Method Article

Concurrent Quantitative Leitfähigkeit und mechanische Eigenschaften Measurements of Organic Photovoltaic Materials mittels AFM

DOI:

10.3791/50293

⸱

January 23rd, 2013

 , 
1Center for Nanoscale Materials, Argonne National Laboratory, 2Institute for Molecular Engineering, University of Chicago

In This Article

Summary

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Organische Photovoltaik (OPV) Materialien sind von Natur aus inhomogenen auf der Nanometerskala. Nanoscale Inhomogenität der OPV-Materialien beeinflusst die Leistung von Photovoltaik-Geräte. In diesem Papier beschreiben wir ein Protokoll für quantitative Messungen der elektrischen und mechanischen Eigenschaften der OPV Materialien mit sub-100 nm Auflösung.

Abstract

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Organische Photovoltaik (OPV) Materialien sind von Natur aus inhomogenen auf der Nanometerskala. Nanoscale Inhomogenität der OPV-Materialien beeinflusst die Leistung von Photovoltaik-Geräte. So, das Verständnis der räumlichen Variationen in der Zusammensetzung als auch elektrischen Eigenschaften der OPV-Materialien ist von größter Bedeutung für die Bewegung PV-Technologie voran. 1,2 In diesem Papier beschreiben wir ein Protokoll für quantitative Messungen der elektrischen und mechanischen Eigenschaften der OPV Materialien mit sub -100 nm Auflösung. Derzeit durchgeführt Materialeigenschaften Messungen mit handelsüblichen AFM-Techniken (PeakForce, leitenden AFM) in der Regel lediglich qualitative Informationen. Die Werte für den Widerstand als auch Elastizitätsmodul gemessen mit unserer Methode auf der prototypischen ITO / PEDOT: PSS/P3HT: PC 61 BM-System gut mit Daten aus der Literatur. Die P3HT: PC 61 BM Mischung trennt sich auf dem PC 61 BM-reich und P3HT-reiche domains. Mechanische Eigenschaften von BM-PC 61 reichen und P3HT-reiche Domänen unterschiedlich sind, das es ermöglicht, honorarfrei Domäne auf der Oberfläche des Films. Wichtig ist, dass die Kombination von mechanischen und elektrischen Daten können zur Korrelation der Domäne Struktur auf der Oberfläche der Folie mit elektrischen Eigenschaften Schwankungen durch die Dicke des Films gemessen.

Introduction

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Neueste Innovationen in Leistungswandlungseffizienz (PCE) von organischen Photovoltaik (OPV)-Zellen (stossend 10% auf Zellebene) 3 in Absprache mit der Einhaltung High-Throughput-und Low-Cost Fertigungsprozesse 4 haben ein Schlaglicht auf die OPV-Technologie gebracht, wie ein mögliche Lösung für die Herausforderung, kostengünstige Herstellung von großflächigen Solarzellen. OPV Materialien sind von Natur aus inhomogenen auf der Nanometerskala. Nanoscale Inhomogenität der OPV-Materialien und die Leistung von Photovoltaik-Geräte sind eng miteinander verbunden. Daher ist das Verständnis Inhomogenität in der Zusammensetzung als auch elektrischen Eige....

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Protocol

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Ein. Signalerfassung

  1. Installieren Probe (Polymer-Solarzelle ohne Kathode (ITO / PEDOT: PSS/P3HT: PC 61 BM)) in einem kommerziellen Multimode AFM (Veeco, Santa Barbara, CA) mit Nanoscope-V-Controller ausgestattet.
  2. Installieren leitenden AFM-Sonde in Multimode AFM Sondenhalter.
  3. Erstellen elektrische Verbindung zwischen der AFM-Sonde, Proben-und Spannungsquelle.
  4. Route aktuellen Verstärkerausgang (Stromsignal), Multimode AFM Ablenkung Ausgang (Kraft-Signal), Multimode AFM Probenhöhe Ausgang (Abstandssignal) in einen digitalen Messkarte (NI-PCI-6115 DAQ). Der Gewinn aus Femto DLPCA-200 Stromverstärkers ist....

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Results

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Elastizitätsmodul und Widerstandsfähigkeit Karten (Abbildung 3) derzeit typischen Ergebnisse der Messungen beschrieben. Mechanische und elektrische Eigenschaften der ITO / PEDOT: PSS/P3HT: PC 61 BM Stapel wurden bei negativen (-10 V) und positive (+6 V) Spannungen, die an der AFM-Sonde gemessen. Imaging Artefakte, mit elektrostatischen Wechselwirkung zwischen der AFM-Sonde und der Probe verbunden sind, sind ein häufiges Problem für quantitative Messungen der funktionellen Eigenschaften mittel.......

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Disclosures

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Keine Interessenskonflikte erklärt.

Acknowledgements

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MPN ist dankbar, des Direktors Fellowship Program für finanzielle Unterstützung. MPN will Yu-Chih Tseng für die Hilfe bei der Entwicklung des Protokolls für Solarzellenprozessierung danken. Diese Arbeit wurde am Center for Nanoscale Materials, ein US-Department of Energy, Office of Science, Office of Basic Energy Sciences User Facility unter Vertrag Nr. DE-AC02-06CH11357 durchgeführt.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Name des Reagenz / Material Firma Catalog Number Kommentare
Plextronics Tinten Plexcore PV 1000
ITO-beschichtete Glassubstrate Delta Technologies, Inc 25 Ohm / sq
30 MHz synthetisiert Funktionsgenerator Stanfor Research Systems DS345
Stromverstärker Femto DLPCA-200
Multimode AFM Veeco, Santa Barbara, CA ausgestattet mit Nanoscope-V-Controller
Messkarte National Instruments NI-PCI-6115
Metall Pt Sonden RMNano 12Pt3008
MATLAB-Software Mathworks
LabView-Software National Instruments

References

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  1. Chen, W., Nikiforov, M. P., Darling, S. B. Morphology characterization in organic and hybrid solar cells. Energy Environ. Sci. , (2012).
  2. Dupont, S. R., Oliver, M., Krebs, F. C., Dauskardt, R. H. Interlayer adhesion in roll-to-roll processed flexible inverted polymer solar cells. ....

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Organic Photovoltaic MaterialsAFM Conductivity MeasurementsMechanical Properties AnalysisConcurrent Electrical MeasurementsAtomic Force MicroscopyPeakForce ModeConductive AFM ProbeYoung s Modulus MappingResistivity MappingPhase Separated Blends

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