Method Article

Concurrent conducibilità quantitativa e meccaniche Misure Proprietà dei materiali organici fotovoltaici utilizzando 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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Organici fotovoltaici (OPV) i materiali sono per loro natura non omogenea su scala nanometrica. Nanoscale disomogeneità dei materiali OPV influisce sulle prestazioni dei dispositivi fotovoltaici. In questo articolo, si descrive un protocollo per la misurazione quantitativa di proprietà elettriche e meccaniche dei materiali OPV con sub-risoluzione di 100 nm.

Abstract

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Organici fotovoltaici (OPV) i materiali sono per loro natura non omogenea su scala nanometrica. Nanoscale disomogeneità dei materiali OPV influisce sulle prestazioni dei dispositivi fotovoltaici. Pertanto, la comprensione delle variazioni spaziali nella composizione e proprietà elettriche dei materiali OPV è di fondamentale importanza per lo spostamento in avanti della tecnologia fotovoltaica. 1,2 In questo lavoro, si descrive un protocollo per la misurazione quantitativa di proprietà elettriche e meccaniche dei materiali OPV con sub -100 nm risoluzione. Attualmente, le proprietà dei materiali misurazioni effettuate utilizzando disponibili in commercio a base di tecniche di AFM (PeakForce, AFM conduttivo) generalmente forniscono solo informazioni di tipo qualitativo. I valori di resistenza e modulo di Young misurato con il nostro metodo sul prototipo ITO / PEDOT: PSS/P3HT: PC 61 sistema BM corrispondono bene con i dati della letteratura. Il P3HT: PC 61 miscela BM separa sul PC 61 BM-ricchi e P3HT ricco di domains. Proprietà meccaniche del PC 61 domini ricchi e BM-P3HT-ricchi sono diversi, che consente di attribuzione dominio sulla superficie della pellicola. Soprattutto, combinando i dati meccanici ed elettrici consente per la correlazione della struttura dei domini sulla superficie del film con proprietà elettriche variazione misurata attraverso lo spessore del film.

Introduction

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Innovazioni più recenti in termini di efficienza di conversione di potenza (PCE) di fotovoltaico organico (OPV) cellule (spingendo il 10% a livello di cella) 3 di concerto con il rispetto ai processi di produzione ad alto rendimento e basso costo 4 hanno portato i riflettori sulla tecnologia OPV come possibile soluzione per la sfida di fabbricazione economica di celle solari di grande superficie. Materiali OPV sono intrinsecamente disomogenei su scala nanometrica. Nanoscale disomogeneità dei materiali OPV e le prestazioni dei dispositivi fotovoltaici sono intimamente connessi. Pertanto, la comprensione disomogeneità nella composizione e propriet....

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Protocol

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1. Acquisizione del segnale

  1. Installare campione (cella solare polimerica senza catodo (ITO / PEDOT: PSS/P3HT: PC 61 BM)) in uno spot AFM Multimode (Veeco, Santa Barbara, CA) equipaggiato con Nanoscope-V controller.
  2. Installare AFM conduttivo sonda in Multimode supporto sonda AFM.
  3. Creare il collegamento elettrico tra la sonda AFM, campione e sorgente di tensione.
  4. Percorso di uscita amplificatore di corrente (segnale di corrente), Multimode AFM flessione uscita (forza del segnale), Multimode AFM di campionamento di uscita altezza (segnale di distanza) in una scheda di acquisizione digitale (NI-DAQ PCI-61....

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Results

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Modulo di Young e resistività mappe (Figura 3) presenti risultati tipici delle misurazioni sopra descritte. Proprietà meccaniche ed elettriche del ITO / PEDOT: PSS/P3HT: PC 61 pila BM stati misurati al negativo (-10 V) e positivo (+6 V) tensioni applicate alla sonda AFM. Artefatti di imaging, associati all'interazione elettrostatica tra la sonda AFM e il campione, sono un problema comune per le misure quantitative di proprietà funzionali utilizzando AFM. La somiglianza di grandezza moduli di .......

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Disclosures

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Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Acknowledgements

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MPN è grato al Fellowship Program del direttore di un sostegno finanziario. MPN vuole ringraziare Yu-Chih Tseng di aiuto per lo sviluppo del protocollo per l'elaborazione delle celle solari. Questo lavoro è stato svolto presso il Centro di materiali su nanoscala, un Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Office of Science, Ufficio di Basic Funzione utente energia Scienze nell'ambito del contratto n ° DE-AC02-06CH11357.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Nome del reagente / materiale Azienda Numero di catalogo Commenti
Plextronics inchiostri Plexcore PV 1000
ITO-vetro rivestite substrati Delta Technologies, Inc 25 ohm / sq
30 MHz sintetizzato generatore di funzioni Stanfor Research Systems DS345
Amplificatore di corrente Femto DLPCA-200
Multimode AFM Veeco, Santa Barbara, CA dotato Nanoscope-V controllore
Scheda DAQ National Instruments NI PCI-6115-
Metallo Pt sonde 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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Tags

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

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