Name: 散装异质结太阳能电池的印刷和制作原位形态特征 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 32 s
Description: 学习使用微型狭缝涂布机印刷制备有机薄膜太阳能电池，并通过同步辐射散射技术原位观察溶剂蒸发过程中的形貌演变。该方法将工业加工与先进表征技术相结合，为优化器件性能提供关键见解。

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本工作由美国能源部基础能源科学办公室资助的能源前沿研究中心——用于太阳能收集的聚合物基材料（PHaSE）——支持，资助编号为 DE-SC0001087，以及美国海军研究办公室合同号 N00014-15-1-2244。本研究的部分工作在劳伦斯伯克利国家实验室的先进光源（Advanced Light Source）的 7.3.3 和 11.0.1.2 光束线完成，该设施由美国能源部科学办公室和基础能源科学办公室支持。

1. 光子活性混合油墨的制备
<ol>
	<li>称取10 mg DPPBT聚合物和10 mg PC71BM材料（化学结构见图1），在4 ml小瓶中混合。</li>
	<li>向混合物中加入1.5 ml氯仿和75 µl 1,2-二氯苯。</li>
	<li>将一个小的搅拌子放入小瓶中，用聚四氟乙烯（PTFE）盖子密封小瓶，并将小瓶转移至加热板上。以约400 rpm的速度搅拌，并在约50 °C下加热过夜，备用。</li>
</ol>
2. ITO 和晶圆基底的清洗与准备
<ol>
	<li>将预图案化的氧化铟锡（ITO）玻璃基底（1 英寸×3 英寸，其中一半 ITO 已去除）或硅片放入聚四氟乙烯清洗架中，并将该架放入玻璃容器中（图 2）。向玻璃容器中加入稀释的洗涤剂溶液（300 ml，1% 通用洗涤剂溶液），然后将玻璃容器放入超声波清洗机中，超声处理 15 分钟。</li>
	<li>倒掉洗涤剂溶液，用去离子水（DI 水）冲洗 ITO 玻璃数次。然后向容器中加入 300 ml 去离子水，再将玻璃容器放入超声波清洗机中处理 15 分钟。</li>
	<li>倒掉容器中的水，加入 300 ml 丙酮，超声处理 15 分钟。</li>
	<li>倒掉丙酮，向玻璃容器中加入 300 ml 异丙醇，然后超声处理 15 分钟。</li>
	<li>将清洗架取出并放入烘箱中。将烘箱温度设定为 100 °C，加热 3–5 小时，直至 ITO 玻璃完全干燥。</li>
	<li>取出已清洗的基底，转移至紫外臭氧清洗机或氧气等离子体清洗机中。根据制造商的操作说明，使用高功率紫外臭氧或等离子体处理约 15 分钟。</li>
	<li>将清洗后的基底放置于旋涂仪上，在基底表面滴加 150 µl 聚（3,4-乙烯二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）溶液，以 3,000 rpm 的转速旋涂，从而在 ITO 玻璃或硅片上形成约 30 nm 厚的 PEDOT:PSS（PEDOT:PSS 4083）薄膜。</li>
	<li>取下旋涂后的基底，将新鲜涂覆的基底转移至加热板上，在 150 °C 下退火 15 分钟。</li>
</ol>
3. 活性层印刷
<ol>
	<li>装载基底。将涂有 PEDOT:PSS 的 ITO 基底放置在小型狭缝涂布机的底板上。打开连接至狭缝涂布机真空吸盘的真空泵，以牢固固定基底。（参见 图3 以确定各个组件的位置。）</li>
	<li>调整基底位置，使其正好位于打印头正下方。可通过基底板下方的线性操纵器完成此操作。</li>
	<li>使用支撑打印头的二维倾斜操纵器调节头的倾斜角度。确保打印头垂直立于所装载的基底上方。注意，在此过程中可将打印头降低至接近基底的位置。利用打印头与基底之间的间隙判断打印头是否倾斜。当使用晶圆基底时，该方法尤为有用，因为打印头的微小影像会显现出来，从而更容易检查倾斜情况。</li>
	<li>将打印头与基底之间的距离调零。垂直电机与力传感器耦合。当打印头处于悬浮状态时，将获得一个恒定的力读数（来自打印头及倾斜操纵器组件的重量）。一旦打印头接触基底，读数将下降，此时即标记为零位。参见 图4 设置步进距离。使用点动模式调节距离。 
	注意：垂直操纵器的平移板通过弹簧连接至其底座，弹簧常数略有变化。因此在实验过程中，力传感器读数出现微小波动是不可避免的。</li>
	<li>设定打印头与基底之间的距离以开始实验。本实验中，将打印头与基底的间隙设为 100 µm。</li>
	<li>调整用于打印的线性平移台电机。确定起始点和终点，并记录这些数值。线性电机的行程距离为 100 mm。此处将电机位置 10 mm 设为起始点，80 mm 设为终点。</li>
	<li>通过电机控制软件界面设置打印速度为 10 mm/sec（图4b）。将电机加速度设为 100 m/sec²。
	<ol>
		<li>如果电机无法正常工作或软件出现错误，请重启软件，并在软件界面中依次点击 &#34;enable&#34; 和 &#34;home&#34;。请注意，在打印过程中，打印头保持固定，而基底移动以分配溶液，从而模拟工业级印刷过程。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将 DPPBT:PCBM 溶液（室温）装入 1 ml 注射器，并将注射器安装到连接狭缝涂布机的注射泵上。在控制软件中设置打印参数（注射器直径和溶液供给速度，本例中为 0.3 ml/min）。</li>
	<li>开始打印实验。
	<ol>
		<li>在控制软件的位置窗口中输入起始点位置，将基底移动至起始点。详见 图4c。</li>
		<li>点击注射泵软件中的“开始”按钮，启动溶液向狭缝涂布头的输送。也可手动操作注射泵。每次涂覆约使用 ~100 µl 溶液。通常情况下，首次打印使用 300 µl 溶液，重复打印时使用约 100 µl 溶液。</li>
		<li>当溶液开始从打印头流出时，迅速启动平移电机，使基底向终点位置移动。请注意，这是关键步骤。应预先将平移电机的终点位置输入位置窗口，并点击回车键启动电机运动。</li>
		<li>停止注射泵，并通过垂直电机抬起打印头。关闭真空，将基底从底板上取下。注意，该打印头的死体积为 250 µl，因此首次填充需使用超过 250 µl 的溶液。</li>
		<li>将已打印的基底放入真空烘箱中加热 3–5 小时，以去除残留溶剂。</li>
		<li>在打印头下方放置一个培养皿。向打印头泵入 10 ml 氯仿以清洗打印头。用培养皿收集被污染的氯仿溶液。在泵送清洗液的同时，使用棉签清洁打印头。每次涂覆运行后均需清洗打印头，尤其是在更换不同溶液时。 
		注意：DPPBT:PCBM 溶液呈深绿色。清洗完成后，氯仿溶剂中应不再可见任何颜色。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. 阴极电极沉积
<ol>
	<li>将已涂覆活性层的基底装载到阴影掩模上（图5），并将掩模安装至蒸镀腔室中。</li>
	<li>将两个热蒸镀舟置于电极柱之间（图6a）。在一个蒸镀舟中加入氟化锂（LiF）盐（仅轻微覆盖舟底，约0.2 g），在另一个舟中加入铝金属（4粒颗粒）。</li>
	<li>关闭蒸镀腔室，并将腔室抽真空至约2 × 10-6 Torr。</li>
	<li>设置腔室依次蒸镀1 nm的LiF和100 nm的铝。本实验中，LiF蒸镀使用20%功率，Al蒸镀使用26%功率。本研究所用系统的蒸镀控制器界面如图6b所示。</li>
	<li>停止真空泵运行，并向腔室内充入氮气。当压力恢复至大气压时，取出基底。</li>
</ol>
5. 光伏性能测量
<ol>
	<li>准备一块宽度为用于器件制备的ITO玻璃一半的载玻片。此步骤需在手套箱内进行。将环氧树脂胶粘剂涂覆在玻璃基底的一侧，并用涂有环氧胶的载玻片覆盖器件区域（参见图11中的示例器件）。待环氧胶固化后，器件将被完全密封。</li>
	<li>启动太阳能模拟器，并将其设定为AM 1.5光照条件，光强为100 mW/cm2。在测量前使光源稳定约15分钟。本研究中使用的光伏测量系统如图7所示。</li>
	<li>将器件安装在模拟器下方，保持仪器推荐的距离。将阳极和阴极连接至测量电路。按照制造商的操作规程，使用数字多用表记录电流-电压曲线。</li>
	<li>按以下方式确定器件性能： 
	Jsc：短路电流，即太阳能电池器件所能输出的最大电流； 
	Voc：开路电压，即太阳能电池器件所能输出的最大电压； 
	FF：填充因子，I-V曲线中最大矩形面积与Jsc×Voc的比值； 
	PCE：能量转换效率，计算公式为Jsc×Voc×FF/(100 mW/cm2)。</li>
</ol>
6. 同步辐射X射线测量
<ol>
	<li>设置氦气箱以抑制X射线测量中的空气散射。将微型狭缝涂布器安装到氦气箱内。图8展示了在美国先进光源（Advanced Light Source）使用氦气箱进行掠入射X射线衍射实验的实验装置。</li>
	<li>在印刷设备上安装光学干涉仪，用于监测溶剂蒸发过程中膜厚的变化。本实验中采用UVX型号设备（例如，Filmetrix F20）。本实验所用材料在300–900 nm波长范围内具有较强的光吸收。
	<ol>
		<li>选用光学干涉仪的光源时，应避开材料的吸收波段。本实验使用1,100–1,700 nm波长的光源。实验前按照仪器操作规程进行预校准。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将涂有PEDOT:PSS的晶圆基底放置于打印机的基底夹持器上，并按照步骤3.2–3.5调整喷头与基底的位置。开启真空泵，确保晶圆基底紧密贴附在基底夹持器上。</li>
	<li>用氦气吹扫氦气箱以去除空气。注意氧气浓度应低于0.3 v%，可通过氧气传感器进行监测。</li>
	<li>将基底对准至X射线入射位置（即印刷终点位置），并设定入射角，本实验中为0.16°。根据光束线操作规程进行对准。</li>
	<li>设置X射线曝光时间与数据采集方式。本实验中曝光时间为2秒，随后设置3秒延迟时间（以避免探测器受到强光束损伤），因此每次实验周期为5秒。连续执行100次重复测量，共采集100张图像。</li>
	<li>命名实验并选择保存实验文件的数据路径。图9展示了先进光源7.3.3光束线的用户界面，上述设置可在该界面上方便地找到。</li>
	<li>在电机控制软件中输入起始位置，将基底移动至起始点。打开X射线快门，探测器将连续记录衍射/散射信号。</li>
	<li>启动注射泵向印刷喷头供液。当溶液开始从喷头喷出时（通过监控摄像头观察），迅速启动印刷过程。 
	注意：当达到预设的测量位置时，二维探测器将捕获来自溶液的散射信号，同时通过干涉仪监测膜厚，从而记录薄膜形貌的演化过程。</li>
	<li>实验结束后抬起打印头并清洁喷头。</li>
</ol>

<ol><li>Brabec, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200903697/abstract">Polymer-Fullerene Bulk-Heterojunction Solar Cells.</a> Adv. Mater. 22 (34), 3839-3856 (2010).</li>
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</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本文所述方法侧重于开发一种可轻松实现工业化放大的薄膜制备工艺。在该方案中，薄膜印刷和同步辐射形貌表征是最关键的步骤。在以往实验室规模的有机光伏（OPV）研究中，旋涂法是制备薄膜器件的主要方法。然而，该工艺利用高离心力将体异质结（BHJ）溶液铺展成膜，这与工业上基于卷对卷的制备工艺存在显著差异。因此，通过旋涂法研究所获得的知识和经验无法直接应用于大面积器件的制备。本研究中采用的微型狭缝涂布装置与工业用薄膜涂布设备类似，因此非常适用于工业化前的测试。那些控制薄膜形貌并影响器件性能的参数需要重新评估。微型狭缝涂布的材料成本极低，因而可对大量器件制备条件进行优化。
同步辐射测量用于确定体相异质结（BHJ）太阳能电池薄膜的形貌演化过程。我们采用掠入射X射线衍射（GIXD）和掠入射X射线散射（GISAXS）来监测结构的演化。理想情况下，应同时进行这两项实验；若不可行，也可分别进行。GIXD与GISAXS之间的唯一区别在于样品到探测器的距离，因此实验细节仅描述一次。实验中将使用涂有PEDOT:PSS的硅片作为涂覆基底。打印过程与器件制备过程相同。必须精确计算打印机在基底上的位置，以确保能够达到所...

有机光伏（OPV）技术有望在不久的将来实现低成本可再生能源的生产。1,2,3 为开发光敏聚合物并制备高效率器件，研究人员已投入巨大努力。迄今为止，单层OPV器件已实现超过&#62;10%的功率转换效率（PCE）。该效率值是在实验室规模器件上取得的，其薄膜制备依赖旋涂法；而当扩展至更大尺寸器件时，PCE显著下降。4,5 在工业生产中，通常采用卷对卷（R2R）薄膜涂布技术在导电基底上制备光敏薄膜，该工艺与典型的实验室制备过程存在显著差异，尤其体现在溶剂去除速率方面。这一点至关重要，因为薄膜的形貌由多种动力学过程共同决定，包括相分离、有序化、取向排列以及溶剂蒸发，最终形成动力学捕获的形貌。6,7 而这种动力学捕获的形貌在很大程度上决定了太阳能电池器件的性能。因此，深入理解涂布过程中形貌的演化机制，对于调控形貌以优化器件性能具有重要意义。
优化形貌需要理解在溶剂去除过程中，空穴传输聚合物在溶液中有序排列的动力学过程；8,9 量化聚合物与富勒烯类电子传输材料之间的相互作用；10,11,12 理解添加剂在形貌形成中的作用；13,14,15 以及平衡溶剂和添加剂的相对蒸发速率。16 在工业相关条件下，对活性层中形貌演变进行定量表征一直是一项挑战。卷对卷加工已被用于大规模有机光伏（OPV）器件的制备。4,17 然而，这些研究是在制造环境中进行的，需使用大量材料，实际上限制了研究仅能采用商业化聚合物。
本文展示了使用微型狭缝模头涂布系统制备有机光伏（OPV）器件的技术细节。所涉及的涂布参数，如薄膜干燥动力学和膜厚控制，可适用于更大规模的工艺过程，因此本研究与工业制造直接相关。此外，微型狭缝模头涂布实验仅需使用极少量材料，使其适用于新型合成材料的加工。在设计上，该微型狭缝模头涂布装置可安装于同步辐射终端站，从而可结合掠入射小角X射线散射（GISAXS）和X射线衍射（GIXD）技术，在多种加工条件下，对薄膜干燥过程中不同阶段、宽尺度范围内形貌演变进行实时研究。这些研究获得的信息可直接应用于工业生产环境。由于材料用量极少，该方法能够快速筛选大量光活性材料及其混合物在不同加工条件下的性能。
基于半结晶型二酮吡咯并吡咯和四噻吩（DPPBT）的低带隙共轭聚合物被用作模型给体材料，以及(6,6)-苯基-C71-丁酸甲酯（PC71BM 用作电子受体。18,19 先前的研究表明，DPPBT:PC71使用氯仿作为溶剂时，BM共混物会形成较大尺度的相分离。采用氯仿与1,2-二氯苯的混合溶剂可减小相分离的尺寸，从而提高器件性能。本研究考察了溶剂干燥过程中形貌的形成过程 原位 通过掠入射X射线衍射与散射表征。采用微型狭缝介电涂布机制备的太阳能电池器件，在最优溶剂混合条件下，平均光电转换效率达到5.2%。20 这与旋涂法制备的器件类似。微型狭缝涂布机为在实验室环境中模拟工业流程制备太阳能电池器件开辟了新途径，填补了预测这些材料在接近工业应用条件下可行性的空白。

<table><tbody><tr><td>PC&lt;sub&gt;71&lt;/sub&gt;BM</td><td>纳米碳公司</td><td>nano-c-PCBM-SF</td><td></td></tr><tr><td>DPPBT</td><td>马萨诸塞大学</td><td>定制</td><td></td></tr><tr><td>PEDOT:PSS</td><td>贺利氏</td><td>P VP Al 4083</td><td></td></tr><tr><td>Mucasol 液体清洗剂</td><td>西格玛奥德里奇</td><td>Z637181</td><td></td></tr><tr><td>丙酮</td><td>西格玛奥德里奇</td><td>270725</td><td></td></tr><tr><td>异丙醇</td><td>BDH</td><td>BDH1133</td><td></td></tr><tr><td>氯仿</td><td>西格玛奥德里奇</td><td>372978&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>1,2-二氯苯</td><td>西格玛奥德里奇</td><td>240664</td><td></td></tr><tr><td>氟化锂</td><td>西格玛奥德里奇</td><td>669431</td><td></td></tr><tr><td>铝</td><td>Kurt Lesker</td><td>EVMAL50QXHD</td><td></td></tr><tr><td>玻璃小瓶</td><td>费希尔科技</td><td>03-391-7B</td><td></td></tr><tr><td>超声波清洗机</td><td>Cleanosonic</td><td>Branson 2800</td><td></td></tr><tr><td>烘箱</td><td>WVR</td><td>414005-118</td><td></td></tr><tr><td>清洗架</td><td>劳伦斯伯克利国家实验室</td><td>定制</td><td></td></tr><tr><td>掩膜板</td><td>劳伦斯伯克利国家实验室</td><td>定制</td><td></td></tr><tr><td>紫外臭氧清洗机</td><td>UVOCS INC</td><td>T16X16 OES</td><td></td></tr><tr><td>手套箱</td><td>MBraun</td><td>定制</td><td></td></tr><tr><td>蒸发仪</td><td>MBraun</td><td>定制</td><td></td></tr><tr><td>狭缝涂布机</td><td>Jema Science Inc</td><td>定制</td><td></td></tr><tr><td>太阳光模拟器</td><td>Newport</td><td>Class ABB</td><td></td></tr><tr><td>旋涂仪</td><td>SCS Equipment</td><td>SCS G3</td><td></td></tr><tr><td>加热板</td><td>赛默飞世尔科技</td><td>SP131015Q</td><td></td></tr><tr><td>X射线测量</td><td>劳伦斯伯克利国家实验室</td><td>Beamline 7.3.3</td><td></td></tr></tbody></table>

体异质结太阳能电池的打印制备 原位 形态学表征

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

基于聚合物的材料有望成为低成本、柔性且高效的光伏器件。目前大多数实验室为实现高性能器件所开展的研究均采用旋涂法制备器件，而该方法难以适用于大规模生产。这种器件制备工艺上的差异使得实验室获得的定量结果难以向商业化生产转化，从而导致优化过程困难。通过使用微型狭缝涂布机，可将商业化制备工艺引入实验室，从而解决这一不匹配问题，并实现对器件活性层中结构形成的实时表征。 原位 当薄膜涂覆于基底上时，在不同条件下表征了形貌的演变过程，使我们能够提出一种关于结构形成与生长的机制。该微型狭缝模头涂布器为在工业相关条件下优化活性层形貌提供了一种简单、便捷且材料利用率高的途径。本实验方案的目标是展示使用微型狭缝模头涂布器制备太阳能电池器件的实验细节，以及设备运行的技术要点。 原位 使用微型狭缝涂布机进行结构表征。

如图所示 图3 微型狭缝模头涂布系统由一台涂布机、一台注射泵和一个中央控制箱组成。涂布机是该系统的核心部分，包含狭缝模头、一个水平平移平台和一个垂直平移平台。狭缝模头通过二维倾斜调节装置安装在垂直平移电机的基座上。 图10a 图示为未安装打印头的打印机主体，其中突显了二维倾斜操纵器。 图10b 展示了打印头在二维倾斜操纵器上的安装。 图10c 显示打印头和基板的放大图像。力传感器集成在垂直平移台上。实验中，通过垂直平移台调节喷头与基底之间的距离，利用二维倾斜电机调整喷头至严格垂直状态。力传感器用于监测狭缝涂布头系统的重量。当喷头接触基底时，传感器读数会从正值突变为负值，由此可判断喷头位置。随后将喷头上移至设定高度，以获得所需的间隙。打印过程中，狭缝涂布头保持固定，底部水平平移台进行移动。液体从喷头狭缝中持续释放，从而形成均匀薄膜。需要指出的是，打印头和基板均配备精密的温度控制系统，温度调节范围从室温至 150 °C 可在该系统的打印过程中...

本文介绍了一种使用微型狭缝介电涂布机制备有机薄膜太阳能电池的方案，以及利用同步辐射散射技术进行相关在线结构表征的方法。

基于聚合物的材料有望成为低成本、柔性且高效的光伏器件。大多数实验室在制备高性能器件方面的研究工作……

本实验的总体目标是展示有机薄膜太阳能电池的打印制备过程，并观察溶剂蒸发过程中薄膜形貌的演化。该方法有助于解答功能薄膜领域中的关键问题，例如薄膜太阳能电池和聚合物涂层中的相关问题。该技术的主要优势在于，将工业加工过程与同步辐射技术有机结合，从而揭示材料科学中的基本原理。该方法有助于理解相邻薄膜的形貌演化过程，这对于确定最终形貌及器件性能至关重要。因此，该技术可为我们提供有关薄膜有机光伏材料形貌的信息，也可用于其他材料体系，例如发光二极管或功能薄膜材料。加载基底时，将已制备的涂有 PEDOT:PSS 的氧化铟锡基底放置在微型狭缝涂布仪的底板上。使用基底板下方的线性调节器，调整基底位置，使其正对打印头下方。通过固定打印头的二维倾斜调节器，调整打印头的倾斜角度。确保喷头垂直位于已加载的基底上方。将喷头与基底之间的距离调节至零。垂直方向的电机与力传感器相耦合。当打印头处于悬浮状态时，测力装置将显示打印头及倾斜操纵组件重量所产生的恒定读数。一旦打印头接触基底，读数会下降，此时标记为零位。设定打印头到基底的距离值以开始实验。在本实验中，将喷头与基底的间隙设置为100微米。接下来，调节将用于打印的线性平移台电机。将10毫米的电机位置设为起点，80毫米的电机位置设为终点。使用电机控制软件界面将打印速度设置为 10 毫米每秒。将电机加速度设置为 100 米每二次方秒。将有机光伏油墨（OPV 油墨）装入一支 1 毫升的注射器中，并将该注射器安装到与狭缝模具打印机相连的注射泵上。在控制软件中设置打印参数。要开始打印实验，请在控制软件的位置窗口中输入起始点位置。此操作将使基底移动至起始点。通过点击注射泵软件中的“开始”按钮，启动将溶液泵入狭缝模具头的过程。当溶液开始从打印头流出时，迅速启动平移电机。基底将移动至末端位置。停止注射泵，并使用垂直电机抬起打印头。关闭真空，将基底从底板上取下。将打印后的基底放入真空烘箱中，加热三至五小时以去除残留溶剂。接下来将一个培养皿置于打印头下方。泵入10毫升氯仿至打印头中以清洗。用培养皿收集被污染的氯仿溶液。设置一个氦气箱，以抑制X射线测量中的空气散射。将微型狭缝涂布器安装到氦气箱内。将光学干涉仪安装到打印设备上，以监测溶剂蒸发过程中厚度的变化。将涂有 PEDOT:PSS 的晶圆基底放置在打印机的基底支架上，并像之前一样调整喷头和基底的位置。用氦气吹扫箱体以除去空气，氧气浓度应低于 0.3%，可通过氧气传感器进行监测。将样品置于X射线照射到样品的位置，并设置入射角，本例中为0.16度。在数据采集方法中设置X射线曝光时间。此处，曝光时间设为2秒，随后设置3秒的延迟时间，以避免探测器光束损伤。因此，每次实验时长为5秒。连续进行100次重复实验，共采集100张图像。为实验命名，并选择数据保存路径以存储实验文件。通过在电机控制软件中输入起始位置，将基底移至起始位置。启动X射线快门，探测器将连续记录衍射和散射信号。随后启动注射泵，向打印头输送溶液。当通过监控摄像头观察到溶液开始从打印头喷出时，迅速启动打印过程。当到达预先选定的测量位置时，二维探测器将捕获来自溶液的散射信号。薄膜厚度将由干涉仪进行监测。因此，将记录薄膜形貌的演变过程。实验结束后，抬起打印头并清洁打印头。图中所示为涂覆有共轭聚合物PCBM混合物的ITO基底。薄膜在视觉上相当均匀。由于弯月面的形成以及边缘处的干燥作用，涂层薄膜的起始端和末端并不总是均匀的。涂覆后的基底最终会被装入遮蔽掩模中。将掩模装入蒸发器中，用于沉积阴极薄膜。图中所示为阴极层沉积完成后的器件。使用太阳能模拟器在100毫瓦每平方厘米的光照条件下测量器件性能。这是一条狭缝涂布微型器件的典型电流-电压曲线。狭缝涂布器件实现了平均5.2%的功率转换效率，接近旋涂法制备器件的效率。该图代表了溶剂干燥过程中典型的原位掠入射小角散射实验。时间演化以颜色编码。在干燥的早期阶段，当溶剂过量存在时，观察到红色的散射曲线，表明共混物混合良好。在约0.02 埃⁻¹处逐渐形成一个散射峰，表明发生了约60纳米的相分离。该信息若与原位 X 射线衍射结果相结合，可揭示聚合物结晶与相分离的动力学过程。一旦掌握，若操作得当，该技术可在约五分钟内完成。在尝试这些实验时，重要的是要记住，对于每个材料体系，我们都必须找到理想的条件。这需要针对每个实验进行优化。该方法为薄膜太阳能电池领域的研究人员探索工业制造中的结构与性能关系铺平了道路。观看本视频后，您应能充分掌握如何在同步辐射光束线上开展原位打印实验。

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钙钛矿太阳能电池制备中的闪光电红外退火

学习使用微型狭缝涂布机印刷制备有机薄膜太阳能电池，并通过同步辐射散射技术原位观察溶剂蒸发过程中的形貌演变。该方法将工业加工与先进表征技术相结合，为优化器件性能提供关键见解。

体异质结太阳能电池的打印制备原位形态学表征

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体异质结太阳能电池的打印制备 原位 形态学表征

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