Name: Méthode ambiante pour la production dun ionique Gated nanotubes de carbone cathode commune dans les cellules solaires organiques Tandem (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-05T15:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 37 s
Description: Découvrez la fabrication de cellules solaires organiques tandem en conditions ambiantes en utilisant une cathode commune en nanotubes de carbone. Cette méthode élimine les procédés sous vide et réduit les coûts de production.

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Le soutien de ce travail a été fourni par la subvention STTR du DOE DE-SC0003664 sur les cellules solaires organiques en tandem parallèle avec des intercalaires de feuilles de nanotubes de carbone et la subvention AT-1617 de la Fondation Welch. Les auteurs remercient J. Bykova pour la fourniture des forêts CNT et A. R. Howard, K. Meilczarek et J. Velten pour l’assistance technique et les discussions utiles.

1. Indium Tin Oxide (ITO) Modélisation et nettoyage REMARQUE: Utilisez 15Ω / □ ITO verre, et l&#39;achat ou de couper le verre de l&#39;ITO en tailles appropriées pour le revêtement par centrifugation et la photolithographie. Il est plus efficace d&#39;effectuer les étapes 1.1 à 1.7 sur un morceau de verre aussi vaste que possible, puis couper en petits appareils. Notez également que les étapes 1.1-1.7 exigent le verre ITO être orienté avec l&#39;OIC vers le haut. Ceci peut être vérifié facilement avec le réglage de la résistance d&#39;un multimètre. <ol><li> manteau de spin 1 ml de résine positive S1813 sur le ITO côté du verre ITO à un taux de 3,000 rpm pendant 1 min. Utilisez plus résister à de gros morceaux de verre, assurez-vous que tout le verre est revêtu, et éliminer toutes les bulles avant de commencer la tournette. </li><li> Recuire la résine verre revêtu, sur une plaque chaude à 115 ° C pendant 1 min. </li><li> Charger l&#39;échantillon et le photomasque sur le dispositif d&#39;alignement de contact. </li><li> Exposer la résine photosensible revêtue d&#39;ITO verre pour une approtemps échéant. Le temps d&#39;exposition est de l&#39;ordre de 10 s, mais cette fois-ci varie en fonction de l&#39;intensité de la lampe UV, du type de résine photosensible, et l&#39;épaisseur. </li><li> Développer les substrats exposées aux UV dans MF311 développeur. Le processus automatisé de Spin processeur produit les meilleurs et les plus reproductibles résultats, mais le développement peut se faire manuellement comme suit. <ol><li> Immerger le substrat exposées aux UV pendant 1 minute dans le révélateur, suivi d&#39;un rinçage à l&#39;eau désionisée (DI) de l&#39;eau et séchage avec un pistolet à azote. Parce que le développeur perd de sa résistance rapidement, remplacer le développeur entre les échantillons, ou bien augmenter le temps de développement en réutilisant développeur. </li></ol></li><li> Graver les substrats d&#39;ITO dans l&#39;acide chlorhydrique concentré (HCl). Cela prend entre 5 à 10 min en fonction de la concentration du HCl. Rincer à l&#39;eau DI, sec, et tester la résistivité des parties attaquées avec un multimètre. Si une conductivité reste, graver pour un temps plus long. </li><li> Une fois la gravure terminée, retirez le photoresist avec de l&#39;acétone. Notez que le retrait rapide de la résine empêche HCl résiduelle de sur-gravure de la ITO à motifs. </li><li> Si nécessaire, couper les substrats de verre ITO gravées dans la taille de l&#39;appareil. </li><li> Nettoyer les substrats ITO dans un appareil à ultrasons à bain à une séquence de solvants - de l&#39;eau déminéralisée, de l&#39;acétone, le toluène, le méthanol, l&#39;alcool isopropylique et enfin. </li></ol> 2. VPO sous-cellule de fabrication <ol><li> Préparer P3HT: PC 61 BM solution. REMARQUE: Pour obtenir des résultats plus cohérents, préparer les solutions dans un environnement d&#39;azote. Il est possible de suivre la procédure suivante dans les conditions ambiantes. <ol><li> Trouvez et notez la masse de deux propres, ~ 4 ml flacon en verre et leurs chapeaux, et les marquer avec un marqueur permanent pour les distinguer des autres. </li><li> Dans une boîte à gants de l&#39;azote ou de l&#39;argon, transférer environ 10 mg de poly (3-hexylthiophène-2,5-diyle) (P3HT) et à un flacon à environ 10 mg de phényl-C 61 ester méthylique de l&#39;acide butyrique (PC 61 BM) à l&#39;autre. </li><li> Peser à nouveau les fioles de trouver la masse du P3HT et PC 61 BM. </li><li> Transférer les flacons de P3HT et PC 61 BM dans une boîte à gants pour le reste du processus de prise de solution. </li><li> Ajouter une barre d&#39;agitation magnétique dans chaque flacon, puis ajouter assez chlorobenzène à chaque à la création de 45 mg / ml solutions. </li><li> Placer les solutions sur une plaque d&#39;agitation magnétique chaude à 55 ° C pendant environ 2 heures ou jusqu&#39;à ce que les solutés sont complètement dissous. </li><li> Mélanger des volumes égaux de la P3HT et PC 61 BM ensemble des solutions, et de laisser l&#39;agitation de la solution mixte pendant une heure avant de l&#39;utiliser. </li></ol></li><li> Préparer PTB7: PC 71 BM solution. <ol><li> Répétez les étapes 2.1.1 à 2.1.4 avec poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl}) (PTB7) et phényl-7,1-butyrique ester méthylique d&#39;acide (PC 71 BM) au lieu de P3HT et PC61 BM. </li><li> Faire un mélange de 3% en volume 1,8-diiodooctane (DIO) dans le chlorobenzène. Ce mélange est appelé DIO-CB. </li><li> Ajouter une barre d&#39;agitation magnétique dans chaque flacon, puis ajouter assez DIO-CB pour le flacon de PTB7 d&#39;avoir une solution à 12 mg / ml et assez DIO-CB pour le PC 71 BM flacon d&#39;avoir un / ml, solution à 40 mg. </li><li> Que ces solutions remuer sur une plaque chauffante à 70 ° C pendant deux jours. </li><li> Mélanger les solutions dans un rapport en poids de PC à PTB7 BM 71 de 1 à 1,5. </li><li> Laissez le bruit de solution mixte pendant une heure à 70 ° C avant de l&#39;utiliser. </li></ol></li><li> Filtre poly (3,4-éthylènedioxythiophène): poly (styrène sulfonate) (PEDOT: PSS) à travers un filtre en nylon taille de 0,45 um de pores. Notez que cette procédure utilise P VP AI4083. </li><li> Spin Coat couches actives. <ol><li> Placez substrats ITO nettoyés, ITO vers le haut, dans un nettoyeur UV-ozone pendant 5 min. </li><li> Spin-coat 120 pi du PEDOT filtré PSS sur UV-traitée à l&#39;ozone, à motifs ITO- substrat de verres à 3000 rpm pendant 1 min. Ceci devrait vous donner une épaisse couche de 30 nm. </li><li> Recuire le PEDOT: PSS substrats ITO revêtus pendant 5 min à 180 ° C. </li><li> Spin-manteau 70 pi du P3HT mixte: PC 61 BM solution sur PEDOT: PSS enduit ITO substrats à environ 1000 rpm pendant 1 min. Varier la vitesse que nécessaire pour déposer une couche active d&#39;épaisseur 200 nm. </li><li> Recuire le P3HT: PC substrats enduits BM 61 à 170 ° C pendant 5 min. Les résultats peuvent varier de la température de recuit optimal. </li><li> Spin-manteau 70 pi de la PTB7 mixte: PC 71 BM solution sur PEDOT: PSS enduit ITO substrats à environ 700 rpm pendant 1 min. Varier la vitesse que nécessaire pour déposer une couche active d&#39;épaisseur de 100 nm. </li><li> Chargez le PTB7: PC 71 substrats revêtus BM dans un vide poussé (&lt;2 x 10 -6 Torr) chambre à supprimer l&#39;OID résiduelle. En règle générale, les échantillons à partir de la chambre O / N. </li></ol></li></ol> 3. fabriquer le dispositif Tandem &lt;ol&gt; <li> Électrodes flottant CNT. <ol><li> Couper les substrats PTB7 et P3HT en deux pour faire un dispositif de tandem. Un modèle de ITO spécialisé ne nécessiterait pas cette étape. Le motif ITO doit avoir au moins deux électrodes en ITO parallèle étendant d&#39;un bord à un mm de l&#39;autre. </li><li> Préparer d&#39;abord la PTB7 et P3HT substrats recouverts par essuyant polymère et PEDOT des bords de la vitre, et exposer la bande d&#39;ITO qui sera utilisé comme électrode commune comme on le voit dans le premier panneau de la figure 1. </li><li> Laminer l&#39;électrode commune CNT au-dessus des électrodes PTB7 et P3HT. Appliquer un film de SWCNT en plaçant le côté CNT du papier filtre sur l&#39;appareil, en appuyant doucement, puis peler le papier filtre loin. Ceci est illustré dans le deuxième panneau de la figure 1. </li><li> Densifier le CNT électrode sur la surface en appliquant méthoxy-nonafluorobutane (C 4 F 9 OCH 3) (HFE) et en revêtant la CNT avec une petite amount du liquide, puis laisser sécher. </li><li> Essuyer le polymère CNT et au-dessus de l&#39;ITO et le verre qui aura l&#39;électrode de grille, comme indiqué dans le troisième panneau de la figure 1. Retirer tout le polymère à partir de la vitre pour éviter toute fuite de grille avec une lame de rasoir. </li><li> Laminer la porte électrode CNT sur la zone nettoyée des substrats PTB7 et P3HT enrobés. Laminer la MWCNT en tirant à partir du bord de la forêt MWCNT avec une lame de rasoir et laissez reposer la feuille librement entre des tubes capillaires. Passez le dispositif à travers la feuille autonome pour laminer la CNT sur l&#39;appareil. L&#39;électrode de grille doit avoir 3.2 fois le nombre de couches comme indiqué sur l&#39;électrode commune. </li><li> Densifier l&#39;électrode de grille avec HFE. </li></ol></li><li> Placer une petite goutte (≈10 pi) de liquide ionique, N, N -Diethyl- N méthyl-N-- (2-méthoxy) tétrafluoroborate d&#39;ammonium, DEME-BF 4, au-dessus de deux électrodes CNT d&#39;unedes substrats. </li><li> Placez délicatement le substrat sans liquide ionique sur le dessus du substrat avec un liquide ionique avec les électrodes communes et porte sur le dessus de chaque-autre. Ceci est illustré dans le dernier panneau de la figure 1. </li><li> Placer un photomasque avec une dimension d&#39;ouverture plus petite que la taille de l&#39;électrode au-dessus de la zone active. Utilisez de petits clips pour maintenir le photomasque en place ainsi que de tenir l&#39;appareil en même temps pendant les essais. </li></ol> 4. Mesurer l&#39;appareil <ol><li> Transférer le dispositif dans la boîte à gants de mesure. </li><li> Effectuer les raccordements électriques. <ol><li> Branchez l&#39;alimentation de porte approvisionnement entre l&#39;électrode commune et l&#39;électrode de grille avec la commune sol. </li><li> Raccorder les deux anodes d&#39;ITO à des fils qui sont connectés à un commutateur qui permet de sélectionner une ou l&#39;autre anode ou les anodes. </li><li> Connectez la sortie de l&#39;interrupteur à l&#39;entrée de l&#39;unité de mesure de la source. </li><li> Connectez le sol des AME sourceure unité à l&#39;électrode commune. </li></ol></li><li> Mesurez les caractéristiques IV de l&#39;appareil en répétant les étapes suivantes pour monter V Gate. <ol><li> Porte ensemble V à la valeur suivante, à partir de V = 0 V Porte de V 2 = V porte en incréments de 0,25 V. </li><li> Attendre 5 minutes, ou jusqu&#39;à ce que le courant de grille est stabilisé. Idéalement, le courant de gâchette doit se stabiliser autour de 10 s de nanoampères. </li><li> Réglez le commutateur à deux sous-cellules. </li><li> Ouvrez le volet de la lampe. </li><li> Exécuter une détection de tension sur l&#39;unité de mesure de la source de volt à -1 volt à environ 1 100 incréments ou plus. </li><li> Exécution d&#39;une détection de tension de 1 volt à 1 volt. </li><li> Fermez le volet de la lampe. </li><li> Exécutez de nouveau les balayages de tension. </li><li> Réglez le commutateur de la sous-cellule avant. </li><li> Répétez les étapes 4.3.4 à 4.3.8. </li><li> Réglez le commutateur de la sous-cellule arrière. </li><li> Répétez les étapes 4.3.4 à 4.3.8. </li></ol></li><li> Calculer les paramètres de l&#39;appareil. &lt;ol&gt; <li> Trouver le courant de court-circuit (SC J) de chaque sous-cellule au niveau de chaque porte de V en trouvant le courant produit par le dispositif lorsque la tension aux bornes de la sous-cellule est égal à 0 V. </li><li> Trouver la tension en circuit ouvert (V OC) de chaque sous-cellule au niveau de chaque porte de V en trouvant la tension produite par le dispositif lorsque le courant à travers la sous-cellule est de 0 A. </li><li> Trouver la puissance maximale de la cellule solaire en multipliant chaque valeur de tension à chacune des valeurs de courant et la sélection de la valeur maximale (la plus négative). Cela suppose que l&#39;on mesure photo-courant généré courant négatif. </li><li> Trouver le rendement de conversion de puissance (η) en divisant la puissance maximale de la puissance de lumière d&#39;entrée. </li><li> Trouver le facteur de remplissage (FF) en divisant la puissance maximale par le produit de V et J SC CO. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Les résultats mettent en évidence quelques considérations lors de la conception des cellules solaires tandem parallèle. Notamment, si l&#39;un des sous-cellules est peu performant, les performances du tandem dans négativement affectée. Les résultats montrent qu&#39;il existe deux principaux effets. Si une sous-cellule est court-circuitée, par exemple, montre un comportement ohmique, la FF T ne sera pas plus élevé que la FF de la sous-cellule mauvais. J T SC et V T <su...

Semi-conducteurs polymères sont les principaux photovoltaïques organiques (OPV) matériaux raison de la forte capacité d&#39;absorption, de bonnes propriétés de transport, la flexibilité, et la compatibilité avec des substrats sensibles à la température. Dispositif VPO efficacité de conversion de puissance, η, ont augmenté considérablement au cours des dernières années, avec l&#39;efficacité des cellules simples aussi élevées que 9,1% 1, les une technologie d&#39;énergie de plus en plus viable faire. Malgré les améliorations dans η, les minces optimales des épaisseurs de couches actives des dispositifs limitent l&#39;absorption de lumière et empêchent la fabrication fiable. En outre, la largeur spectrale de l&#39;absorption de lumière de chaque polymère est limitée par rapport aux matériaux inorganiques. Polymères appariement des différentes sensibilité spectrale contourne ces difficultés, ce qui rend les architectures en tandem 2 Une innovation nécessaire. Dispositifs série en tandem sont l&#39;architecture en tandem le plus commun. Dans cette conception, un materi de transport d&#39;électronsAl, une couche métallique de recombinaison facultatifs, et une couche de transport de trous relient deux couches photoactives indépendantes appelées sous-cellules. Liaison sous-cellules dans une configuration en série augmente la tension du dispositif de combinaison de circuit ouvert. Certains groupes ont eu du succès avec les couches de transport dégénéré dopées 3 - 5, mais plusieurs groupes ont utilisé des particules d&#39;or ou d&#39;argent pour aider la recombinaison de trous et d&#39;électrons dans la couche intermédiaire 6,7. En revanche, les tandems parallèles nécessitent une électrode à haute conductivité, soit anode ou de cathode, l&#39;assemblage des deux couches actives. La couche intermédiaire doit être très transparent, ce qui limite les intercalaires en tandem de la série contenant des particules métalliques, et plus encore pour les intercalaires en tandem parallèles composées de fines électrodes métalliques continues. nanotubes de carbone (CNT) feuilles montrent une plus grande transparence de couches métalliques. Ainsi, le Nanotech Institute, en collaboration avec l&#39;Université de Shimane, a introduit l&#39;idée d&#39;utiliser comme électrode de couche intermédiaire dans des dispositifs monolithiques, 8 parallèles en tandem. Les efforts précédents sélectionnée monolithiques, parallèles, appareils tandem de VPO avec des feuilles CNT fonctionnant comme anodes entre les couches 8,9. Ces méthodes nécessitent des soins spéciaux pour éviter un court-circuit d&#39;un ou de deux cellules ou des couches précédentes dommageables au moment du dépôt des couches ultérieures. Le nouveau procédé décrit dans ce document facilite la fabrication en plaçant l&#39;électrode CNT au-dessus des couches actives polymères de deux cellules individuelles, puis la stratification des deux dispositifs séparés ensemble comme représenté sur la figure 1. Ce procédé est remarquable que le dispositif, y compris l&#39;air -stable cathode CNT, peut être fabriqué entièrement dans les conditions ambiantes en utilisant seulement le traitement à sec et solution. Feuilles CNT ne sont pas intrinsèquement bonnes cathodes, car ils nécessitent dopage de type n de diminuer la fonction de travail afin de recueillir des électrons de la zone photosensibled&#39;une cellule solaire 10. À double couche électrique de charge dans un électrolyte, comme un liquide ionique, peut être utilisé pour déplacer la fonction de travail de CNT électrodes 11-14. Comme décrit dans un papier précédent et 15 représentée sur la figure 2, lorsque la tension de grille (V Gate) est augmente, la fonction de travail de l&#39;électrode commune CNT est diminuée, ce qui crée une asymétrie électrode. Cela empêche la collecte de trou de bailleur de fonds du VPO en faveur de la collecte des électrons de l&#39;accepteur de l&#39;OPV, et les appareils sous tension, changement de photorésistance inefficace dans photodiode 15 comportement. Il convient également de noter que l&#39;énergie utilisée pour charger l&#39;appareil et la puissance perdue en raison des courants de fuite de grille est insignifiant comparé à l&#39;énergie produite par la cellule solaire 15. Déclenchement ionique d&#39;électrodes CNT a un grand effet sur la fonction de travail en raison de la faible densité d&#39;états et la hauteaire de surface par rapport au volume dans les électrodes de CNT. Des procédés similaires ont été utilisées pour améliorer une barrière de Schottky à l&#39;interface de CNT avec du n-Si 16.

<table><tbody><tr><td>Poly(3,4-éthylènedioxythiophène):p oly-(styrènesulfonate)</td><td>Heraeus</td><td>Clevios PVP AI 4083</td><td></td></tr><tr><td>poly(3-hexylthiophène-2,5-diyl)&nbsp ;</td><td>Rieke Metals&nbsp ; Inc.</td><td>P3HT : P200</td><td></td></tr><tr><td>phényl-C61-butyrique&nbsp ; ester méthyle acide</td><td>1- Matériau</td><td>PC61BM</td><td></td></tr><tr><td>Poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b :4,5-b&prime ;]dithiophène-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-éthylhexyl)carbonyl]thiéno[3,4-b]thiophènediyl})&nbsp ;</td><td>1- Matériau</td><td>PTB7</td><td></td></tr><tr><td>phényl-C61-butyrique ester méthyle</td><td>Solenne</td><td>PC71BM</td><td></td></tr><tr><td>1,8-diiodooctane</td><td>Sigma Aldrich</td><td>250295</td><td></td></tr><tr><td>Chlorobenzène</td><td>Sigma Aldrich</td><td>284513</td><td></td></tr><tr><td>Indium Oxyde d’étain Verre 15 Ohm/SQ</td><td>Lumtec</td><td></td><td></td></tr><tr><td>S1813</td><td>UTD Salle blanche</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MF311</td><td>UTD Salle blanche</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HCl</td><td>UTD Salle blanche</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Acétone Fisher Scientific</td><td>A18-20</td><td></td></tr><tr><td>Toluène</td><td>Fisher Scientific</td><td>T323-20</td><td></td></tr><tr><td>Méthanol</td><td>BDH</td><td>BDH1135-19L</td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Fisher Scientific</td><td>A416-20</td><td></td></tr><tr><td>CEE Spincoater</td><td>Brewer</td><td></td><td>Scientific http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/tools/CEESpinCoater.htm</td></tr><tr><td>Imprimante contact</td><td>Quintel</td><td>Q4000-6</td><td>http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/QuintelPrinter.htm</td></tr><tr><td>CPK Spin Processor</td><td></td><td></td><td>http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/tools/CPKsolvent.htm</td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>Laurell</td><td>WS-400-6NPP/LITE</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">[en-tête]</td></tr><tr><td>Boîte à gants</td><td>M-Braun</td><td>Lab Master 130</td><td></td></tr><tr><td>Simulateur solaire</td><td>Thermo Oriel/Newport</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Keithley 2400 SMU</td><td>Keithley/Techtronix</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>Keithley 7002 Multiplexeur</td><td>Keithley/Techtronix</td><td>7002</td><td></td></tr><tr><td>Nettoyeur à ultrasons</td><td>Kendal</td><td>HB-S-49HDT</td><td></td></tr><tr><td>Micropipette</td><td>Eppendorf</td><td>200 &micro ; </td><td></td>l</tr></tbody></table>

méthode ambiante pour la production d&#39;un ionique gated nanotubes de carbone cathode commune dans les cellules solaires organiques tandem

Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells

Une méthode de fabrication de tandems photovoltaïques organiques (OPV) qui ne nécessite aucun traitement sous vide est présentée. Ces dispositifs sont composés de deux cellules polymères traitées en solution reliées en parallèle par une couche intermédiaire de nanotubes de carbone (CNT) transparents. Cette structure comprend des améliorations dans les techniques de fabrication des dispositifs OPV en tandem. Tout d’abord, la nécessité de cathodes traitées à température ambiante est prise en compte. L’anode CNT dans le dispositif tandem est réglée via un déclenchement ionique pour devenir une cathode commune. La porte ionique utilise une charge électrique à double couche pour abaisser la fonction de travail de l’électrode CNT. Deuxièmement, la difficulté d’empiler séquentiellement des couches en tandem par traitement en solution est abordée. Les appareils sont fabriqués par mise en solution et laminage à sec dans des conditions ambiantes avec des étapes de traitement parallèles. La méthode de fabrication des cellules polymères individuelles, les étapes nécessaires pour les laminer ensemble avec une cathode CNT commune, puis fournir des résultats représentatifs sont décrites. Ces résultats démontrent la prise ionique de l’électrode CNT pour créer une cathode commune et l’ajout de courant et d’efficacité à la suite de la procédure de laminage.

Un dispositif de tandem formé de polymères, en particulier les polymères de sensiblement différents largeurs de bande différentes, est d&#39;un intérêt pratique, car ces appareils peuvent absorber la plus large gamme spectrale de la lumière. Dans cette structure de l&#39;appareil, la sous-cellule est la cellule PTB7 arrière et P3HT est la sous-cellule d&#39;entrée. Ceci est destiné à absorber la plus grande quantité de lumière que la sous-cellule P3HT est en grande partie transparente à la lumière de longueur d&#39;onde...

Une méthode de fabrication, dans des conditions ambiantes, de dispositifs photovoltaïques organiques en tandem dans une configuration parallèle est présentée. Ces appareils sont dotés d’une cathode commune en nanotubes de carbone traitée à l’air, semi-transparente.

Méthode ambiante pour la production d&#39;un ionique Gated nanotubes de carbone cathode commune dans les cellules solaires organiques Tandem

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two ...

L'objectif général de l'expérience suivante est de montrer qu'une cellule solaire tandem peut être entièrement créée dans un environnement ambiant, sans recourir à des procédés de dépôt sous vide élevé. Cela est réalisé en fabriquant deux sous-cellules photovoltaïques organiques sur deux substrats distincts en verre transparent conducteur à base d'oxyde d'indium-étain, puis, dans une deuxième étape, en appliquant par laminage des électrodes communes en nanotubes de carbone et en GA. La gaine permettra de contrôler la fonction de travail de l'électrode commune, qui agira comme une cathode pour les deux sous-cellules photovoltaïques organiques.Placez ensuite un liquide ionique sur les électrodes en nanotubes de carbone et appuyez pour assembler les deux éléments, formant ainsi une électrode commune en nanotubes de carbone imprégnée de liquide ionique. Les résultats montrent que les électrodes en nanotubes de carbone peuvent être efficacement converties en cathodes par chargement, et que des performances de cellule solaire tandem parallèle peuvent être observées sur le dispositif, sur la base de mesures des caractéristiques courant-tension du dispositif sous illumination. Le principal avantage de cette technique par rapport aux procédés existants, tels que le traitement sous vide, est que celle-ci peut être réalisée dans des conditions ambiantes.Cela permet d'économiser de l'argent et est également plus économe en énergie. Mais en outre, nous pouvons également faire cela beaucoup plus facilement, car dans un processus normal, on superpose les couches les unes sur les autres, alors que nous réalisons quelques couches, puis nous assemblons l'ensemble par laminage. Cette méthode est beaucoup plus simple.Or, bien que cette méthode puisse nous fournir des informations sur les photovoltaïques organiques, elle peut également être appliquée à d'autres systèmes. Des exemples incluent les transistors à effet de champ, les diodes électroluminescentes, et les combinaisons de dispositifs tels que les portes logiques et les cellules solaires organiques avec stockage d'énergie intégré. La démonstration visuelle du laminage des nanotubes de carbone est importante car ces nanotubes sont légers, résistants et peuvent être difficiles à manipuler efficacement. Cette vidéo commence par la fabrication de la cellule solaire tandem.Avant cette étape, des couches actives photovoltaïques ont été déposées sur des substrats d'oxyde d'indium-étain ou ITO. Il existe deux substrats, tous deux en verre, comportant des électrodes ITO structurées. Chaque substrat possède deux électrodes parallèles en oxyde d'indium-étain s'étendant d'un bord à l'autre, sur une longueur d'au moins un millimètre.Chaque substrat est également recouvert de 30 nanomètres de pdot. Un substrat est doté d'une couche épaisse de 200 nanomètres composée d'une association un-à-un de P3HT et de PC61BM. L'autre possède une couche épaisse de 100 nanomètres composée d'un mélange deux-à-trois de PTB7 et de PC71BM.Les étapes suivantes seront identiques pour les échantillons. La vidéo se concentrera sur un seul d'entre eux : prenez une lingette de salle propre et humidifiez-la avec une petite quantité de toluène. Utilisez-la pour enlever les couches polymères afin d'exposer les bords du substrat et la bande d'oxyde d'indium-étain qui servira d'électrode commune dans le dispositif.Veillez à ne pas exposer les parties de l'autre électrode ITO, qui sera utilisée lors d'une étape ultérieure. L'étape suivante consiste à stratifier l'électrode commune en nanotubes de carbone. Un côté de ce papier filtre contient des nanotubes de carbone monoparois créés par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur avec catalyseur flottant.Placer le côté du papier filtre contenant les nanotubes sur la couche active du substrat, de manière à relier cette couche à l'électrode ITO qui servira d'électrode commune. Appliquer délicatement une pression sur le papier filtre afin de transférer les nanotubes de carbone. Ensuite, retirer le papier filtre pour laisser les nanotubes de carbone en place.Pour améliorer l'adhérence de l'électrode en nanotubes de carbone, utilisez l'éther hydrofluoré méthoxy, nonafluorobutane à l'aide d'une pipette. Aspirez un peu de HFE pour l'appliquer sur les échantillons. Déposez le HFE sur la partie supérieure des nanotubes de carbone.Laisser s'évaporer le HFE avant de poursuivre. Une fois les substrats séchés, identifier la région qui accueillera l'électrode de marche. Utiliser un chiffon humidifié avec du toluène pour éliminer tout polymère et nanotubes de carbone présents dans cette région.Ensuite, utilisez une lame de rasoir pour retirer tout polymère résiduel dans la région. Afin d'éviter les fuites de la voie, nettoyez tous les débris de polymère à l’aide d’un pistolet à azote, puis utilisez un multimètre pour vérifier que les électrodes sont isolées avant de poursuivre. À ce stade, préparez-vous à lameller des nanotubes de carbone sur la zone nettoyée afin de créer l’électrode de la voie.Ce wafer de silicium contient une forêt de nanotubes de carbone à parois multiples hautement alignés, fabriqués par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur. Montez le wafer près du bord d'une plateforme surélevée, à proximité du wafer et de niveau avec celui-ci. Deux tubes capillaires parallèles doivent dépasser.Un substrat présenté ici dans un support doit pouvoir s'insérer entre eux. Pour commencer la stratification des nanotubes, appuyez un scalpel contre le bord de la forêt et tirez latéralement, parallèlement à la plaquette et vers les tubes. Une feuille autoportante s'assemble spontanément.Une fois la feuille amorcée, utilisez un tube capillaire pour continuer à l’étirer au-dessus des tubes saillants. Ensuite, approchez le dispositif tenu avec des pinces à plaquettes, orienté de manière à exposer la zone nettoyée vers la feuille. Transférez la feuille soutenue entre les tubes vers la zone nettoyée du dispositif en faisant passer le dispositif à travers la feuille.Utilisez un tube capillaire pour prélever une feuille supplémentaire, puis ajoutez une autre couche. Répétez ce processus jusqu'à ce que cinq couches de nanotubes de carbone à parois multiples aient été appliquées. Après la stratification, utilisez une pipette pour prélever environ 100 microlitres de HFE, déposez des gouttes de HFE sur l'électrode de marche et laissez sécher.Une fois que des électrodes ont été ajoutées aux deux substrats P trois HT et PTB sept, la prochaine étape consiste à introduire le liquide ionique. Dans cette vidéo, deme tétra fluoro bore.Voici le substrat P trois HT à gauche et le substrat PTB sept à droite. Disposez-les de manière symétrique l'un par rapport à l'autre. Sélectionnez une électrode avec laquelle travailler et utilisez un morceau de tube capillaire pour déposer plusieurs petites gouttes de liquide sur l'électrode commune.Environ 10 microlitres au total. Faites de même avec l'électrode de marche. Procédez ensuite en prenant le substrat sans le liquide ionique et en l'alignant avec l'autre.Positionnez les substrats de manière à ce que les deux électrodes communes et les deux électrodes de gril s'alignent et soient face à face. Ensuite, placez le substrat sans liquide ionique par-dessus l'autre. Ajoutez un masque photographique sur la zone active du P3HT avec une ouverture plus petite que la taille de l'électrode.Utilisez de petits clips pour maintenir l'appareil assemblé et fixer le masque photographique en place lors des prochaines étapes. L'appareil a été transféré dans une boîte à gants de mesure équipée d'un simulateur solaire. La boîte à gants possède un environnement azoté qui permet de prévenir la dégradation due à l'exposition à l'air.Pendant les tests, positionnez la cellule tandem sous le simulateur solaire. Orientez le dispositif de manière à ce que la cellule P3HT et le masque photo soient tournés vers la sortie du simulateur solaire. Effectuez les connexions électriques nécessaires à l'alimentation de la grille, à l'unité de mesure de source et au multiplexeur.Tout d'abord, connectez l'alimentation de la grille entre l'électrode commune et l'électrode de grille, en prenant l'électrode commune comme masse. Ensuite, reliez les deux anodes ITO à un multiplexeur afin de permettre la sélection de l'anode de la cellule P3HT frontale, de la cellule PTB7 arrière, ou des deux. La sortie du dispositif est envoyée en entrée à l'unité de mesure de source.Enfin, reliez la masse de l'unité de mesure de la source à l'électrode commune. Pour la configuration en tandem, la configuration de la cellule frontale et la configuration de la cellule arrière mesurent les caractéristiques courant-tension (IV) du dispositif. Dans cette expérience, les mesures sont automatisées.Pour sélectionner la sous-cellule mesurée, activez et désactivez l'obturateur de la lampe et effectuez les balayages IV. La tension de grille est ajustée manuellement entre zéro et deux volts. Après avoir choisi une tension de grille et attendu que le courant de grille se stabilise dans une plage de quelques dizaines de nanoampères, commencez les mesures en sélectionnant une sous-cellule et en effectuant les balayages IV sous éclairage, de moins un volt à un volt.Effectuez la même balayage avec la lampe du simulateur solaire éteinte. Chaque balayage prend environ 15 secondes. Chaque sous-cellule et la combinaison en parallèle des deux doivent être mesurées à chaque tension de grille.Continuez en augmentant la tension de grille à sa valeur suivante et en effectuant les six paires de balayages jusqu'à ce que toute la plage de tension de grille soit explorée. Voici les courbes IV mesurées pour la cellule en tandem utilisant deux tensions de grille différentes. Les courbes noires correspondent à une tension de grille de 1,5 volts et les courbes rouges à une tension de grille de 2,25 volts.Les cercles représentent des données recueillies à l’aide des deux cellules en tandem, tandis que les carrés sont associés à l’utilisation de la cellule avant. Les triangles correspondent aux cellules arrière PTB7. Les courbes fortement linéaires pour la cellule avant et les cellules en tandem à 1,5 volt indiquent que la sous-cellule P3HT agit comme une dérivation dans son état éteint.En revanche, la cellule à sept contacts arrière PTB présente des caractéristiques DDE à 1,5 volt et 2,25 volts. Lorsque ses performances se dégradent, les données peuvent être utilisées pour extraire les paramètres de la cellule solaire en fonction de la tension de grille. Voici la tension de circuit ouvert, le courant de court-circuit, le facteur de forme et le rendement de conversion de puissance.Les courbes noires correspondent aux cellules en tandem, les courbes bleues aux cellules frontales P3HT, et les courbes rouges aux cellules arrière PTB7, en mettant l'accent sur la tension de circuit ouvert.Les courbes rouges montrent la cellule PTB à sept éléments activée à 0,5 volt. La cellule atteint un maximum à 1,5 volt. Les courbes bleues montrent la cellule P3HT commençant à s'activer autour de un volt.Il est complètement activé au-dessus de deux volts. Lors de l'exécution de cette procédure, il est nécessaire de mesurer la résistance de tous les contacts afin de s'assurer qu'aucun court-circuit ne se produit, en particulier sur les électrodes communes et de marche en nanotubes de carbone. En conclusion de tous ces travaux intéressants, décrits si élégamment par mes jeunes collègues qui ont réalisé toutes ces belles expériences, je tiens à mentionner que cette méthode de fabrication de dispositifs monolithiques combinant des parties solides et liquides, simplement en assemblant des composants sur chaque morceau de verre, en ajoutant une couche très fine de liquide et en superposant un autre morceau de verre, constitue une conception nouvelle et très intéressante. Elle permettra non seulement de construire des dispositifs plus complexes sans recourir au vide ni à l'empilement de nombreuses, nombreuses, nombreuses couches, mais ouvre également la voie à la compréhension de la physique sous-jacente au fonctionnement des couches organiques.Cela permettra également d'optimiser les performances des phototag organiques à l'avenir. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez être capable d'utiliser des nanotubes de carbone pour fabriquer une anode sur un dispositif organique. Ensuite, vous devriez être en mesure d'assembler un dispositif en tandem à partir de deux dispositifs fabriqués séparément.Et enfin, vous pouvez utiliser des liquides ioniques pour transformer cette anode en cathode. N'oubliez pas que manipuler des nanotubes de carbone et des solvants halogénés est extrêmement dangereux. Des précautions telles que l'utilisation de boîtes à gants et d'équipements de protection individuelle doivent donc toujours être prises lors de cette procédure.

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Méthode ambiante pour la production dun ionique Gated nanotubes de carbone cathode commune dans les cellules solaires organiques Tandem (Vidéo) | JoVE Journal

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