Name: ייצור הדפסת תאים סולריים heterojunction הגורף באתרו אפיון מורפולוגיה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 32 s
Description: למד את שיטת mini-slot die coating לייצור תאים סולריים אורגניים דקי-סרט ואפיון מורפולוגיה תוך כדי התאדות ממיסים באמצעות קרינת סינכרוטרון.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

עבודה זו נתמכה על ידי חומרים מבוססי פולימרים לקצירת אנרגיה סולארית (PHaSE), מרכז מחקר לגבול האנרגיה הממומן על ידי משרד האנרגיה של ארצות הברית, המשרד למדעי האנרגיה הבסיסיים תחת פרס מספר DE-SC0001087 והמשרד למחקר ימי של ארצות הברית תחת חוזה N00014-15-1-2244. חלקים ממחקר זה בוצעו בקו אלומה 7.3.3 ו-11.0.1.2 במקור אור מתקדם, המעבדה הלאומית לורנס ברקלי, שנתמכה על ידי משרד האנרגיה, משרד המדע והמשרד למדעי האנרגיה הבסיסיים.

הכנת דיו Blend 1. פוטון-פעיל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול 10 מ&quot;ג של פולימר DPPBT ו -10 מ&quot;ג של חומר מחשב 71 בע&quot;מ (מבנים כימיים שמוצג באיור 1). מערבבים אותם בקבוקון 4 מ&quot;ל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 1.5 מ&quot;ל כלורופורם 75 μl של 1,2-dichlorobenzene לתוך התערובת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים בר ומערבבים קטנים לתוך הבקבוקון, לסגור את הבקבוקון עם כובע polytetrafluoroethylene (PTFE), ולהעביר את בקבוקון פלטה חשמלית. מערבבים ב ~ 400 סל&quot;ד, וחום ב ~ 50 מעלות צלזיוס למשך הלילה לפני השימוש. </li></ol> 2. איטו ו ופל מצע ניקוי והכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טרום בדוגמת טענתי תחמוצת אינדיום בדיל (איטו) מצע זכוכית (1 אינץ &#39;ב -3 אינץ&#39;, עם חץ סיר איטו) או פרוסות סיליקון לתוך תצוגת ניקוי טפלון וקבעתי מתל לתוך מיכל זכוכית (איור 2). להוסיף בתמיסת דטרגנט לדלל (300 מ&quot;ל, 1% בתמיסת דטרגנט אוניברסלי) לתוך מיכל זכוכית ולשים את מיכל זכוכית לתוך sonicator sonicate במשך 15 דקות.</li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להסיר את נוזל הכלים ולשטוף את הכוס איטו עם deionized (DI) מים כמה פעמים. לאחר מכן להוסיף 300 מ&quot;ל מים DI לתוך המיכל, ולשים את מיכל זכוכית לתוך sonicator במשך 15 דקות נוספות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את המים מהמיכל. הוספת 300 מ&quot;ל אצטון לתוך המיכל, ו sonicate במשך 15 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר אצטון. הוספת 300 מ&quot;ל 2-isopranol לתוך מיכל זכוכית, ולאחר מכן sonicate במשך 15 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את הניקוי מתל אל תנור. הגדר את טמפרטורת התנור ל 100 מעלות צלזיוס, ולחכות 3-5 שעות עד זכוכית איטו הוא מיובש לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוציא מצעים לנקות. העבר אותם לתוך שואב פלזמה מנקה או חמצן UV-אוזון. השתמשו רב עוצמה UV-אוזון או פלזמה לנקות אותם ~ 15 דק &#39;על פי פרוטוקול של היצרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את המצע ניקה גבי coater ספין, להוסיף 150 פולי μl (3,4-ethylenedioxythiophene) sulfonate קלקר (PEDOT: PSS) פתרון על גבי המצע ניקה, ואת המעיל ספין בסל&quot;ד 3000 כדי מעילמצוין ~ 30 PEDOT ננומטר עבים: PSS (PEDOT: PSS 4083) סרט דק על או ופלי הזכוכית או סיליקון איטו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תוריד מצעים מצופי ספין. מעביר את המצעים מצופים הטריים על צלחת לחשל חימום ב 150 מעלות צלזיוס למשך 15 דקות. </li></ol> 3. הדפסת שכבה פעילה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצע טען. שים את PEDOT: PSS מצופה המצע איטו לצלחת בסיס של coater למות חריץ מיני. הפעל את משאבת ואקום המחובר צ&#39;אק ואקום של coater למות חריץ להחזיק את המצע בחוזקה. (ראה איור 3 לאיתור רכיבים שונים.) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את המיקום של מצע לשים אותו ממש מתחת ראש המדפסת. ניתן לעשות זאת על ידי שימוש מניפולטור ליניארי מתחת ללוח המצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את הראש הנוטה באמצעות מניפולטור ההטיה 2-D שמכיל את ראש ההדפסה. ודא כי הראש עומד אנכי על גבי המצע הטעון. שימו לב בתהליך זה, ראש ההדפסה ניתן וריד קרוב substraטה. השתמש הפער בין ראש ההדפסה ואת המצע כדי להראות אם הראש מוטה או לא. זה יהיה מאוד שימושי כאשר מצע פרוסות משמש, מאז תמונת קטין של ראש ההדפסה תופיע וזה יהיה הרבה יותר קל לבדוק את ההטיה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כוון את המרחק אל מצע הראש לאפס. המנוע האנכי מצמיד עם חיישן כוח. כאשר ראש ההדפסה צף, קריאת הכח קבועה תושג (מן המשקל של הדפסת ראש ההטיה מכלול מניפולטור). לאחר ראש המדפסת נוגע מצע, הקריאה תפחית, סימון המיקום אפס. ראה איור 4 עבור הגדרת מרחק צעד. השתמש במצב לרוץ כוונון המרחק. הערה: צלחת translational מניפולטור אנכי מחובר לבסיסו באמצעות מעיינות קבוע הקפיץ משתנה מעט. לפיכך שינויים קטנים חיישן כוח הם בלתי נמנעים במהלך הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר ערך ראש אל המצע להפעיל את הניסוי. בניסוי זה, להגדיר אתהראש למצע הפער ל -100 מיקרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את המנוע בשלב ליניארי translational אשר ישמש כדי להדפיס. מצא את נקודת ההתחלה ואת נקודת הסיום. קלט ערכים אלה. מרחק הנסיעות של המנוע ליניארי הוא 100 מ&quot;מימ. הנה, להגדיר מיקום המנוע 10 מ&quot;מ כנקודת ההתחלה ו -80 מ&quot;מ מיקום המנוע כנקודת הקצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת מהירות הדפסה עד 10 מ&quot;מ / sec באמצעות המנוע שליטה ממשק תוכנה (איור 4 ב). הגדרת מהירות ההאצה המנוע ל -100 מ &#39;/ שנייה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם המנוע אינו פועל כהלכה או התוכנה יש שגיאה, אנא הפעל מחדש את התוכנה ולחץ על &quot;אפשר&quot; ולאחר מכן &quot;הביתה&quot; בממשק התוכנה. שים לב במהלך הדפסת תהליך, ראש ההדפסה נשאר קבוע ואת המצע נע לוותר הפתרון לחקות את תהליך ההדפסה התעשייתי. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> DPPBT טען: פתרון PCBM (בטמפרטורת החדר) לתוך מזרק 1 מ&quot;ל ו הר את המזרק משאבת מזרק המחובר לחריץלמות מדפסת. הגדר את הפרמטרים הדפסה בשליטה תוכנה (קוטר מזרק ומהירות האכלה פתרון, 0.3 מ&quot;ל / דקה במקרה זה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את ניסוי ההדפסה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את המצע לנקודת ההתחלה על ידי הקליד את מיקום הנקודה המוצא בחלון העמדה בשליטת תוכנה. ראה איור 4C לפרטים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל לשאוב פתרון לתוך ראש החריץ למות על ידי לחיצה על ההתחלה של תוכנת משאבת מזרק. לחלופין, ידני להפעיל את משאבת מזרק. עבור כל ציפוי, סביב ~ 100 μl של פתרון ישמש. בדרך כלל, השתמש 300 פתרון μl להדפסה לראשונה ולהשתמש ~ 100 פתרון μl להדפסה חוזרת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מתניעת translational במהירות כאשר הפתרון מתחיל לצאת החוצה מראש ההדפסה, ואת המצע יעבור מיקום הסיום. אנא שימו לב כי זהו שלב קריטי. טענת מראש מנוע translational שהסתיים עמדו לתוך חלון העמדה, ולחץ על Enter כדי להפעיל את mov המנועement. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עצור את משאבת המזרק ולהרים ראש ההדפסה באמצעות המנוע האנכי. סובב את הוואקום מעל ולקחת את מצע מצלחת הבסיס. ראוי לציין, כי הנפח המת עבור ראש הדפסה זה 250 μl, ובכך ממלא את הפעם הראשונה לוקח יותר מ -250 μl של פתרון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טענת את המצע מודפס לתוך תנור ואקום במשך 3-5 שעות כדי להסיר ממס שיורים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים בצלחת פטרי מתחת לראש ההדפסה. משאבה 10 מ&quot;ל כלורופורם אל ראש ההדפסה לניקוי ראש. לאסוף את הפתרון כלורופורם מזוהם עם צלחת פטרי. השתמש צמר גפן לניקוי ראש ההדפסה תוך שאיבת פתרון הניקוי. לאחר כל סיבוב ציפוי, לנקות את ראש ההדפסה, במיוחד כאשר פתרון אחר משמש. הערה: DPPBT: פתרון PCBM מראה צבע ירוק כהה. כאשר הניקוי יושלם, ללא צבע ניתן לראות מן ממס כלורופורם. </li></ol></li></ol> 4. הפקדת אלקטרודה קתודה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טענת אתמצע צופה בשכבה פעילה על מסכות צל (איור 5) ו הר המסכה לתוך תא האידוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים שתי סירות אידוי תרמית בין חתיכי אלקטרודה (איור 6 א). טען בסירה אחת עם מלח LiF (בקושי מכסה את הסירה, ~ 0.2 גרם) ו בסירה אחת עם מתכת ואלומיניום (4 כדורים). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את תא אידוי מים במשאבות תא האידוי לכ 2 x 10 -6 Torr. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את התא להפקיד 1 ננומטר של LiF ואחריו 100 ננומטר של אלומיניום. במקרה הנוכחי, להשתמש בכוח 20% להפקדה LiF ולהשתמש כוח 26% להפקדה אל. שמוצג באיור 6 ב הוא ממשק שליטה המאייד של המערכת נעשה שימוש במחקר זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עצור משאבות פינוי למלא את התא עם גז חנקן. כאשר הלחץ חוזר בלחץ אטמוספרי, לקחת מצעים החוצה. </li></ol> 5. מדידת ביצועים פוטו <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן שקופית זכוכית כי היא חצירוחב של זכוכית איטו המשמש ייצור המכשיר. ביצוע שלב זה בתוך תא הכפפות. הדבק דבק אפוקסי לצד אחד של מצע זכוכית, וכן לכסות את האזור ההתקן באמצעות שקופיות זכוכית מצופה דבק אפוקסי (ראה איור 11 עבור מכשיר מדגם). כאשר אפוקסי ריפא, המכשיר יהיה אטום לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את המנורה סימולציה השמש ומוגדרת AM 1.5 קרינה עם 100 mW / 2 ס&quot;מ. ייצב את המנורה במשך כ 15 דקות לפני המדידה. שמוצג באיור 7 היא מערכת המדידה PV השתמשו במחקר זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר המכשיר תחת סימולטור השמש במרחק הציע המכשיר. חבר את האנודה ואת הקתודה אל מעגל המדידה. קלט עקום נוכחי מתח באמצעות מודד חשמל באמצעות הפרוטוקול של היצרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקבוע את הביצועים של המכשיר כדלקמן: J SC: ומזרם קצר, הזרם המרבי מכשיר תאים סולריים יכולים לספק; oc V </sub&gt;: מתח מעגל פתוח, המתח המרבי מכשיר תאים סולרי יכול לספק; FF: למלא גורם, השטח המרבי ב עקומת IV מחולק oc J SC * V; PCE: יעילות ההמרה כוח, J SC * oc V * FF / (2 100mW / ס&quot;מ). </li></ol> 6. מדידה רנטגן Synchrotron <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת תיבת הליום לדכא אוויר פיזור במדידת רנטגן. הר coater למות מיני חריץ לתוך תיבת הליום. שמוצג באיור 8 הוא הגדרת הניסוי של ניסויים דיפרקציה מרעה שכיחות רנטגן באמצעות תיבת הליום ב מתקדם מקור אור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר אינטרפרומטר אופטי על מכונת הדפוס לפקח על שינוי העובי מעל האידוי הממס. בניסוי זה, להשתמש במודל UVX (למשל, F20 Filmetrix). החומרים המשמשים בניסוי זה יש קליטת אור חזקה מ 300-900 ננומטר אורך גל. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש מקור מנורה של אינטרפרומטר האופטי הב ימנע ספיגת החומר. השתמש מנורת אורך גל 1,100-1,700 ננומטר בניסוי הזה. טרום לכייל את המכשיר לפני הניסוי בעקבות הליכי פעולתו. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את PEDOT: מצע רקיק מצופה PSS על בעל מצע של המדפסת ולהתאים את מיקום הראש ואת המצע לאחר שלב 3.2-3.5. הפעל את משאבת הוואקום ולוודא כי מצע רקיק מקלות לבעל המצע בחוזקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טהר את תיבת הליום כדי להסיר אוויר. שים לב רמת חמצן צריך להיות פחות מ 0.3 v%, אשר יכול להיות במעקב על ידי חיישן חמצן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את המצע במיקום שבו רנטגן פוגעת על פני המצע (לעומת סוף בהדפסה), ולקבוע את זווית שכיחות, 0.16 ° במקרה זה. יישר פי פרוטוקול קרן אונליין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את שיטת הרכישה זמן נתוני החשיפה רנטגן. הנה, להשתמש 2 שניות כזמן החשיפה, ואחריו 3 שניות של זמן השהיה (כדי למנוע נזק קרן שרת). לכן כל תקופת ניסוי תהיהלהיות 5 שניות. ביצוע תור מתמשך של 100 חזרות; ובכך לקחת 100 תמונות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שם הניסוי ולבחור את נתיב הנתונים לשמור קבצים ניסיוניים. שמוצג באיור 9 הוא ממשק המשתמש המתקדם מקור אור beamline 7.3.3 איפה את ההגדרות הנ&quot;ל ניתן לאתר בקלות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את המצע למצב ההתחלתי על ידי הזנת למצב ההתחלתי בתוכנות שליטה מוטורית. הפעל את תריס רנטגן הגלאי ברציפות ירשום אותות עקיפים / פיזור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את משאבת המזרק להאכיל פתרון לתוך ראש ההדפסה. כאשר הפתרון מתחיל להוציא מראש ההדפסה (פיקוח על ידי מצלמת מעקב), להתחיל את תהליך ההדפסה במהירות. הערה: כאשר מדידת המיקום שנבחר מראש הוא הגיע, 2-D גלאי יהיה ללכוד את אות הפיזור מפתרון. עובי הסרט יהיה פיקוח על ידי אינטרפרומטר. לכן אבולוצית סרט המורפולוגיה הדקה תתועד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרם את המדפסתראש ולנקות את הראש כאשר הניסוי נעשה. </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>
<li>Thompson, B. C., Fréchet, J. M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymer-Fullerene+Composite+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Polymer-Fullerene Composite Solar Cells.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 47 (1), 58-77 (2008).</li>
<li>Günes, S., Neugebauer, H., Sariciftci, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conjugated+Polymer-Based+Organic+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Conjugated Polymer-Based Organic Solar Cells.</a> Chem. Rev. 107 (4), 1324-1338 (2007).</li>
<li>Krebs, F. C., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/ee/c1ee01891d#!divAbstract">The OE-A OPV demonstrator anno domini 2011.</a> Energy Environ. Sci. 4 (10), 4116(2011).</li>
<li>Krebs, F. C., Tromholt, T., Jørgensen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Upscaling+of+polymer+solar+cell+fabrication+using+full+roll-to-roll+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Upscaling of polymer solar cell fabrication using full roll-to-roll processing.</a> Nanoscale. 2 (6), 873(2010).</li>
<li>Liu, F., Gu, Y., Jung, J. W., Jo, W. H., Russell, T. P. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/polb.23063/abstract">On the morphology of polymer-based photovoltaics.</a> J. Polym. Sci. Polym. Phy. 50 (15), 1018-1044 (2012).</li>
<li>Liu, F., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/259095581_Characterization_of_the_morphology_of_solution-processed_bulk_heterojunction_organic_photovoltaics">Characterization of the morphology of solution-processed bulk heterojunction organic photovoltaics.</a> Prog. Polym. Sci. 38 (12), 1990-2052 (2013).</li>
<li>Schmidt-Hansberg, B., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.3270402">In situ monitoring the drying kinetics of knife coated polymer-fullerene films for organic solar cells.</a> J. appl. phys. 106 (12), 124501(2009).</li>
<li>Pearson, A. J., Wang, T., Lidzey, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+dynamic+measurements+in+correlating+structure+with+optoelectronic+properties+in+polymer+fullerene+bulk-heterojunction+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Rep.+Prog.+Phys%22%5BJournal%5D)">The role of dynamic measurements in correlating structure with optoelectronic properties in polymer fullerene bulk-heterojunction solar cells.</a> Rep. Prog. Phys. 76 (2), 022501(2013).</li>
<li>Treat, N. D., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201000023/abstract">Interdiffusion of PCBM and P3HT Reveals Miscibility in a Photovoltaically Active Blend.</a> Adv. Energy Mater. 1 (1), 82-89 (2010).</li>
<li>Collins, B. A., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jz101276h">Molecular Miscibility of Polymer-Fullerene Blends.</a> J. Phys. Chem. Lett. 1 (21), 3160-3166 (2010).</li>
<li>Chen, D., Liu, F., Wang, C., Nakahara, A., Russell, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bulk+Heterojunction+Photovoltaic+Active+Layers+via+Bilayer+Interdiffusion%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Bulk Heterojunction Photovoltaic Active Layers via Bilayer Interdiffusion.</a> Nano Lett. 11 (5), 2071-2078 (2011).</li>
<li>Gu, Y., Wang, C., Russell, T. P. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201100726/abstract">Multi-Length-Scale Morphologies in PCPDTBT/PCBM Bulk-Heterojunction Solar Cells.</a> Adv. Energy Mater. 2 (6), 683-690 (2012).</li>
<li>Perez, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solvent+Additive+Effects+on+Small+Molecule+Crystallization+in+Bulk+Heterojunction+Solar+Cells+Probed+During+Spin+Casting%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Solvent Additive Effects on Small Molecule Crystallization in Bulk Heterojunction Solar Cells Probed During Spin Casting.</a> Adv. Mater. 25 (44), 6380-6384 (2013).</li>
<li>Lee, J. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Processing+Additives+for+Improved+Efficiency+from+Bulk+Heterojunction+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Processing Additives for Improved Efficiency from Bulk Heterojunction Solar Cells.</a> J. Am. Chem. Soc. 130 (11), 3619-3623 (2008).</li>
<li>Shin, N., Richter, L. J., Herzing, A. A., Kline, R. J., DeLongchamp, D. M. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201201027/abstract">Effect of Processing Additives on the Solidification of Blade-Coated Polymer/Fullerene Blend Films via In-Situ Structure Measurements.</a> Adv. Energy Mater. 3 (7), 938-948 (2013).</li>
<li>Sødergaard, R., Hösel, M., Angmo, D., Larsen-Olsen, T. T., Krebs, F. C. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702112700196">Roll-to-roll fabrication of polymer solar cells.</a> Mater. Today. 15 (1-2), 36-49 (2012).</li>
<li>Liu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+Polymer+Solar+Cells+Based+on+a+Low+Bandgap+Semi-crystalline+DPP+Polymer-PCBM+Blends%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Efficient Polymer Solar Cells Based on a Low Bandgap Semi-crystalline DPP Polymer-PCBM Blends.</a> Adv. Mater. 24 (29), 3947-3951 (2012).</li>
<li>Liu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relating+Chemical+Structure+to+Device+Performance+via+Morphology+Control+in+Diketopyrrolopyrrole-Based+Low+Band+Gap+Polymers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Relating Chemical Structure to Device Performance via Morphology Control in Diketopyrrolopyrrole-Based Low Band Gap Polymers.</a> J. Am. Chem. Soc. 135 (51), 19248-19259 (2013).</li>
<li>Liu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+Printing+and+In+Situ+Morphology+Observation+of+Organic+Photovoltaics+Using+Slot-Die+Coating%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Fast Printing and In Situ Morphology Observation of Organic Photovoltaics Using Slot-Die Coating.</a> Adv. Mater. 27 (5), 886-891 (2015).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

השיטה המתוארת כאן מתמקדת בפיתוח שיטה להכנת סרט וניתן לשנותם בקלות בייצור תעשייתי. הדפסת סרט דקה ואפיון מורפולוגיה סינכרוטרון הם השלבים הקריטיים ביותר עם הפרוטוקול. במחקר OPV מדורג במעבדה קודם, ציפוי ספין משמש כשיטה הדומיננטית לפברק התקני סרט דקים. עם זאת, תהליך זה משתמש בכוח צנטריפוגות גבוה להתפזר פתרון BHJ, וזה שונה לגמרי מבוסס תעשייתי רול ל-רול ייצור. לכן הידע והניסיון המתקבל מחקר ציפוי ספין לא ניתן להעביר ישירות ייצור מכשיר שטח גדול. מכשיר הציפוי למות מיני החריץ שהוצג המחקרים ה...

photovoltaics האורגני (OPV) הוא טכנולוגיה מבטיחה לייצר אנרגיות מתחדשות חסכוניות בעתיד הקרוב. 1, 2, 3 מאמצים רבים נעשו כדי לפתח פולימרי צילום פעיל לפברק התקנים יעילים גבוהים. נכון להיום, מכשירי OPV שכבתיים יחידים השיגו יעילות המרה כוח&gt; 10% (PCE). שיפורים אלה הושגו על מכשירים בקנה מידה מעבדתי באמצעות ציפוי ספין כדי ליצור את הסרט, ותרגום למכשירים גודל בקנה מידה גדול יותר כבר טומנת בחובה ירידה מובהקת PCE. 4, 5 בענף, לגלגל אל הרול (R2R) ציפוי סרט דק מבוסס משמש להפקת סרטים דקים פעילים פוטון על מצעים מוליכים, שונה למדי מתהליכי מעבדה בקנה מידה טיפוסיים, במיוחד בשער של הסרת ממס. דבר זה הוא קריטי מאחר מורפולוגיות הם קיnetically לכודים, הנובעים הגומלין בין תהליכים הקינטית מרובים, כולל הפרדת פאזות, סידור, התמצאות אידוי הממס. 6, 7 kinetically זה מורפולוגיה לכוד, אם כי, קובע במידה רבה את הביצועים של המכשירים תאים סולריים. לכן, להבנת ההתפתחות של המורפולוגיה במהלך תהליך הציפוי היא בעל חשיבות גבוהה עבור מניפולציה של המורפולוגיה כדי למטב את הביצועים. אופטימיזציה של המורפולוגיה דורשת הבנת קינטיקה הקשורים ההזמנה של פולימר ניצוח חור הפתרון ממס מוסר; 8, 9 לכימותי האינטראקציות של הפולימר עם מנצח האלקטרונים מבוסס פולרן; 10, 11, 12 הבנת התפקידים של תוספים בהגדרת מורפומְשַׁעֲמֵם; 13, 14, 15 ואיזון השיעורים היחסיים של אידוי של הממס (ים) ותוספים. 16 זה כבר אתגר לאפיין את האבולוציה של מורפולוגיה כמותית השכבה הפעילה בסביבה תעשייתית רלוונטית. רול ל-רול עיבוד נחקר עבור הייצור של מכשירי OPV בקנה המידה גדולים. 4, 17 עם זאת, מחקרים אלה בוצעו באווירה ייצור שבו כמויות גדולות של חומרים המשמשים, הגבלת מחקרים ביעילות פולימרים זמינים מסחרית. במאמר זה, את הפרטים הטכניים של בודה התקנים OPV באמצעות מערכת ציפוי למות מיני חריץ הם הפגינו. פרמטרים ציפוי כגון קינטיקה ייבוש הסרט ובקרה עובי הסרט החלות על תהליכים בקנה מידה גדול יותר, מה שהופך במחקר זה קשור ישירות בתעשייה fabrication. חוץ מזה, כמות קטנה מאוד של חומר המשמש בניסוי ציפוי מיני חריץ למות, מה שהופך עיבוד זה החלות על חומרים סינתטיים חדשים. בתכנון, coater למות מיני חריץ זה יכול להיות מותקן על גבי תחנות קצה סינכרוטרון, ובכך מרע פיזור קרני רנטגן הזווית קטנה שכיח (GISAXS) ואת קרן ה- X עקיפה (GIXD) יכול לשמש כדי לאפשר לימודים בזמן אמת על האבולוציה המורפולוגיה פני טווח של אורך רחב מאזניים בשלבים שונים של תהליך ייבוש הסרט תחת מגוון של תנאי עיבוד. מידע המתקבל במחקרים אלה ניתן להעביר ישירות הגדרת ייצור תעשייתית. הכמות הקטנה של חומרים המשמשת מאפשרת סינון מהיר של מספר רב של חומרים פוטו-פעיל והתערובות שלהם בתנאי עיבוד שונים. החצי-גבישי diketopyrrolopyrrole ו quaterthiophene (DPPBT) מבוססי פולימרים הלהקה נמוך מצומדות משמש כחומר התורם הדגם (6,6) -phenyl C71-butyriג מתיל אסטר חומצה (PC 71 בע&quot;מ) משמשת acceptor האלקטרוני. 18, 19 זה מוצג במחקרים קודמים כי DPPBT: PC 71 בע&quot;מ תערובות ליצור הפרדת פאזות גודל גדול בעת שימוש כלורופורם כמו ממס. כלורופורם: תערובת ממס 1,2-dichlorobenzene יכול להקטין את הגודל של הפרדת פאזות ובכך להגדיל את ביצועי המכשיר. היווצרות המורפולוגיה במהלך תהליך הייבוש הממס נחקרת באתרו על ידי מרעה השכיח רנטגן עקיפה ופיזור. מכשירי תא סולארי מפוברקים באמצעות coater למות מיני החריץ הראה PCE ממוצע של 5.2% באמצעות תנאי תערובת הממס הטובים ביותר, 20 דומה ספין-ציפוי מכשירים מפוברקים. Coater מיני חריץ למות פותח מסלול חדש לפברק התקני תאים סולריים במעבדת הגדרת מחקר המחקה תהליך תעשייתי, מילוי פער מנבא את הכדאיות של חומרים אלו תעשייתיים relהגדרת evant.

<table><tbody><tr><td>PC71BM</td><td>Nano-C Inc</td><td>nano-c-PCBM-SF</td><td></td></tr><tr><td>DPPBT</td><td>אוניברסיטת מסצ'וסטס</td><td>בהתאמה</td><td></td>אישית</tr><tr><td>PEDOT:PSS</td><td>Heraeus</td><td>P VP Al 4083</td><td></td></tr><tr><td>מנקה נוזלי מוקסול</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>Z637181</td><td></td></tr><tr><td>אצטון</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>270725</td><td></td></tr><tr><td>איזופרופיל אלכוהול</td><td>BDH</td><td>BDH1133</td><td></td></tr><tr><td>כלורופורם</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>372978&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>1,2-דיכלורובנזן</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>240664</td><td></td></tr><tr><td>ליתיום פלואוריד</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>669431</td><td></td></tr><tr><td>אלומיניום</td><td>קורט לסקר</td><td>EVMAL50QXHD</td><td></td></tr><tr><td>בקבוקוני זכוכית</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>03-391-7B</td><td></td></tr><tr><td>מנקה אולטרסאונד</td><td>תנור Cleanosonic</td><td>Branson 2800</td><td></td></tr><tr><td>WVR</td><td></td><td>414005-118</td><td></td></tr><tr><td>מתלה ניקוי</td><td>לורנס ברקלי המעבדה הלאומית</td><td>בהתאמה אישית</td><td></td></tr><tr><td>מסכת צל</td><td>לורנס ברקלי המעבדה הלאומית</td><td>בהתאמה</td><td></td>אישית</tr><tr><td>מנקה UV-אוזון</td><td>UVOCS INC</td><td>T16X16 OES</td><td></td></tr><tr><td>תיבת כפפות</td><td>MBraun</td><td>מאייד מותאם אישית</td><td></td></tr><tr><td></td><td>MBraun</td><td>חריץ מותאם</td><td></td>אישית</tr><tr><td>למות Coater</td><td>Jema Science Inc</td> סימולטור סולארי <td>בהתאמה</td><td></td>אישית</tr><tr><td></td><td>Newport</td><td>Class ABB</td><td></td></tr><tr><td>ספין Coater</td><td>SCS ציוד</td><td>SCS G3</td><td></td></tr><tr><td>צלחת</td><td>חמה תרמו מדעי</td><td>SP131015Q</td><td></td></tr><tr><td>מדידת קרני רנטגן</td><td>לורנס ברקלי המעבדה הלאומית</td><td>Beamline 7.3.3</td><td></td></tr></tbody></table>

ייצור הדפסת תאים סולריים heterojunction הגורף באתרו אפיון מורפולוגיה

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

חומרים מבוססי פולימרים מבטיחים כהתקנים פוטו-וולטאיים יעילים בעלות נמוכה וגמישים. רוב מאמצי המעבדה להשגת מכשירים בעלי ביצועים גבוהים השתמשו במכשירים שהוכנו על ידי ציפוי ספין, תהליך שאינו ניתן לייצור בקנה מידה גדול. חוסר התאמה זה בייצור מכשירים מקשה על תרגום התוצאות הכמותיות המתקבלות במעבדה לרמה המסחרית, מה שמקשה על האופטימיזציה. באמצעות ציפוי מיני חריץ, ניתן לפתור אי התאמה זו על ידי תרגום התהליך המסחרי למעבדה ואפיון היווצרות המבנה בשכבה הפעילה של המכשיר בזמן אמת ובאתרו כאשר הסרטים מצופים על מצע. התפתחות המורפולוגיה התאפיינה בתנאים שונים, מה שאפשר לנו להציע מנגנון שבאמצעותו המבנים נוצרים וגדלים. ציפוי מיני חריץ זה מציע מסלול פשוט, נוח ויעיל מבחינה חומרית שבאמצעותו ניתן לייעל את המורפולוגיה בשכבה הפעילה בתנאים רלוונטיים מבחינה תעשייתית. מטרת פרוטוקול זה היא להציג פרטים ניסיוניים על אופן ייצור מכשיר תא סולארי באמצעות ציפוי מיני חריץ ופרטים טכניים של ריצה במבנה באתרו באמצעות ציפוי המיני חריץ.

שמוצג באיור 3 היא מערכת ציפוי מיני החריץ למות. הוא מורכב מכונת ציפוי אחד, משאבת מזרק אחד וקופסת שליטה מרכזית. מכונת הציפוי היא החלק החיוני, העשוי ראש למות חריץ, במת translational אופקית אחד, ועל במת translational אנכית אחד. ראש החריץ למות הוא רכוב על הבסיס של מנוע אנכי translational באמצעות מניפולטור הטיה 2-D. 10a האיור מראה גוף המדפסת הראשי ללא הרכבת ראש ההדפסה שממנו המניפולטור ההטיה 2-D מודגש. איור 10b</s...

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לפברק תאים סולריים אורגני סרט דק באמצעות coater למות מיני חריץ ומאפייני מבנה אונליין הקשורים באמצעות טכניקות פיזור synchrotron.

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

המטרה הכוללת של ניסוי זה היא להדגים את ייצור ההדפסה של תאים סולאריים אורגניים בסרט דק ולצפות בהתפתחות המורפולוגיה של הסרט הדק במהלך אידוי הממס. שיטה זו עוזרת לענות על שאלות מפתח בסרטים דקים פונקציונליים כגון בתאים סולאריים בסרט דק וציפויים פולימריים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שטכניקות עיבוד בתעשייה וסינכרוטרון ממוזגות היטב כדי להדגים את ההיבט הבסיסי של מדע החומרים.ההשלכות של שיטה זו עוזרות להבין את התפתחות המורפולוגיה של סרטים דקים סמוכים, שהיא חיונית בקביעת המורפולוגיה הסופית וביצועי המכשיר. אז הטכניקה הזו יכולה לתת לנו מידע על המורפולוגיה של פוטו-וולטאים אורגניים בסרט דק. זה יכול גם לתת לנו מידע בחומרים אחרים, למשל, דיודות פולטות אור או חומרי סרט דק פונקציונליים.כדי להעמיס את המצע, הנח את המצע המוכן PEDOT:PSS מצופה תחמוצת אינדיום-בדיל-אוקסיד על לוחית הבסיס של ציפוי המיני חריץ. באמצעות המניפולטור הליניארי מתחת ללוחית המצע, כוונן את מיקום המצע כדי למקם אותו ממש מתחת לראש המדפסת. כוונן את הטיית הראש באמצעות מניפולטור ההטיה הדו-ממדי המחזיק את ראש ההדפסה.ודא שהראש עומד אנכית על גבי המצע הטעון. כוון את הראש למרחק המצע לאפס. המנוע האנכי משולב עם חיישן כוח.כאשר ראש ההדפסה צף, תתקבל קריאת כוח קבועה ממשקל ראש ההדפסה ומכלולי המניפולטור ההטיה. ברגע שראש המדפסת נוגע במצע, הקריאה תפחת, ות

printing-fabrication-bulk-heterojunction-solar-cells-situ-morphology

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

הושגה התקדמות בשימוש ספין הד נפתרה פיזור שכיחות מרעה (SERGIS) כטכניקת פיזור נויטרונים כדי לחקור את קשקשי אורך בדגימות לא סדירות. גבישים של [6,6]-פניל-C61-חומצה בוטירית מתיל אסתר נבדקו בטכניקת SERGIS והתוצאות אושרו על ידי מיקרוסקופיה של כוח אופטי ואטומי.

באמצעות נויטרונים ספין הד נפתרה שכיחות מרעה פיזור לחקור חומרים אורגניים תאים סולאריים

פח גופרתי (SnS) הוא חומר מועמד לתאים סולאריים שאינם רעילים בשפע בכדור הארץ. כאן, אנו מדגימים את הליך הייצור של התאים הסולאריים SnS המשתמשים בתצהיר שכבה אטומית, המניב יעילות המרת הספק מאושרת של 4.36%, ואידוי תרמי המניב 3.88%.

מה שהופך את התאים סולריים שיא יעילות SNS על ידי אידוי תרמי ואטומית שכבת הפקדת

מודגם ייצור סורגים בעלי ניגודיות גבוהה כאלמנט מפזר הספקטרום המקביל במערכת פוטו-וולטאית מרוכזת. מתוארים תהליכי ייצור הכוללים ליתוגרפיה של ננו-טביעה, התזת TiO2 ותחריט יונים תגובתי. תוצאות מדידת השתקפות משמשות לאפיון הביצועים האופטיים.

המצאה של Gratings ניגודיות הגבוה לפיצול הספקטרום Dispersive האלמנט במערכת פוטוולטאית מרוכזת

מתוארת מתודולוגיה מבוססת הדפסת העברה בת קיימא להכנסת ננו-מבני מתכת פלזמוניים בתאים סולאריים.  באמצעות חותמות פולי ננו-עמודים (דימתילסילוקסן), מערך ננו-דיסק מסודר מבוסס Ag שולב עם תאים סולאריים מיקרו-קריסטליים מוקשים סטנדרטיים, מה שהוביל לשיפור ביצועי המכשיר עקב לכידת אור פלזמונית.

שילוב של אור ננו-מבני כסף השמנה בתאים סולריים המוקשה Microcrystalline הסיליקון ידי העברת הדפסה

מאמר זה חוקר את ההתאמה של הדפסת הזרקת דיו לייצור תאים סולאריים רגישים לצבע. דיו ננו-חלקיקים TiO2 נטול קלסר נוסח והודפס על מצע זכוכית FTO. השכבה המודפסת יוצרה לתא עם שטח פעיל של 0.25 ס"מ 2 ויעילות של 3.5%.

דפוס דיגיטלי של טיטניום דו-חמצני עבור לצבוע תאים סולריים רגישים

פרוטוקול זה מתאר את בתצהיר סינתזת פתרון של שכבת nanocrystals אורגנית אחר שכבה לייצר אלקטרוניקת סרט דקה על משטחים שאינם מוליכים. דיו מרכך מיוצב יכול לייצר התקנים פוטו מלאים על מצעי זכוכית באמצעות ציפוי ספין ומרסס בעקבות הדיאלוג ליגנד sintering שלאחר בתצהיר.

המצאה של התקנים פוטו ננו אורגניים לגמרי פתרון מעובד

שיטת תאים סולריים להדפסה, פולרן-חינם לחלוטין, מאוד אוויר-יציב, בתפזורת-heterojunction מבוססים על Ti alkoxides כמו acceptor האלקטרון לבין ייצור הפולימרים לתרום אלקטרונים מתוארת כאן. יתר על כן, שיטה לשליטה על המורפולוגיה של שכבת photoactive דרך bulkiness המולקולרי של יחידות Ti-alkoxide מדווח.

בקרת מורפולוגיה עבור תאים סולריים מילוי heterojunction אורגני-אורגניים להדפסה מלא מבוסס על מולקולה פולימרית Ti-alkoxide ו מוליכים למחצה

אנו מציגים מחקר מקיף על ההשפעות של שיטות ייצור שונות עבור שכבות דקות perovskite אורגניות / אורגניות על ידי השוואת מבנים גבישיים, צפיפות מצבים, רמות אנרגיה, ובסופו של דבר ביצוע תאים סולאריים.

השפעת שיטות ייצור perovskite היברידיות על יצירת סרט, מבנה אלקטרוני, ואת ביצוע תאים סולאריים

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לפתח ביצועים גבוהים פער/Si heterojunction השמש תאים עם חיים גבוהה של המיעוט-המוביל סי.

פיתוח תאים סולריים ביצועים גבוהים פער/סי Heterojunction

נייר זה הוא הדגמה והנחיה לבצע ולנתח בתוך הבית (עם מכשיר רנטגן מעבדה) בניסויים GISAXS situ של ייבוש דיו על רול לגלגול חריץ למות מצופה, לא פולרן אורגני פוטו וולטאי.

באתרו שכיחות מרעה פיזור רנטגן זווית קטנה על ציפוי רול לגלגול של תאים סולריים אורגניים עם מכשור רנטגן מעבדה

אנו מתארים שיטת חישול אינפרא אדום פלאש המשמש לסינתזה של סרטי פרוביסקיט ו mesoscopic-TiO2. פרמטרי חישול הם מגוונים וממוטבים לעיבוד על תחמוצת פח מסוממת פלואור (FTO) זכוכית אינדיום בדיל מצופה פוליאתילן terephthalate (ITO PET), לאחר מכן נותן התקנים כוח המרה יעילות &gt;20%.

חישול אינפרא אדום פלאש עבור עיבוד תאים סולאריים פרוביסקיט

למד את שיטת mini-slot die coating לייצור תאים סולריים אורגניים דקי-סרט ואפיון מורפולוגיה תוך כדי התאדות ממיסים באמצעות קרינת סינכרוטרון.

ייצור הדפסת תאים סולריים heterojunction הגורף באתרו אפיון מורפולוגיה

גלה סרטונים נוספים