Influenza della polarizzazione della corona sulle proprietà ZnO come n

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 21489 (2022) Citare questo articolo

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Sono stati studiati gli effetti di poling corona sulle caratteristiche ottiche e strutturali dei film sottili di ossido di zinco (ZnO) preparati mediante la tecnica di rivestimento spin-gel sol-gel. Lo studio al microscopio a forza atomica ha mostrato la formazione di una struttura di grani piramidali sulla superficie trattata Corona. È stato riscontrato che il picco della fotoluminescenza verde-giallo centrato a 2,36 eV e correlato al difetto OZn dell'ossigeno antisito diminuisce. I modelli di diffrazione dei raggi X hanno dimostrato che il trattamento Corona ha migliorato la natura policristallina e ha aumentato le dimensioni dei grani dei film sottili di ZnO, il che è stato vantaggioso anche per il trasporto degli elettroni. Il ruolo della rugosità superficiale del film sottile di ZnO come strato di trasporto degli elettroni nel determinare l'effetto fotovoltaico delle celle solari invertite (ISC) è stato esaminato fabbricando ISC basati su P3HT/PC61BM. L'efficienza di conversione di potenza (PCE) ottenuta da questi ISC fabbricati è aumentata dal 3,05 al 3,34%.

Le celle solari organiche (OSC) hanno suscitato molto interesse negli ultimi tre decenni a causa dei loro potenziali vantaggi nella raccolta di energia solare a basso costo1,2,3. Il tipo più comune di OSC è costruito sulla base di una struttura di eterogiunzione (BHJ), con lo strato fotoattivo composto da una miscela di un donatore (D)/accettore inserito tra un poli(3,4-etilendiossitiofene):poli(stirene solfonato ) (PEDOT:PSS)/ossido di indio-stagno (ITO) e un catodo superiore in metallo a bassa funzione di lavoro4,5. Tuttavia, raggiungere un’elevata efficienza mantenendo la stabilità dell’aria ambiente a lungo termine rimane un problema critico per i BHJ-OSC. Le celle solari invertite (ISC) sono uno degli approcci di successo per migliorare la stabilità e le prestazioni dei BHJ-OSC6,7. Lo sviluppo degli ISC dipende interamente dalle caratteristiche elettriche e superficiali degli strati di interfaccia del catodo. Di conseguenza, la ricerca di uno strato di trasporto degli elettroni (ETL) porta all'uso di un gran numero di ossidi metallici come l'ossido di titanio (TiOx)8,9, il carbonato di cesio (CsCO3)10,11 e l'ossido di zinco (ZnO )12. Tra tutti questi materiali ETL, lo ZnO è utilizzato più frequentemente a causa della sua bassa funzione di lavoro, che consente la formazione di un contatto ohmico con lo strato fotoattivo13. Così come lo ZnO possiede caratteristiche specifiche come basso costo, buona stabilità all'aria, non tossicità ed elevata trasparenza nella gamma spettrale del visibile/vicino infrarosso14. Esistono diverse tecniche di deposizione utilizzate per preparare i film sottili di ZnO come la deposizione di strato atomico (ALD)15, la deposizione chimica da fase vapore (CVD)16, lo sputtering con magnetron RF17, la pirolisi a spruzzo18, la deposizione con laser pulsato19, la deposizione elettrochimica20 e lo spin sol-gel tecnica di rivestimento21,22,23. Il metodo sol-gel offre la possibilità di preparare nanoparticelle supportate da film sottile24, un eccellente controllo della stechiometria e una facile modifica della composizione del film25.

Nel presente studio, l’influenza del trattamento Corona poling sul film sottile di ZnO preparato mediante il metodo sol-gel è stata studiata utilizzando il microscopio a forza atomica (AFM), l’assorbimento UV-Vis, la spettroscopia di fotoluminescenza (PL) e la diffrazione di raggi X ( XRD). Inoltre, sono state presentate le prestazioni fotovoltaiche degli ISC fabbricati utilizzando l'architettura ITO/ZnO/P3HT:PC61BM/MoO3/Ag. Inoltre, è stata studiata la prestazione comparativa di questi dispositivi con e senza Corona poling di film sottili di ZnO.

Acetato di zinco diidrato "Zn(CH3COO)2·2H2O" (purezza del 99,9%), 2-metossietanolo (purezza del 99,8%), etanolamina (purezza del 99,5%) e 1,2-diclorobenzene (anidro, 99%) (DCB) erano acquistato da Sigma-Aldrich. Il poli (3esiltiofene) (P3HT) con regio-regolarità del 91-94% e l'estere metilico dell'acido [6,6]-fenil C61-butirrico (PC61BM) sono stati acquistati da Ossila. Substrati di vetro rivestiti con ossido di indio-stagno (ITO) con una resistenza del foglio di (15–20) Ω/sq sono stati ottenuti da Lumtec, Taiwan. Tutti i materiali sono stati utilizzati così come sono, senza ulteriore purificazione.