п. 2.1)
-
Размолоть необходимое количество диоксида титана в ступке. В полученную пыль добавить несколько капель уксусной кислоты до образования коллоидной суспензии гладкой консистенции.
-
Добавить некоторое количество Triton X-100 и снова перемешать.
-
Полученную пасту необходимо поместить в объем шприца и нанести на закрепленную на твердой поверхности скотчем стеклянную подложку (рисунок 1).
Рисунок 1. нанесение пасты на поверхность стеклянной подложки FTO
-
Аккуратно удалить скотч и поместить стеклянную подложку на электрическую плитку на 20 минут при температуре 80 градусов. В некоторых случаях стекло может треснуть. Данные образцы отбраковываются.
-
Позволить полученным образцам (рисунок 2) остыть.
Рисунок 2. Фотография образца стеклянных подложек с нанесенным на него металлооксидом диоксида титана
Исследование данного образца c нанесенным на него металлооксидом проводилось с помощью сканирующего электронного микроскопа Vega3 Tescan. На рисунках 3 и 4 представлены SEM – изображения, полученные с помощью данного микроскопа. Хорошо видно, что полученные покрытия обладают правильной поверхностной морфологией, что соотносится с исследованиями [2] и [6].
Рисунок 3. SEM – изображение образца с нанесенным на него слоем металлооксида диоксида титана (50 мкм)
.
Рисунок 4. SEM – изображение образца с нанесенным на него слоем металлооксида диоксида титана (5 мкм)
Библиографический список
- Dong Q., Fangzho L. In2O3 based perovskite solar cells. – 2016
- Priti T., Pablo D., Johnston M.B. Electron Mobility and Injection Dynamics in Mesoporous ZnO, SnO2, and TiO2 Films Used in Dye-Sensitized Solar Cells. – 2011 – P. 5158 – 5166
- Phutthamon C., Jarusutthirak C. A Comparison Study of Photocatalytic Activity of TiO2 and ZnO on the Degradation of Real Batik Wastewater. – 2015 – P. 8 – 12
- Qiu J., Qiu Y., Yan K., Zhong M., Mu C., Yan He, Yang S. All-solid-state hybrid solar cells based on a new organometal halide perovskite sensitizer and one-dimensional TiO2 nanowire arrays, The royal society of chemistry, – 2013 – P. 3245-3248
Количество просмотров публикации: Please wait