מוצגת שיטה לייצור, בתנאי סביבה, התקני טנדם פוטו-וולטאיים אורגניים בתצורה מקבילה. מכשירים אלה כוללים קתודה משותפת של ננו-צינורות פחמן מעובדת באוויר, שקופה למחצה.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מוצגת שיטה לייצור, בתנאי סביבה, התקני טנדם פוטו-וולטאיים אורגניים בתצורה מקבילה. מכשירים אלה כוללים קתודה משותפת של ננו-צינורות פחמן מעובדת באוויר, שקופה למחצה.
מוצגת שיטה לייצור טנדם פוטו-וולטאי אורגני (OPV) שאינה דורשת עיבוד ואקום. מכשירים אלה מורכבים משני תאים פולימריים מעובדים בתמיסה המחוברים במקביל על ידי שכבת ביניים של ננו-צינורות פחמן שקופים (CNT). מבנה זה כולל שיפורים בטכניקות ייצור עבור התקני OPV טנדם. ראשית נלקח בחשבון הצורך בקתודות מעובדות סביבה. האנודה CNT במכשיר הטנדם מכוונת באמצעות שער יוני כדי להפוך לקתודה נפוצה. שער יוני משתמש בטעינה חשמלית של שכבה כפולה כדי להוריד את פונקציית העבודה של אלקטרודת ה-CNT. שנית, הקושי בערימה רציפה של שכבות טנדם על ידי עיבוד פתרונות מטופל. המכשירים מיוצרים באמצעות תמיסה ולמינציה יבשה בתנאי סביבה עם שלבי עיבוד מקבילים. מתוארת שיטת ייצור התאים הפולימריים הבודדים, השלבים הדרושים כדי לרבד אותם יחד עם קתודה CNT משותפת, ולאחר מכן לספק כמה תוצאות מייצגות. תוצאות אלו מדגימות שער יוני של אלקטרודת ה-CNT ליצירת קתודה משותפת ותוספת זרם ויעילות כתוצאה מהליך הלמינציה.
מוליכים למחצה פולימרים הם פוטו האורגני חומרים (OPV) המובילים עקב גבוהות ספיגות, מאפייני תחבורה טובים, גמישות, ותאימות עם מצעים רגישים לטמפרטורה. יעילות המרת כוח OPV מכשיר, η, קפצה באופן משמעותי בשנים האחרונות, עם יעילות תא בודדת גבוהה ככל 9.1% 1, מה שהופך אותם בטכנולוגית אנרגיה בת-קיימא יותר ויותר.
למרות השיפורים בη, עוביים הדקים אופטימליים הפעילים השכבה של המכשירים להגביל קליטת אור ולעכב ייצור אמין. בנוסף, רוחב הספקטרום של אור קליטה של כל פולימר מוגבל בהשוואה לחומרים אי-אורגניים. פולימרים זיווג של שונה רגישות ספקטרלית עוקף את הקשיים הללו, מה שהופך את ארכיטקטורות טנדם 2 חדשנות הכרחית.
מכשירי טנדם הסדרה הם הארכיטקטורה בד בבד הנפוצה ביותר. בעיצוב זה, materi העברת אלקטרוניםאל, שכבת רקומבינציה מתכתית אופציונלית, ושכבת תעבורת חור לחבר את שתי שכבות photoactive עצמאיות שנקראו תת-תאים. קישור תת-תאים בתצורת סדרה מגדיל את מתח המעגל הפתוח של מכשיר שילוב. חלק מהקבוצות היו הצלחה עם שכבות תחבורה מסוממת degenerately 3 - 5, אבל יותר קבוצות השתמשו בחלקיקים של זהב או כסף כדי לסייע רקומבינציה של חורים ואלקטרונים בinterlayer 6,7.
בניגוד לכך, בשורה העורפית במקביל דורשת אלקטרודה מוליכות גבוהות, או האנודה או קתודה, שהצטרפה שתי שכבות פעילה. Interlayer חייב להיות שקוף מאוד, אשר מגביל interlayers טנדם סדרה המכיל חלקיקי מתכת, ועוד יותר מכך לinterlayers טנדם המקביל מורכב מאלקטרודות מתכת דקות, רציפות. צינורות פחמן גיליונות (CNT) להראות שקיפות גבוהה יותר משכבות מתכת. אז מכון ננוטק, בשיתוף עם האוניברסיטה שימאנה, יש introduced את הרעיון של שימוש כמו האלקטרודה interlayer במכשירי מונוליטי, מקבילים מקביל 8.
מאמצים קודמים בהשתתפות מכשירי מונוליטי, מקבילים, OPV בד בבד עם גיליונות CNT מתפקדים כאנודות interlayer 8,9. שיטות אלו דורשות טיפול מיוחד כדי למנוע shorting של תא אחד או שניהם או שכבות שקדמו מזיקות בעת הפקדת שכבות מאוחרות יותר. השיטה החדשה שתוארה במאמר זה מקלה על ייצור על ידי הצבת אלקטרודה CNT על גבי השכבות הפעילים פולימריים של שני תאים בודדים, ולאחר מכן למינציה שני המכשירים נפרדים יחד כפי שמוצג באיור 1. שיטה זו ראויה לציון כמכשיר, כולל מיזוג קתודת CNT -stable, יכולה להיות מפוברקת לחלוטין בתנאי סביבה המעסיקה רק עיבוד יבש ופתרון.
גיליונות CNT אינם קתודות טובות מיסודם, כפי שהם דורשים סימום מסוג n כדי להקטין את פונקצית העבודה כדי לאסוף את אלקטרונים מאזור photoactiveשל תאים סולריים 10. שכבה כפולה חשמלית לחייב באלקטרוליט, כגון נוזל יוני, יכולה לשמש כדי להעביר את פונקצית העבודה של CNT אלקטרודות 11-14.
כפי שתואר במאמר הקודם 15 ומתוארים באיור 2, כאשר מתח השער (V השער) הוא עולה, פונקצית העבודה של האלקטרודה הנפוצה CNT הוא ירד, יצירת הסימטריה אלקטרודה. זה מונע אוסף חור מהתורם של OPV לטובת איסוף אלקטרונים מacceptor של OPV, וההתקנים מפעילים את, משתנים מפוטורזיסטור יעיל לפוטודיודה 15 התנהגות. כמו כן יש לציין כי האנרגיה המשמשת להטענת המכשיר והכוח איבד בשל זרמי זליגת שער בהשוואה של מה בכך לכח שנוצר על ידי התא הסולרי 15. gating היוני של אלקטרודות CNT יש השפעה גדולה על תפקוד העבודה בשל הצפיפות הנמוכה של מדינות וגבוהותשטח פן יחס נפח באלקטרודות CNT. שיטות דומות שימשו כדי לשפר את המחסום שוטקי על הממשק של ה- CNT עם n-Si 16.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. אינדיום טין אוקסיד (איטו) דפוסים וניקוי
הערה: זכוכית איטו / □ שימוש 15Ω, ורכישה או לחתוך את זכוכית איטו בגדלים מתאימים לציפוי ספין וphotolithography. זה יעיל ביותר כדי לבצע שלבים 1.1-1.7 על חתיכת הזכוכית גדולה ככל האפשר, ולאחר מכן לחתוך אותו למכשירים קטנים יותר. כמו כן שימו לב שעל שלבים 1.1-1.7 דורשים זכוכית איטו להיות מכוון עם איטו בצד עד. זה ניתן לבדוק בקלות עם הגדרת ההתנגדות של מודד.
ייצור תת-תא 2. OPV
3. לפברק התקני טנדם
4. למדוד את המכשיר
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מכשיר בד בבד נוצר מפולימרים שונים, פולימרים במיוחד של פערי להקה שונים באופן משמעותי, הוא עניין מעשי כמו התקנים אלה יכולים לספוג את טווח הספקטרום הגדול של אור. במבנה התקן זה, תת-תא PTB7 הוא חזרה התא וP3HT הוא תת-התא הקדמי. זה נועד לקלוט את הכמות הגדולה ביותר של אור כמשנת תא P3HT הוא במידה רבה שקוף לאור באורך הגל הארוך יותר נספג על ידי תת-תא PTB7. למען בהירות, הפרמטרים תאים הסולריים, OC V, SC J, FF, וη יהיה מקושט עם כתב עילי T, F, או B, כא...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
התוצאות מדגישות כמה שיקולים בעת תכנון תאים סולריים טנדם המקביל. יש לציין, אם אחד ממשנה התאים מציג ביצועים גרועים, ביצועים מקביל בהושפעו לרעה. התוצאות מראות שיש שתי השפעות עיקריות. אם תת-תא אחד הוא לקצר, למשל, מציג התנהגות ohmic, T FF לא יהיה גבוה יותר מאשר FF של תת-התא הרע. J T SC וOC V T יהיה מושפע באופן דומה. זהו המקרה כאשר V השער נמוך ותת-תא P3HT לא דולק.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
תמיכה בעבודה זו ניתנה על ידי מענק DOE STTR DE-SC0003664 על תאים סולאריים אורגניים טנדם מקבילים עם שכבות ביניים של יריעות ננו-צינורות פחמן ומענק קרן וולש AT-1617. המחברים מודים ל-J. Bykova על אספקת יערות CNT ול-A. R. Howard, K. Meilczarek ו-J. Velten על הסיוע הטכני והדיונים המועילים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| פולי (3,4-אתילנדיוקסיתיופן):p אולי-(סטירנסולפונט) | Heraeus | Clevios PVP AI 4083 | |
| פולי(3-hexylthiophene-2,5-diyl) | רייקה מתכות בע"מ | P3HT: P200 | |
| פניל-C<תת>61-בוטירי חומצה מתיל אסטר | 1- חומר | PC61BM | |
| פולי({4,8-ביס[(2-אתיל-הקסיל)אוקסי]בנזו[1,2-ב:4,5-ב&פריים;]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl}) | 1- חומר | PTB7 | |
| פניל-C<תת>61-חומצה בוטירית מתיל אסטר | סולן | PC71BM | |
| 1,8-דיודואוקטן | סיגמא אולדריץ' | 250295 | |
| כלורובנזן | סיגמא אולדריץ' | 284513 | |
| זכוכית מצופה תחמוצת פח אינדיום 15 אוהם / SQ | Lumtec | ||
| S1813 | UTD חדר נקי | ||
| MF311 | UTD חדר | ||
| HCl | UTD חדר | ||
| אצטון | פישר סיינטיפיק | A18-20 | |
| טולואן | פישר סיינטיפיק | T323-20 | |
| מתנול | BDH | BDH1135-19L | |
| איזופרופנול | פישר סיינטיפיק | A416-20 | |
| CEE Spincoater | Brewer מדפסת מגע http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/tools/CEESpinCoater.htm מדעית | ||
| Quintel | Q4000-6 | ||
| מעבד ספין | http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/QuintelPrinter.htm | ||
| http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/tools/CPKsolvent.htm ציפוי ספין | לורל | WS-400-6NPP/LITE | |
| [header] | |||
| תיבת כפפות | M-Braun | Lab Master 130 | |
| סימולטור סולארי | תרמו אוריאל/ניופורט | ||
| קית'לי 2400 SMU | קית'לי/טקטרוניקס | 2400 | |
| קית'לי 7002 מרבב | קית'לי/טקטרוניקס | 7002 | |
| מנקה אולטרסאונד | קנדל | HB-S-49HDT | |
| מיקרופיפטה | אפנדורף | 200 ומיקרו; l |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.