Influência do poling corona nas propriedades do ZnO como n

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 21489 (2022) Citar este artigo

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Os efeitos da polarização corona nas características ópticas e estruturais de filmes finos de óxido de zinco (ZnO) preparados pela técnica de revestimento por spin sol-gel foram investigados. O estudo do microscópio de força atômica mostrou a formação da estrutura de grãos piramidais na superfície tratada com Corona. Verificou-se que o pico de fotoluminescência verde-amarelo centrado em 2,36 eV e correlacionado com o defeito OZn de oxigênio antissítio diminuiu. Os padrões de difração de raios X demonstraram que o tratamento Corona melhorou a natureza policristalina e aumentou os tamanhos de grão dos filmes finos de ZnO, o que também foi benéfico para o transporte de elétrons. O papel da rugosidade superficial do filme fino de ZnO como camada de transporte de elétrons na determinação do efeito fotovoltaico das células solares invertidas (ISCs) foi examinado pela fabricação de ISCs baseados em P3HT/PC61BM. A eficiência de conversão de energia (PCE) obtida desses ISCs fabricados aumentou de 3,05 para 3,34%.

Células solares orgânicas (OSCs) atraíram muito interesse durante as últimas três décadas devido aos seus benefícios potenciais na coleta de energia solar de baixo custo1,2,3. O tipo mais comum de OSCs é construído com base em uma estrutura de heterojunção em massa (BHJ), com a camada fotoativa composta por uma mistura de um doador (D)/aceptor imprensado entre um poli(3,4-etilenodioxitiofeno):poli(estireno sulfonato ) (PEDOT:PSS)/ânodo de óxido de estanho e índio (ITO) e um cátodo de metal de baixa função de trabalho4,5. No entanto, alcançar alta eficiência enquanto mantém a estabilidade do ar ambiente a longo prazo continua sendo um problema crítico para os BHJ-OSCs. As células solares invertidas (ISCs) são uma das abordagens bem-sucedidas para melhorar a estabilidade e o desempenho dos BHJ-OSCs6,7. O desenvolvimento de ISCs é totalmente dependente das características elétricas e de superfície das camadas de interface catódica. Como resultado, a busca por uma camada de transporte de elétrons (ETL) leva ao uso de um grande número de óxidos metálicos, como óxido de titânio (TiOx)8,9, carbonato de césio (CsCO3)10,11 e óxido de zinco (ZnO )12. Dentre todos esses materiais ETL, o ZnO é o mais utilizado devido a sua baixa função trabalho, o que possibilita a formação de um contato ôhmico a ser formado com a camada fotoativa13. Assim como o ZnO possui características específicas como baixo custo, boa estabilidade ao ar, atoxicidade e alta transparência na faixa espectral do visível/infravermelho próximo14. Existem várias técnicas de deposição usadas para preparar os filmes finos de ZnO, como deposição de camada atômica (ALD)15, deposição de vapor químico (CVD)16, pulverização catódica de magnetron de RF17, pirólise de spray18, deposição de laser pulsado19, deposição eletroquímica20 e spin sol-gel técnica de revestimento21,22,23. O método sol-gel oferece a possibilidade de preparar partículas nanométricas suportadas por filmes finos24, excelente controle da estequiometria e fácil modificação da composição do filme25.

No presente estudo, a influência do tratamento de polarização Corona no filme fino de ZnO preparado pelo método sol-gel foi investigada usando microscópio de força atômica (AFM), absorção UV-Vis, espectroscopia de fotoluminescência (PL) e difração de raios-X ( XRD). Além disso, foi apresentado o desempenho fotovoltaico de ISCs fabricados usando a arquitetura ITO/ZnO/P3HT:PC61BM/MoO3/Ag. Além disso, o desempenho comparativo desses dispositivos com e sem polarização Corona de filmes finos de ZnO foi estudado.

Dihidrato de acetato de zinco "Zn(CH3COO)2·2H2O" (99,9% de pureza), 2-metoxietanol (99,8% de pureza), etanolamina (99,5% de pureza) e 1,2-diclorobenzeno (anidro, 99%) (DCB) foram comprado da Sigma-Aldrich. O poli(3hexiltiofeno) (P3HT) com 91-94% de regiorregularidade e o éster metílico do ácido [6,6]-fenil C61-butírico (PC61BM) foram adquiridos da Ossila. Substratos de vidro revestidos com óxido de estanho e índio (ITO) com uma resistência de folha de (15–20) Ω/sq foram obtidos da Lumtec, Taiwan. Todos os materiais foram usados ​​como estão, sem purificação adicional.