xốp (mesoporous PSCs)
Hình 4.3. Sơ đồ các bước chế tạo pin mặt trời Perovskite cấu trúc thuận dạng xốp (mesoporous PSCs).
Các bước (1) Ăn mòn đế FTO/thủy tinh, (2) Chế tạo lớp TiO2 phẳng được thực hiện như chế tạo Perovskite cấu trúc thuận dạng phẳng (planar PSCs). Trong
quy trình chế tạo pin mặt trời Perovskite cấu trúc thuận dạng xốp (mesoporous PSCs) có thêm bước chế tạo lớp TiO2 xốp (xem hình 4.3).
(3) Chế tạo lớp TiO2 xốp
Lớp TiO2 xốp (mp- TiO2) được chế tạo bằng cách quay phủ ly tâm dung dịch tiền chất được pha loãng từ paste TiO2 bằng cách pha loãng với ethanol. Có thể điều chỉnh điều chỉnh độ dày của màng mỏng như mong muốn theo nồng độ dung dịch paste TiO2 này như đã trình bày trong chương 3. Cụ thể thì paste TiO2 với nồng độ 7 wt% được pha loãng với ethanol tỉ lệ 1:1, 1:2 và 1:4 để tạo thành các dung dịch paste TiO2 tiền chất với nồng độ thấp hơn sau đó quay phủ lý tâm với tốc độ 5000 rpm trong 30 giây, tăng tốc trong 5 giây sau đó ủ nhiệt ở 500oC trong 45 phút tạo được lớp mp-TiO2 .
Các bước tiếp theo (4) Chế tạo lớp perovskite, (5) Chế tạo lớp HTL (6) Chế tạo điện cực Au bằng phương pháp bốc bay nhiệt chân không cũng được như chế tạo Perovskite cấu trúc thuận dạng phẳng (planar PSCs) đã trình bày ở trên mục 4.1.1. Linh kiện pin mặt trời perovskite lai hữu cơ – vô cơ cấu trúc thuận dạng xốp chúng tôi chế tạo có diện tích làm việc là 1x1 cm2.
4.1.3. Thiết kế, chế tạo thử nghiệm pin mặt trời Perovskite cấu trúc thuận dạng xốp không dùng HTM (HTM-free PSCs) xốp không dùng HTM (HTM-free PSCs)
Hình 4.4. Sơ đồ quy trình chế tạo pin mặt trời perovskite không dùng lớp vật liệu truyền lỗ trống (HTM-free PSCs)
Quy trình chế tạo pin mặt trời perovskite không dùng lớp vật liệu truyền lỗ trống (HTM-free PSCs) được mô tả trên sơ đồ hình 4.4 bao gồm các bước lần lượt như sau:
(1) Ăn mòn đế FTO/thủy tinh: Để có được hình dạng thiết bị mong muốn, đế FTO – glass có thể được ăn mòn theo 2 cách sau:
- Cách 1: ăn mòn hóa học sử dụng dung dịch HCl loãng và bột kẽm như đã mô tả ở phần 2.4.1 ở trên.
- Cách 2: ăn mòn bằng quang khắc laser trên thiết bị laser fiber Elip- Platium-RE-30, công suất nguồn 30 W, bước sóng 1064 nm.
(2) Chế tạo lớp TiO2 phẳng: Lớp TiO2 phẳng được chế tạo bằng cách sử dụng paste bl-TiO2 phủ in lưới lên trên bề mặt FTO. Sau đó ủ nhiệt ở 450oC trong 30 phút tạo được lớp bl-TiO2.
(3) Chế tạo lớp TiO2 xốp: Lớp xốp mp-TiO2 được chế tạo bằng cách phủ in lưới lên trên bề mặt FTO từ paste TiO2. Có thể điều chỉnh điều chỉnh độ dày của màng mỏng như mong muốn bằng cách pha loãng với ethanol hoặc thay đổi số lượt phủ các lớp TiO2. Sau đó đem ủ nhiệt ở 450oC trong 30 phút tạo được lớp TiO2
(4) Chế tạo lớp Carbon xốp: Lớp xốp mp-Carbon được chế tạo bằng cách phủ trải lên trên bề mặt FTO từ paste Carbon. Sau đó đem ủ nhiệt ở 450oC trong 1 giờ tạo được lớp mp-Carbon.
(5) Chế tạo lớp perovskite: Dung dịch tiền chất 2D/3D perovskite (5- AVA)x(MA)1-xPbI3 được nhỏ lên trên bề mặt của linh kiện gồm các lớp thủy tinh/FTO/bl-TiO2/mp-TiO2/mp-ZrO2/mp-Carbon. Để yên trên mặt phẳng 30 giây cho dung dịch 2D/3D perovskite thấm xuống các lớp xốp, sau đó ủ nhiệt theo cách thông thường trên thiết bị gia nhiệt ở 50ºC trong 4 giờ (TA) hoặc ủ nhiệt trong hơi dung môi isopropyl alcohol (IPA) cũng ở 50ºC trong 4 giờ (SA).
Cuối cùng ta thu được linh kiện hoàn chỉnh bao gồm các lớp: thủy tinh/FTO/bl-TiO2/(mp-TiO2/mp-ZrO2/mp-carbon) perovskite với diện tích làm việc là 1,2 cm2.
4.2. Kết quả nghiên cứu pin mặt trời Perovskite cấu trúc thuận dạng phẳng (planar PSCs)