Namangan davlat universiteti fizika kafedrasi

§ 2.1. Organik moddalar nanostrukturali aralashmasi asosidagi quyosh elementlarini tayyorlash usullari

Ushbu bobda P3HT:PCVM yoki P3HT:ITIC tarkibli faol qatlamlar asosidagi organik quyosh elementlarini tayyorlash uchun qo‘llaniladigan materiallar, organik quyosh elementlarini olishdagi texnologik jarayonlar va tajriba metodlarining tafsilotlari keltirilgan. Bundan tashqari, eksperimental yondashuvlarga oid munozaralar ham bayon etilgan. 2.1-jadvalda ushbu tadqiqot ishida foydalanilgan materiallar va ulardan foydalanish maqsadlari qo‘rsatilgan.
Tadqiqot ishida foydalanilgan materiallar
2.1-jadval.

Faol qatlam materiallari	Donor – P3HT Akseptor – PCBM, ITIC
Bufer (to‘siq) qatlam materiallari	PEDOT:PSS, PFN
Elektrod kontakt materiali	Al
Tagliklar	Shisha (kvars), ITO (indiy qalay oksidi)
Suyuqliklar	Dixlorbenzol, aseton, izopropil spirt, deionlashtirilgan suv

Organik fotoelektrik qurilmalarni tayyorlashda taglik tanlash muhim ahamiyatga ega. Tagliklar egiluvchan yoki qattiq, shaffof yoki shaffof bo‘lmagan, elektr o‘tkazuvchi xususiyatlarga ega yoki elektr o‘tkazmaydigan xossalarga ega bo‘lishi mumkin.

Taglikni tanlash quyosh fotoelementi tuzilishiga, elektrod turiga, quyosh fotoelementini ishlab chiqarish jarayoniga va umuman, qurilmaga qo‘yiladigan yakuniy talablarga bog‘liq. Bundan tashqari, talab qilinadigan OQE ishlab chiqarish jarayonlari foydalaniladigan taglik xususiyatlariga bog‘liqdir. Ko‘pgina plastik tagliklar juda yuqori haroratga chidamlilik darajasi past bo‘lib, bu OQE qatlamlariga maksimal ishlov berishda noqulayliklar tug‘diradi. OQE uskunalari uchun ideal tagliklar o‘ziga xos xususiyatlarga ega bo‘lishi bilan birga, oddiy hamda arzon ishlab chiqarishni va qurilmalarning ko‘p yillik ishlash vaqtini ta’minlashi taxmin qilinmoqda. Shu bilan birga, OQE qurilmalarini samarali uzoq muddat xizmat ko‘rsatishi uchun tagliklardan tashqari, suv va kislorod kabi atrof-muhit omillaridan himoyalovchi to‘siq qatlamlari bilan ta’minlangan bo‘lishi ham talab etiladi. Taglik va to‘siqni to‘g‘ri tanlash OQE qurilmalarni ishlab chiqarish jarayonida paydo bo‘ladigan muammolarni hal qilish va muvaffaqiyatli tijoratlashtirish uchun muhim yondoshuv hisoblanadi.
Materiallarning yupqa plyonkalarini olishning bir qator texnik usullari mavjud. Ushbu tadqiqot ishining §1.2 qismida yupqa plyonkalarni taglik ustiga qoplashning bir qator usullari haqida ma’lumotlar keltirilgan. Shuningdek yupqa qatlamlar tayyorlashning qaysi texnik usullaridan foydalanilganiga qarab, materiallarning suyuq eritmalari yoki qattiq shakllaridan ishlatilishi haqida Krebs va boshqalar guruhi [139; s. 11-79] adabiyotida batafsil yoritilgan. Ushbu dissertasiya ishida esa yupqa plyonkalarni taglik ustiga qoplashning spin koating usulidan foydalanildi. Spin koating usulining boshqa usullariga nisbatan afzalligi shundaki, bu usul sodda va qulay ekanligi bilan bir qatorda o‘tqizilayotgan nanoo‘lchamdagi faol qatlam materiallari aralashmasining taglik ustida bir xil qalinlikda bo‘lishini ta’minlaydi. Afsuski, ushbu usul yordamida katta o‘lchamli yoki rulon holatidagi OQEni tayyorlash imkonsiz. Lekin boshqa tayyorlash usullariga nisbatan optik, fotovoltaik, strukturaviy xususiyatlarini o‘rganishda olingan natijalar aniq va ishonchliligi bilan hozirda eng samarali ucul hisoblanmoqda. Fotoelement yupqa faol qatlamlarini yotqizishdan avval barcha tagliklar quyidagi ko‘rsatilgan jarayonlarga muvofiq tozalanadi.
Ushbu tadqiqot ishida foydalanilgan barcha shisha/ITO tagliklari ultratovushli vannadan foydalanib, ketma-ket uchta bosqichda tozalanadi. Bu ketma-ket bosqichlarda uch xil tozalovchi moddalar ishlatildi, ya’ni; deionizasiyalangan suv, aseton va izopropil spirti. Dastlab tagliklar aseton bilan to‘ldirilgan stakaniga botirilib, 13 daqiqa davomida ultratovushli vannada tozalanadi. Xuddi shu jarayon navbati bilan deionizasiya qilingan suv va so‘nggida izopropil spirtida takrorlandi. Izopropil spirtida tozalab bo‘lgandan so‘ng tagliklar yuzasini yuqori tozalikdagi azot yordamida purkash usuli bilan izopropil spirtidan xoli qilinadi va kislorodli plazma bilan 6 daqiqa davomida shisha/ITO yuzasi tozalanadi.



2.1 - rasm. Ultratovushli vannada shisha/ITO tagliklarni tozalash.
Tagliklarni tozalash jarayonlari yakunlangandan so‘ng, kovaklarni yaxshi tashilishi va elektronlarga bufer vazifasini bajaruvchi, suv yordamida eritib tayyorlangan PEDOT:PSS materiali atmosfera muhitida spin koating usulida yotqiziladi.
Tayyor bo‘lgan shisha/ITO/PEDOT:PSS tagliklar azot bilan to‘ldirilgan qo‘lqopli maxsus qutiga (<1 ppm O₂ va H₂O) joylashtiriladi. Shisha/ITO/PEDOT:PSS tagliklari ustiga sof P3HT, PCBM, ITIC va ularning aralashmalaridan tayyorlangan P3HT:PCBM va P3HT:ITIC yupqa qatlamlarning spektroskopik va fotoelektrik parametrlarini tadqiq qilish uchun yotqiziladi. Optik parametrlari olingandan keyin birlamchi tayyor (shisha/ITO/PEDOT:PSS/faol qatlam) fotoelementi ustiga yupqa metall elektrod alyuminiy (Al) kontakti vakuumli bug‘lantirish kamerasi yordamida yotqiziladi.
Barcha yupqa qatlamlarni yotqizish texnologiyasi azot bilan to‘ldirilgan qo‘lqopli maxsus qutilarda amalga oshirildi. Jumladan, elektrod kontaktlarini yotqizishda foydalanilgan vakuumli yotqizish kamerasi ham azotli qutida joylashtirilgan. Azot bilan to‘ldirilgan qo‘lqopli maxsus qutidan foydalanishdan maqsad OQE larni tayyorlash jarayoni vaqtida namunalarga atmosfera muhiti ta’sirining oldini olishdir.
2.2-rasmda shisha/ITO taglikni ustiga PEDOT:PSS yotqizishdan boshlab, tayyor organik quyosh fotoelementi qurilmasi to‘liq shakllanishigacha bo‘lgan tuzilish jarayonlari sxematik tarzda keltirilgan.


2.2 - rasm: Organik quyosh fotoelementi qurilmasi tuzilishining to‘liq shakllanishigacha bo‘lgan jarayonlar sxematik tuzilishi.
Tadqiqot ishida P3HT:PCBM aralashmasining turli qalinlikdagi namunalarini tayyorlashda «Spin coating» usulidan foydalanilgan bo‘lib bu usul hozirgi kunda laboratoriya sharoitida yupqa plyonkalarni xossalarini tadqiq qilishda va yupqa plyonkalar hosil qilishning eng mukammal, qulay metodlardan biridir. Hozirgi vaqtda «Spin coating» usuli organik quyosh elementlari namunalarini tayyorlash va ularning samaradorligini yaxshilash ustida ilmiy tadqiqotlar olib borishda keng qo‘llanilmoqda. Garchi bu metod yordamida katta hajmdagi OQE ishlab chiqarishning imkoni bo‘lmasa ham, laboratoriya miqyosidagi kichik o‘lchamli quyosh elementlarini tayyorlashda juda keng tarqalgan qulay usuldir. «Spin coating» metodi bu (1.4-rasm) markazdan qochma kuch ta’sirida aralashmani taglik yuzasiga yoyish uchun yuqori tezlikda aylantirish natijasida qoplama hosil qilishga asoslangan. Ushbu metodda qo‘llaniladigan eritmaning ko‘p qismi aylantirish jarayonida chiqib ketishi natijasida isrof bo‘lishi bilan bir qatorda yupqa qatlam olish uchun juda oz miqdorda eritma (masalan 20-25 mikrolitrlarda) talab qilinadi.