4.1. Thiết kế, chế tạo linh kiện pin mặt trời lai perovskite vô cơ– hữu cơ
4.1.1. Thiết kế, chế tạo pin mặt trời Perovskite cấu trúc thuận dạng phẳng
(planar PSCs)
Hình 4.1. Sơ đồ các bước chế tạo pin mặt trời Perovskite cấu trúc thuận dạng
phẳng (planar PSCs)
(1) Ăn mịn đế FTO/thủy tinh
Để có được hình dạng thiết bị mong muốn, đế FTO/thủy tinh được tạo hình bằng cách sử dụng dung dịch HCl loãng và bột kẽm.
Dung dịch HCl được pha lỗng nồng độ 1M.
Đầu tiên, che kín phần đế FTO cần giữ lại bằng băng dính chân khơng. Sau đó, một lớp mỏng bột kim loại kẽm được phủ dàn đều lên bề mặt cần ăn mòn. Tiếp đến, nhỏ dung dịch HCl 1M lên trên bề mặt đã phủ bột Zn.
Đợi khoảng 15 phút để lớp FTO bị ăn mịn hồn tồn.
(2) Chế tạo lớp TiO2 phẳng
Lớp TiO2 phẳng được chế tạo bằng cách phún xạ kim loại Titan lên bề mặt lớp FTO sau đó oxi hóa ở 450oC trong 1 giờ.
Điều kiện phún xạ: + Nguồn: RF. + Công suất: 100W. + Áp suất: 1,2.10-2 mb. + Nhiệt độ đế: 29oC. + Tốc độ quay đế: 10 rpm. + Thời gian: 16 phút. (3) Chế tạo lớp perovskite
Chuẩn bị dung dịch tiền chất perovskite:
+ Cân 0,156 g CsI, 2,0748 g PbI2, 0,594 g PbBr2, 0,7224 g FAI và 0,1908 g MAI.
+ Cho CsI hịa tan trong 1ml dung mơi DMSO bằng cách khuấy từ sau đó thêm 4ml dung mơi DMF.
+ Thêm hỗn hợp PbI2 và PbBr2 vào rồi tiếp tục khuấy từ đến tan hoàn toàn. + Thêm tiếp hỗn hợp FAI và MAI vào rồi tiếp tục khuấy cho đến tan hoàn toàn được dung dịch màu vàng chanh.
Chế tạo màng perovskite phủ trên lớp TiO2 phẳng:
Màng perovskite được chế tạo bằng phương pháp quay phủ một bước kết hợp phản dung mơi.
+ Nhỏ 70 µl lên đế sau đó spin theo trình tự sau: Để n trong 8 giây sau đó gia tốc trong 5 giây lên quay với tốc độ 1200 rpm trong 17 giây. Gia tốc trong 15 giây lên tốc độ 6000 rpm và quay trong 40 giây. Khi đạt tốc độ 6000 rpm thì nhỏ dung dịch anti-solvent.
+ Ủ 100oC trong 1 giờ trên hotplace.
(4) Chế tạo lớp truyền dẫn lỗ trống HTL
Chuẩn bị dung dịch tiền chất HTL:
+ Hòa tan 520 mg Lithium bis-(trifluoro methyl sulphonyl)imide trong 1ml acetonnitrile.
+ Hòa tan 72,3 mg Spiro OMETAD trong 1ml Toluen sau đó cho 28,8 µl 4-tert-butul pyridine và 17,5 µl dung dịch Lithium bis (trifluoro methyl sulphonyl) imide/acetonnitrile vào, hịa tan hồn tồn.
Chế tạo lớp HTL:
+ Nhỏ 70 µl dung dịch tiền chất HTL lên trên lớp hoạt động.
+ Spin – coating theo phương pháp phủ một bước dưới chế độ quay: B1) Quay với tốc độ 1000 rpm trong 10 giây, gia tốc trong 10 giây. B2) Quay với tốc độ 4000 rpm trong 30 giây, gia tốc trong 10 giây. + Ủ nhiệt ở 100oC trong 30 phút.
(5) Chế tạo điện cực Au
Điện cực được chế tạo bằng cách bốc bay vàng lên bề mặt lớp HTL trong điều kiện:
+ Áp suất: 10-5 torr. + Dòng điện: 80 A. + Thời gian: 26 phút. + Độ dày: 100 nm.
Như vậy, chúng tôi đã thực hiện chế tạo pin mặt trời perovskite lai hữu cơ – vô cơ cấu trúc thuận dạng phẳng (planar PSCs) bao gồm các lớp: thủy tinh/FTO/TiO2 phẳng/AuNPs/triple cation perovskite/Spiro-OMeTAD/Au. Phần diện tích làm việc của pin được xác định là phần diện tích chồng đủ tất cả các lớp vật liệu cấu thành pin bao gồm FTO/bl-TiO2/AuNPs/perovskite/Spiro-
OMeTAD/Au, phần điện cực FTO đã được ăn mịn theo hình dạng và diện tích mong muốn, trên cùng là điện cực vàng khi phủ cũng cần sử dụng mặt nạ (mask) để có được hình dạng và diện tích làm việc chính xác theo như thiết kế. Linh kiện pin mặt trời perovskite lai hữu cơ – vô cơ cấu trúc thuận dạng phẳng chúng tôi chế tạo có diện tích làm việc là 1x1 cm2.
Hình 4.2. Mơ hình linh kiện pin mặt trời Perovskite cấu trúc thuận dạng phẳng
theo mặt thẳng đứng