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Incidenza di pascolo in situ Diffusione a raggi X ad angolo ridotto sul rivestimento roll-to-roll di celle solari organiche con strumentazione a raggi X di laboratorio

Published: March 2, 2021 doi: 10.3791/61374
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1
1Department of Energy Conversion and Storage, Technical University of Denmark

Summary

Questo documento è una dimostrazione e una linea guida per eseguire e analizzare internamente (con uno strumento a raggi X di laboratorio) esperimenti GISAXS in situ di inchiostri essiccanti su fotovoltaico organico a fessura roll-to-roll rivestito, non fullerene.

Abstract

Presentiamo un esperimento interno, in situ Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering (GISAXS), sviluppato per sondare la cinetica di essiccazione del rivestimento a fessura roll-to-roll dello strato attivo nel fotovoltaico organico (OPV), durante la deposizione. Per questa dimostrazione, l'attenzione è rivolta alla combinazione di P3HT:O-IDTBR e P3HT:EH-IDTBR, che hanno una diversa cinetica di essiccazione e prestazioni del dispositivo, nonostante la loro struttura chimica vari solo leggermente dalla catena laterale dell'accettore di piccole molecole. In questo articolo viene fornito una guida dettagliata per eseguire un esperimento GISAXS in situ e viene illustrato come analizzare e interpretare i risultati. Di solito, l'esecuzione di questo tipo di esperimenti a raggi X in situ per studiare la cinetica di essiccazione dello strato attivo negli OPV si basa sull'accesso ai sincrotroni. Tuttavia, utilizzando e sviluppando ulteriormente il metodo descritto in questo documento, è possibile eseguire esperimenti con una risoluzione temporale e spaziale grossolana, su base giornaliera per ottenere una visione fondamentale della morfologia degli inchiostri essiccatori.

Introduction

Il fotovoltaico organico (OPV) rappresenta una delle tecnologie emergenti di celle solari più promettenti. Gli OPV possono consentire la produzione su larga scala di una fonte di energia rinnovabile economica basata su materiali non tossici con notevoli tempi di recupero di energiabrevi 1. La parte fotoattiva negli OPV è uno strato di polimeri e molecole conduttivi dello spessore di circa 300-400 nm, che può essere stampato ad una velocità di diversi metri al minuto con tecniche di rivestimento roll-to-roll1. Questa tecnologia a film sottile è flessibile, colorata e leggera, che apre percorsi per nuovi mercati dell'energia solare, come Internet-of-Things, integrazione degli edifici, installazioni decorative e installazione / disinstallazione rapida su scalamolto grande 2,3,4,5. Inoltre, gli OPV sono costituiti esclusivamente da elementi abbondanti e non tossici, che li rendono entrambi economici da produrre e riciclare. Pertanto, questa tecnologia sta ricevendo una crescente attenzione dall'industria e dal mondo accademico. Sono stati fatti enormi sforzi per ottimizzare ogni strato nella pila completa che costituisce la cella solare organica, e sono state fatte molte ricerche teoriche e sperimentali per comprendere la fisica sottostante degli OPV6,7,8. L'enorme interesse per la tecnologia ha spinto il campo al suo stato attuale dove i dispositivi campione fabbricati in laboratorio superano il 18% di efficienza9. Tuttavia, l'aumento della fabbricazione (cioè il passaggio dallo spin-coating su substrati rigidi alla deposizione scalabile su substrati flessibili) è accompagnato da perdite significative di efficienza10. Colmare questo divario è quindi fondamentale per i veicoli commerciali leggeri per diventare competitivi con altre tecnologie a celle solari a film sottile disponibili in commercio.

OPV è una tecnologia a film sottile che consiste in diversi strati funzionali. In questa dimostrazione, l'attenzione si concentra esclusivamente sul livello fotoattivo. Questo strato è particolarmente importante, in quanto è qui che i fotoni vengono assorbiti e viene generata la corrente fotocorrente. Tipicamente, lo strato fotoattivo è costituito da almeno due costituenti, vale a dire un donatore e un accettore. Qui, l'attenzione è rivolta al polimero donatore P3HT in combinazione con O-IDTBR o EH:IDTBR come accettore11, con le formule chimiche come mostrato nella figura 1. Il design ottimale dello strato fotoattivo è descritto come un'eterogiunzione di massa (BHJ), in cui i composti vengono intermixati in tutto il dispositivo, come mostrato nella figura 2. Il BHJ è ottenuto mediante rivestimento a fessura di un inchiostro costituito dal donatore e dall'accettore nellasoluzione 10. Mentre riveste l'inchiostro umido sul substrato, le molecole di solvente evaporano, il che lascia il donatore e l'accettore in uno stato intermixato. La distribuzione del donatore/accettore rispetto alla separazione di fase, all'orientamento, all'ordinamento e alla distribuzione delle dimensioni è comunemente indicata come la morfologia del BHJ. La morfologia dello strato attivo gioca un ruolo significativo nelle prestazioni delle celle solari a causa della natura del principiodi lavoro 4,12. Il principio di lavoro è illustrato nella figura 2 e può essere descritto in quattro fasi: in primo luogo, un fotone in arrivo viene assorbito ed eccita un elettrone dal più alto orbitale molecolare occupato (HOMO) al più basso orbitale molecolare non occupato (LUMO). Il foro (uno stato vacante nell'HOMO) e l'elettrone eccitato sono legati insieme. Questa coppia elettrone-buco legata è indicata come un eccitone. In secondo luogo, l'eccitone è libero di muoversi e il percorso libero medio approssimativo prima della ricombinazione è 20 nm6. In terzo luogo, quando l'eccitone è vicino a un'interfaccia tra donatore e accettore, è energeticamente favorevole dissociarsi in un elettrone libero nel LUMO dell'accettore e in un buco libero nell'HOMO del donatore. In quarto luogo, se il dispositivo è collegato a un circuito, le cariche saranno quindi trasportate all'anodo e al catodo. Per migliorare la funzionalità degli OPV, la morfologia deve essere ottimizzata per adattarsi a ciascuno dei quattro passaggi per garantire che bhj assorba il maggior numero possibile di fotoni in arrivo e generi il maggior numero possibile di cariche in movimento. Resta la grande questione scientifica della morfologia ottimale.

Questa è ancora una questione aperta, e la procedura per ottimizzare la morfologia per una specifica combinazione di donatore e accettore è finora fatta per tentativi ed errori. Le condizioni ottimali di rivestimento per la miscela P3HT:O-IDTBR e P3HT:EH-IDTBR sono stateriportate 13,14. Parametri sperimentali simili sono stati utilizzati qui per preparare sia P3HT:O-IDTBR che P3HT:EH-IDTBR rivestiti in rotoli su un substrato flessibile a 60 °C, come descritto da Kuan Liu etal. Gli OPV rivestiti in rotoli hanno una struttura invertita16 e sono stati fabbricati su substrati flessibili senza ossido di stagno indio (senza ITO), con la struttura PET/Ag-grid/PEDOT:PSS/ZnO/P3HT:O-IDTBR o EH-IDTBR/PEDOT:PSS/Ag-grid, dove la luce entra attraverso il substrato PET. PEDOT:PSS è un'abbreviazione di polistirolo solfonato di polistirolo polistirene (3,4-etilenediossitiofene) e PET è polietilene tereftalato. Dopo la fabbricazione, la pila finale viene tagliata a piccole celle solari con un'area fotoattiva di 1 cm2.

I mezzi standard per caratterizzare le prestazioni delle celle solari includono la misurazione della densità di corrente rispetto alle curve di tensione (J-V) e degli spettri di efficienza quantistica esterna (EQE). Sia per P3HT:O-IDTBR che per P3HT:EH-IDTBR, i risultati sono riportati nella figura 3 e nella tabella 1. Il basso PCE al 2,2% della cella solare P3HT:EH-IDTBR è dovuto alla sua minore corrente di cortocircuito (JSC),che è parzialmente limitata dalla resistenza in serie (Rs) di 9,0 Ω·cm2 rispetto a quella di P3HT:O-IDTBR di 7,7 Ω·cm2. La tensione a circuito aperto (VOC),è simile in entrambi i dispositivi (Tabella 1), che riflette la somiglianza elettronica dei due accettori. Il fascia-gap fotovoltaico delle celle solari P3HT:O-IDTBR e P3HT:EH-IDTBR è rispettivamente di 1,60 eV e 1,72 eV, in accordo con le proprietà ottiche osservate dallo spostamento verso il rosso nell'EQE mostrate nella figura 3 e riportate da Enrique P. S. J. etal. Di solito, uno spostamento verso il rosso è dovuto a una struttura più cristallina, quindi ci si aspetta che O-IDTBR possieda un grado di cristallinità più elevato rispetto all'EH-IDTBR per le specifiche condizioni di rivestimento. Il JSC migliorato della cella solare P3HT:O-IDTBR è in parte dovuto alla sua più ampia assorbanza spettrale e ai miglioramenti nell'elaborazione del dispositivo. Le correnti EQE integrate per i dispositivi basati su EH-IDTBR e O-IDTBR sono 5,5 e 8,0 mA/cm2 sotto 1 illuminazione solare, come mostrato nella figura 3. Dai profili EQE, si può vedere che il rapporto di massa 1:1 è vicino all'ideale per P3HT:O-IDTBR ma non è ottimale per P3HT:EH-IDTBR. Le differenze nelle prestazioni del dispositivo possono essere parzialmente spiegate dalla presenza di fori nella pellicola P3HT:EH-IDTBR, mentre P3HT:O-IDTBR appare liscio come mostrato nella figura 4. I fori nel sistema di materiali P3HT:EH-IDTBR sono coperti dal successivo strato PEDOT:PSS durante la fabbricazione di celle solari, prevenendo il cortocircuito dei dispositivi. Inoltre, le catene laterali degli accettori sono rispettivamente lineari e ramificate, il che fa sì che la loro solubilità differissi, e quindi la loro cinetica di essiccazione. Si può utilizzare un mini rivestimento roll-to-roll per sondare la cinetica di essiccazione durante il rivestimento, che imita le stesse condizioni di rivestimento della fabbricazione a celle solari17,come dimostrato per la prima volta nel 201518.

Qui, presentiamo l'applicazione di una mini macchina di rivestimento a fessura roll-to-roll migliorata per eseguire esperimenti GISAXS in situ, per sondare la morfologia degli inchiostri di essiccazione per gli OPV con una sorgente di raggi X interno. GISAXS è il metodo preferito per sondare le distribuzioni di dimensioni, forma e orientamento in o su pellicole sottili19. Quando si esegue un esperimento GISAXS, i raggi X sparsi che sondano il campione vengono raccolti su un rilevatore 2D. La parte impegnativa è scegliere il modello giusto per recuperare le informazioni desiderate dal campione in fase di studio. Pertanto, le informazioni preliminari relative alla struttura del campione sono essenziali per scegliere un modello adatto. Tali conoscenze possono essere ottenute dalla microscopia a forza atomica (AFM), dalla microscopia elettronica a trasmissione (TEM) o dalle simulazioni di dinamica molecolare7. Qui, presenteremo perché e come applicare il framework di Teubner e Strey20 per modellare i dati ottenuti dagli esperimenti GISAXS in situ per recuperare le distribuzioni delle dimensioni dei domini all'interno dell'inchiostro per BHJ durante l'essiccazione. Ci sono due vantaggi nell'utilizzo di un mini cappotto roll-to-roll. In primo luogo, imita la produzione su larga scala 1:1; pertanto, siamo certi che le prestazioni del dispositivo e il livello attivo possano essere confrontati direttamente. In secondo luogo, utilizzando questo metodo, siamo in grado di avere abbastanza inchiostro fresco nel fascio per consentire un esperimento in situ con una sorgente di raggi X di laboratorio. I metodi per eseguire e analizzare la morfologia delle pellicole sottili con GISAXS si sono rapidamente sviluppando nell'ultimo decennio18,21,22,23,24,25,26,27,28. Di solito, quando si esegue un esperimento GISAXS in situ per sondare la cinetica di essiccazione dello strato attivo negli OPV, è necessaria una sorgente di sincrotrone18,26,27. La radiazione di sincrotrone è in generale preferita rispetto a una sorgente di raggi X internamente per eseguire un tale esperimento per fornire una migliore risoluzione del tempo e statistiche migliori. Tuttavia, i sincrotroni non sono disponibili quotidianamente e non possono essere regolati per adattarsi a una linea di produzione, quindi una sorgente di raggi X interna può servire come utile strumento quotidiano per ottimizzare formulazioni di inchiostro, condizioni di rivestimento e per ottenere informazioni fondamentali sulla fisica della cinetica di essiccazione. Lo svantaggio più significativo per l'utilizzo di una sorgente di raggi X interno è il consumo di materiale. Poiché il flusso dei raggi X è di almeno cinque ordini di grandezza più piccolo che in un sincrotrone, è necessario più materiale per ottenere statistiche sufficienti. Pertanto, questa tecnica non è ancora adatta per la scoperta di nuovi materiali, dove sono accessibili solo piccole quantità di materiali. Per materiali economici e facili da sintetizzare, che è anche un fattore dominante per lascalabilità 29,questo metodo sarà vantaggioso rispetto all'uso di sincrotroni nella ricerca di colmare il divario di efficienza per gli OPV rivestiti roll-to-roll su largascala 10,30.

Questo articolo guiderà il lettore attraverso l'esecuzione di esperimenti GISAXS in situ per sondare la cinetica di essiccazione degli inchiostri applicabile per la produzione su larga scala di OPV. Viene presentato un esempio di riduzione e analisi dei dati insieme a una discussione di vari modelli per interpretare i dati.

Protocol

Questo protocollo è diviso in cinque sottosezioni. In primo luogo, viene presentata una procedura per la preparazione degli inchiostri. In secondo luogo, viene descritta la procedura per la preparazione e l'esecuzione del rivestimento dello slot-die roll-to-roll. In terzo luogo, viene presentata una guida dettagliata per l'esecuzione di un esperimento GISAXS in situ. In quarto luogo, viene delineata una procedura per la correzione e l'analisi dei dati. Infine, i risultati sono riportati e discussi.

1. Preparazione di inchiostri per rivestimento roll-to-roll (Giorno 1)

  1. Leggere attentamente l'MSDS dei polimeri, delle molecole e dei solventi prima di iniziare un esperimento.
  2. Mettere 90 mg di O-IDTBR e 90 mg di P3HT in una fiala da 10 mL.
  3. Sciogliere i solidi P3HT:O-IDTBR in 4,5 mL di diclorobenzene:bromoanisole (0,95:0,05) miscela solvente. La concentrazione finale dell'inchiostro è quindi di 180 mg / 4,5 mL = 40 mg/mL.
  4. Posizionare un agitatore magnetico nella soluzione e sigillare immediatamente il flaconcino. Posizionare il flaconcino sigillato su una piastra calda con un rotatore magnetico. Impostare la rotazione a 300 giri/min e la piastra calda a 60 °C e lasciarla mescolare per 12 ore.
  5. Ripetere la procedura per la preparazione dell'inchiostro per P3HT:EH-IDTBR.

2. Preparazione ed esecuzione del rivestimento dello slot roll-to-roll (Giorno 2)

  1. Spegnere la rotazione e la piastra calda. Rimuovere le fiale dalla piastra calda almeno 1 ora prima di utilizzarla, per ottenere la temperatura ambiente degli inchiostri durante il rivestimento.
  2. Vento 18 m di foglio di substrato in PET sul rotolo dell'alimentatore. Attaccare l'estremità libera del substrato al rotolo del parabrezza, come illustrato nella figura 5. Avviare il motore per far funzionare il foglio 0,2 m per stringere il substrato.
  3. Impostare la prima piastra calda dell'impostazione roll-to-roll alla temperatura desiderata (cioè 60 °C). Impostare la seconda piastra calda a 80 °C per assicurarsi che il film sia asciugato quando avvolto sul rotolo del winder. Attendere circa 15 minuti per stabilizzare la temperatura delle due piastre calde.
  4. Caricare 2,2 ml di inchiostro in una siringa da 3 ml. Montare la siringa nella pompa. Attaccare un tubo dalla siringa alla testa di rivestimento dello slot-die.
  5. Posizionare la testa del rivestimento vicino all'estremità della prima piastra calda regolando lo stadio di traslazione orizzontale e posizionare la guida del menisco circa 5 mm sopra il substrato.
  6. Impostare la pompa della siringa alle seguenti impostazioni di rivestimento: Velocità: 0,08 mL/min, diametro della siringa: 12,7 mm.
  7. Controllare lo spessore dello strato attivo d regolando la portata, fe la velocità del substrato in movimento, v, secondo questa formula:
    Equation 1
    dove w è la larghezza del film (determinata dalla guida del menisco), e ρ è la densità dei materiali nell'inchiostro. In questo esperimento, usiamo v=0,6 m/min con una portata di f=0,08 mL/min, con conseguente film con uno spessore secco di 425 nm.
  8. Passaggio critico: Premere manualmente l'inchiostro dalla siringa attraverso il tubo e fermarsi 1 cm prima che l'inchiostro raggiunga la testa del rivestimento. Avviare la pompa della siringa e attendere che una goccia bagni l'intera larghezza della guida del menisco. Immediatamente, abbassare la testa del rivestimento per bagnare il substrato con l'inchiostro e quindi sollevare la guida del menisco nella posizione del rivestimento 2 mm sopra il substrato.
  9. Avviare il motore che avvolge il substrato e iniziare a rivestire l'inchiostro.
  10. Per interrompere il rivestimento, arrestare la pompa e arrestare il substrato in movimento. Sollevare la testa del rivestimento ad un'altezza sicura (circa 20 mm sopra il substrato). Quindi pulire la testa e il tubo con tetraidrofurano.

3. Giorno 2: Esperimenti GISAXS roll-to-roll in situ

  1. Descrizione dell'installazione a raggi X
    NOTA: La lunghezza totale della configurazione a raggi X ad angolo piccolo con incidenza radente è di 4,5 m ed è costituita da una sorgente di raggi X, ottica di messa a fuoco, una sezione di collimazione, uno stadio campione, un tubo di volo, un arresto del fascio e un rivelatore, come mostrato nella figura 6. La sorgente di raggi X è un anodo rotante di Rigaku.
    1. Utilizzare un anodo di rame per questo esperimento e impostare la condizione operativa su 36 kV e 36 mA.
    2. Azionare l'esperimento in modalità messa a fuoco fine. L'ottica è costituita da un monocromatore multistrato a messa a fuoco 2D, che è allineato per ottimizzare il riflesso dellaradiazione di rame K α con una lunghezza d'onda di 1,5418 Å. La sezione di collimazione è costituita da tre fori a spillo posizionati rispettivamente a 45 cm, 141 cm e 207 cm a valle della sorgente di raggi X. I diametri dei fori sono rispettivamente di 0,75 mm, 0,3 mm e 1,0 mm di diametro, con una dimensione della sonda di circa 1,0 mm nella posizione del campione, corrispondente a un ingombro del fascio di 286 mm con un angolo di incidenza di 0,2°. Il fascio ha un flusso al campione di 5 x 106 fotoni s-1 e un profilo come mostrato nella figura 7, pannello sinistro.
    3. Assicurarsi che nella fase del campione siano disponibili almeno tre motori controllabili per regolare la posizione del mini rivestimento roll-to-roll. A valle dello stadio del campione, installare un tubo di volo evacuato di 166 cm (meno di 0,01 mbar) sul rack seguito da un rilevatore di raggi X Eiger 4M31.
  2. Installare il roll coater.
    1. Fissare il mini cappottiere roll-to-roll al goniometro. Montare il goniometro con il rivestimento roll-to-roll sulla panca ottica nella posizione del campione.
    2. Fissare i tre cavi del motore. Fissare il palco del goniometro alla panchina. Avvicinati al tubo di volo il più vicino possibile al mini coater roll-to-roll.
  3. Passaggio critico: Allineare la posizione del campione. Rivestire 10 cm di inchiostro e arrotolare il film nella trave. La procedura di allineamento è triplice.
    1. Allineare il campione parallelo alla trave. Ciò si ottiene mediante un processo iterativo di scansione dell'intensità sommata del fascio diretto in funzione della posizione verticale del campione e dell'angolo di incidenza.
    2. Allineare il campione a un angolo di incidenza specifico, αi, calcolando l'angolo dal fascio riflesso sul rivelatore con la seguente formula:
      Equation 1  (1)
      dove RB è la posizione del fascio riflesso, DB è la posizione diretta del fascio (entrambi misurati in cm), e SDD è la distanza campione-rivelatore, qui 166 cm.
    3. Ottimizzare l'intensità nel fascio riflesso scansionando l'altezza della posizione del campione. Per questo esperimento, utilizzare un angolo di incidenza di 0,2°. I dati 2D per questa procedura sono riportati nella figura 7.
  4. Scelta dell'angolo di incidenza
    1. Scegli l'angolo di incidenza per garantire la penetrazione negli strati di interesse. Qui questo sarà un angolo di incidenza di 0,2°.
      NOTA: Per questo esperimento, il film di interesse è costituito da solvente, P3HT e IDTBR. Sia P3HT che O-IDTBR hanno una densità più alta rispetto al solvente, e presumibilmente hanno il più alto angolo critico per la riflessione totale. L'angolo critico di P3HT e O-IDBTR può variare a seconda del loro imballaggio con conseguente angolo critico variabile da 0,16° a 0,19°, assumendo una densità del solido di 1,1 - 1,35 g/cm3. Pertanto, 0,2° è stato scelto per garantire la penetrazione nella maggior parte del film. Per eseguire un esperimento GISAXS su un altro sistema campione, valutare l'angolo di incidenza più adatto per un campionespecifico 28,59.
  5. Installare il beam-stop appena prima del rilevatore, che estenderà la durata del rilevatore. Utilizzare un arresto circolare del fascio per la trave diretta e un ulteriore sottile arresto del fascio rettangolare per bloccare il fascio riflesso. L'arresto del fascio deve bloccare il fascio diretto ma allo stesso tempo consentire il rilevamento dello scattering a bassi angoli di dispersione.
    NOTA: È possibile eseguire questo esperimento senza un beam-stop per consentire il tracciamento costante del fascio riflesso.
  6. Installare l'aspirazione del punto. Posizionare l'aspirazione del punto per rimuovere tutti i gas dai solventi evaporanti. Fissare l'aspirazione del punto per assicurarsi che il flusso d'aria sul campione sia lo stesso in ogni esperimento.
  7. Caricare una siringa con 2,2 ml di inchiostro e posizionare la siringa nella pompa della siringa. Premere manualmente l'inchiostro dalla siringa attraverso il tubo e fermarsi 1 cm prima che l'inchiostro raggiunga la testa del rivestimento.
  8. Impostare la distanza dalla testa del rivestimento al fascio di raggi X. Posizionare la testa del rivestimento in una posizione di 120 mm spostata dal fascio di raggi X lungo la direzione di movimento del foglio, per garantire un tempo di asciugatura di 12 secondi (per 3 secondi di tempo di asciugatura, posizionare la testa del rivestimento a 30 mm dal fascio di raggi X) come mostrato nella figura 8.
  9. Avviare il rivestimento roll-to-roll slot-die. Posizionare l'altezza della guida del menisco 5 mm sopra il substrato.
    1. Avviare la pompa della siringa e attendere che una goccia bagni l'intera larghezza della guida del menisco. Immediatamente, abbassare la testa del rivestimento per bagnare il substrato con inchiostro, quindi sollevare la guida del menisco nella posizione del rivestimento 2 mm sopra il substrato.
    2. Avviare il motore che avvolge il substrato e iniziare a rivestire l'inchiostro.
  10. Avviare la registrazione dei dati. Aprire l'otturatore a raggi X e iniziare a registrare i dati per 3000 secondi.
    NOTA: Questo esperimento è stato fatto con un'esposizione di 3000 secondi, un metodo più robusto è quello di eseguire diverse esposizioni più brevi per consentire un binning temporale flessibile dei dati.
  11. Monitorare la qualità della pellicola rivestita con una fotocamera. Cerca gli effetti di de-bagnatura del film sul substrato e i disallineamenti del menisco. Se necessario, interrompere le misurazioni e ripetere l'esperimento.
    1. Alla fine dell'esperimento, chiudere l'otturatore a raggi X. Spegnere il fascio di raggi X da remoto. Arrestare la pompa della siringa, sollevare la testa del rivestimento e srotolare il foglio. Per una serie di esperimenti, ripetere questa procedura con un'impostazione diversa.

4. Trattamento dei dati

NOTA: Sono stati eseguiti quattro esperimenti e i parametri specifici sono disponibili nella tabella 2. Uno degli esperimenti con P3HT:O-IDTBR è stato interrotto dopo 2732 secondi a causa di un errore della pompa della siringa; pertanto, il segnale deve essere normalizzato per tenere conto della differenza nel tempo di acquisizione.

  1. Correzione dei dati
    1. Utilizzare innanzitutto una maschera per correggere l'arresto del fascio e i pixel morti33. Seguire con un filtro a raggi cosmici sviluppato da SAXSLAB, quindi correzione del campo piatto, correzione del tempo, un filtro per i picchi di dispersione aggiuntivi derivanti dall'alluminio policristallino che sono chiaramente visibili nei due set di dati mostrati nella Figura 9, pannello sinistro.
  2. Dallo spazio reale a quello reciproco
    1. Converti i dati 2D dallo spazio reale al vettore spaziale reciproco qx,y,z in unità di Å-1 usando questa formula:
      Equation 1  (2)
      Qui, αi è l'angolo di incidenza rispetto alla normale della superficie, α fè l'angolo di uscita/finale sul rivelatore (verticale sul rivelatore), 2θf è l'angolo di uscita/finale nel piano (orizzontale sul rivelatore), e λ è la lunghezza d'onda del fascio incidente. Si supponga che la lunghezza d'onda sia preservata, nota anche come scatteringelastico 34.
  3. Integrazione orizzontale della linea Yoneda
    1. Determinare la coordinata x e y per il centro del fascio, rispettivamente, il campione alla distanza del rivelatore (SDD = 1,66 m), la lunghezza d'onda dei raggi X (1,5418 Å) e la dimensione dei pixel in ogni direzione (75 x 75 μm2).
    2. Calcolare la posizione prevista della linea Yoneda dall'angolo critico del campioneesaminato 28,34,35,36.
    3. Recuperare l'intensità di dispersione in funzione del vettore di dispersione qxy, utilizzando uno script MatLab o utilizzando software dedicato come DPDAK o Xi-Cam38,39. Eseguire l'integrazione orizzontale della linea Yoneda, come indicato nella figura 9, con una larghezza di 50 pixel su ciascun lato per garantire un rapporto segnale-rumore soddisfacente.
  4. Binning dell'integrazione orizzontale
    1. Per evitare il sovracampionamento (vedere figura 9, pannello destro) e aumentare il rapporto segnale-rumore per i vettori di dispersione di grandi dimensioni qxy, bin i dati logaritmicamente40.
    2. Non collocare i punti dati fino a qxy = 0,5 x 10-3Å. Ciò non è necessario a causa dell'alta intensità e della distanza reciproca nello spazio q,che garantisce che non ci siano punti dati ridondanti.
    3. Da qxy = 0,5 x 10-3Å e oltre, dividere l'asse qxyin 135 bidoni equamente distanziati su una scala logaritmica, in modo tale che il primo contenitore a qxy = 0,53 x 10-3Å sia la media di due punti dati, e il punto finale binned a qxy = 0,3Å sia una media di 24 punti.
  5. Applicazione del modello Teubner-Strey
    1. Applicare tre contributi Teubner-Strey per descrivere i dati. I primi due contributi descrivono il contrasto tra donatore/accettore e l'ultimo contributo descrive il contrasto tra aggregati più grandi di materiali circondati dal solvente. L'espressione matematica dell'intensità di dispersione è la seguente:
      Equation 1  (3)
      dove β è uno sfondo costante, i parametri a1,i, c1,i, c2,isono definiti in termini di dimensione del dominio, d ie lunghezza di correlazione ξi, come segue:

      Equation 1 (4)
      Dalle equazioni (4), la dimensione del dominio e la lunghezza della correlazione possono essere espresse come segue:
      Equation 1  (5)
      E
      Equation 1  (6)
      dove d1, ξ1,d2 e ξ2 sono i parametri per le fasi donatore/accettore, e d3 ed ξ3 sono i parametri per le fasi aggregate/solventi. I modelli montati sono riportati nella figura 10. I risultati dei quattro attacchi, basati sul modello Teubner-Strey descritto, si trovano nella tabella 3.

Representative Results

Prima di tutto, questo articolo descrive il metodo e il protocollo per eseguire con successo un esperimento GISAXS interno roll-to-roll in situ di successo per sondare l'essiccazione di pellicole sottili. In base al raccordo, si può dedurre che il modello Teubner-Strey descrive con successo i dati per P3HT:EH-IDTBR e P3HT:O-IDTBR sia per 12 che per 3 secondi di asciugatura, come mostrato nella figura 10.

Le scale di lunghezza caratteristiche basate sul modello Teubner-Strey si trovano nella tabella 3 con le corrispondenti incertezze nella tabella 4. Per tutti e quattro gli adattati, la dimensione del dominio e la lunghezza di correlazione per qxypiù alto , d1 ed ξ1, sono vicine allo stesso valore, variabili da 12,0 ± 1,7 nm a 12,5 ± 2,2 nm e da 3,9 ± 0,4 nm a 5,0 ± 0,4 nm. Queste due dimensioni e lunghezze caratteristiche sono simili ai valori riportati in letteratura per le eterogiunzioni sfuse a film secco di P3HT:IDTBR e P3HT:PCBM41,42. Per le grandi strutture, d3 e ξ3, vi è una chiara tendenza per le strutture a diventare più grandi man mano che si asciuga. Per P3HT:EH-IDTBR aumenta da 225 ± 10,3 nm a 562 ± 11,1 nm e per P3HT:O-IDTBR aumenta da 241 ± 4,1 nm a 489 ± 9,2 nm. Le lunghezze di correlazione, d2, si trovano a 30 ± 12 nm e 34 ± 3,5 nm per P3HT:O-IDTBR e 41 ± 14 nm per entrambi gli esperimenti P3HT:EH-IDTBR. Notevolmente, d2 è più pronunciato dopo 3 secondi di asciugatura rispetto a dopo 12 secondi di asciugatura per P3HT:O. IDTBR al contrario di P3HT:EH-IDTBR, dove il d2 è più pronunciato dopo 12 secondi di asciugatura rispetto a 3 secondi di asciugatura. Se d2 si dissolve per contribuire al segnale ottenuto in d1 o cluster per contribuire a d3 non è determinato in questo esperimento.

Sulla base del formalismo di Teubner-Strey20, i parametri caratteristici per un1,i, c1,i, c2,indico che scale di piccola lunghezza, un1,1, c1,1, c2,1, un1,2, c1,2, c2,2, sono caratteristiche per una fase iniziale della decomposizione spinodale in cui le due fasi si mesellono43. Ciò è in accordo con la comprensione generale della morfologia dell'intermixing donatore/accettore. Le scale di grande lunghezza, un1,3, c1,3, c2,3, sono caratteristiche delle micro emulsioni20, che è causato dal contrasto (differenza di densità elettronica) tra aggregati di materiale e solvente. Da questo esperimento, è impossibile distinguere se questi parametri caratteristici di d3 sono causati dalla differenza di densità degli elettroni tra P3HT:O-IDTBR/Solvent, O-IDTBR/Solvent, o P3HT/Solvent.

Per adattare un modello ai raggi X, la dispersione dei dati è un problema intrinseco inverso. Pertanto, è possibile applicare diversi modelli per descrivere i dati di dispersione. Per questa analisi, la formulazione di Teubner e Strey20,44 è stata applicata per adattarsi ai dati. La struttura ha origine da un'espansione dei parametri di ordine dell'energia libera di Landau per descrivere l'intensità di dispersione dai sistemi bifase. L'interpretazione del modello è una struttura geometrica astratta di un sistema bifase con una dimensione caratteristica del dominio e una lunghezza di correlazione nota dalla meccanicastatistica 45.

Esistono molti modelli sofisticati in grado di prevedere i dati 2D dagli esperimenti GISAXS e programmi softwareintuitivi 34,46 per modellarlo. Di solito, i dati GISAXS di BHJ sono modellati con distorted Wave Born Approximation (DWBA) con una precisionemolto elevata 27,40,47,48. Tuttavia, lo svantaggio principale è che la struttura modellata non corrisponde alla complessità prevista in un BHJ. Un approccio più semplice è quello di limitare l'analisi alla direzione qxy. Quando vengono considerati solo i tagli di linea orizzontali 1D in qxy, è giusto supporre che il principale contributo allo scattering deriva dalle strutture laterali presenti nel film. Supponendo questo si può dimostrare che il trasferimento di momento recuperato dai tagli di linea orizzontale corrisponde alla trasmissione SAXS49,50, da dove Teubner-Streyè derivato 20 e quindi valido per l'analisi qui presentata.

Questo modello è scelto per tre motivi: in primo luogo, il modello è un'espressione analitica che ha dimostrato di adattarsi a una varietà di sistemi bifase tra cui BHJ20,26,51e può essere utilizzato per algoritmi di raccordo molto veloci, che è applicabile per il controllo di qualità su larga scala e per le misurazioni in situ. In secondo luogo, per quanto ne so, questo modello è in accordo con la morfologia osservata per P3HT:O-IDTBR mediante microscopia elettronica a trasmissione (TEM)52 e microscopia a forza atomica (AFM)42. In terzo luogo, è un modello semplice, cioè si estende su un piccolo spazio di parametri.

Inoltre, questo documento documenta che è possibile sondare la cinetica essiccante di celle solari organiche non fullerene con una sorgente di raggi X internamente. Inoltre, questo metodo ha il potenziale per fungere da strumento per accelerare la ricerca negli OPV rivestiti roll-to-roll su larga scala.

Figure 1
Figura 1: Struttura chimica di P3HT, O-IDTBR ed EH-IDTBR. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: Principio di lavoro (a sinistra) di una cella solare organica ad eterogiunzione sfusa. La luce solare sta creando un eccitone, che alla separazione permette al buco e all'elettrone di diffondersi rispettivamente al catodo e all'anodo. (A destra) Diagramma energetico dei livelli HOMO e LUMO del donatore e dell'accettore. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: Curve JV (a sinistra) per fusto di roll slot rivestito su substrato flessibile P3HT:O-IDTBR e P3HT:EH-IDTBR, corrispondenti ai dispositivi più performanti mostrati nella tabella 1. (A destra) Le curve EQE dello slot rollio muoiono rivestite su substrato flessibile P3HT:O-IDTBR e P3HT:EH-IDTBR. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4: Immagini dei due inchiostri, rotolo rivestito su substrato pet. La parte superiore è P3HT:EH-IDTBR e in basso è P3HT:O-IDTBR. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 5
Figura 5: (Sinistra) Immagine del mini cappotto roll-to-roll. 1. a) 1.b) indicano rispettivamente il centro di rotazione dell'alimentatore e del ricevitore della lamina. Il motore si trova sul lato posteriore del cappottiere roll-to-roll ed è un motore stepper. 2) Le fasi di traslazione per la testa di rivestimento, che può muoversi in tutte e tre le direzioni, lungo il foglio, su e giù, verso l'esterno e verso l'interno. 3) La testa di rivestimento dello slot, dove è possibile fissare un tubo con inchiostro. 4) Le due piastre calde, indicate dalle due frecce, che riscrivano il substrato in movimento alla temperatura desiderata. In questo esperimento, è stato impostato su 60 °C. Tutte le parti sono controllate da remoto. (A destra) Rivestimento roll-to-roll installato presso l'installazione GISAXS. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 6
Figura 6: Set-up sperimentale per la diffusione a raggi X ad angolo ridotto con incidenza al pascolo. 1) La sorgente di raggi X è un anodo rotante prodotto da Rigaku. Un anodo rotante in rame era azionato a 36 kV 36 mA. 2) Sezione ottica, dove il Cu Kα caratteristica fluorescenza dall'anodo rotante diffract da un singolo specchio multistrato a rimbalzo, che rende il fascio monocromatico alla lunghezza d'onda: λ=1.5418 Å. 3) Stazione attenuatore, che non è stata applicata per questo esperimento. 4) Sezione di collimazione, costituita da tre fori uno dopo l'altro come indicato con le tre frecce. Il diametro dei fori del perno è rispettivamente di 0,75 mm, 0,3 mm e 1,0 mm. 5) Mini posizione del rivestimento roll-to-roll attaccata a un asse mobile verticale e un goniometro per controllare l'angolo di incidenza. 6) Tubo di volo nel vuoto. 7) Rilevatore Eiger 4M. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 7
Figura 7: Tre passaggi della procedura di allineamento illustrati come dati Eiger 4M grezzi. (A sinistra) Innanzitutto, assicurati che non ci sia nulla che blocchi la trave diretta. In questo esempio l'arresto del fascio si trova appena a sinistra e sotto la trave diretta. (Al centro) Scansionare il campione lungo l'asse verticale e posizionarlo dove metà della trave diretta è bloccata dal campione. Quindi ruotare il campione per modificare gradualmente l'angolo di incidenza e posizionare il campione dove l'intensità del fascio diretto è più alta. Questa procedura deve essere eseguita 3-5 volte per garantire che il campione sia completamente parallelo alla trave. (A destra) Ruotare il campione fino a quando non si verifica una chiara riflessione sul rilevatore. Da queste due posizioni, è possibile calcolare l'angolo esatto dell'incidente (vedi testo). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 8
Figura 8: Due fasi di essiccazione viste da due diverse angolazioni. (A sinistra) è il palcoscenico bagnato, in cui il film si è asciugato per 3 secondi prima di essere sondato. (A destra) è lo stadio asciutto in cui il film si è asciugato per 12 secondi. Il contrasto è stato aumentato per visualizzare l'effetto dell'essiccazione dei bordi. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 9
Figura 9: Dati 2D (a sinistra) P3HT:O-IDTBR a 12 secondi di asciugatura con 3000 secondi di tempo di acquisizione. Il rettangolo rosso indica dove è stata eseguita l'integrazione orizzontale e le aree intense contrassegnate come picchi di alluminio provengono dalla piastra riscaldante. (A destra) L'integrazione orizzontale dal rettangolo rosso in cui i vettori q dei picchi di alluminio vengono omessi dall'integrazione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 10
Figura 10: Integrazione della linea orizzontale binata per i quattro esperimenti: P3HT:EH-IDTBR (nero) e P3HT:O-IDTBR (blu) sondati sia a 12 secondi (triangoli) che a 3 secondi (quadrati) di asciugatura insieme agli attacchi Teubner-Strey. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Tempo di asciugatura (s) Tempo di misurazione (s)
P3HT:O-IDTBR 3.0 2732
P3HT:O-IDTBR 12 3000
P3HT:EH-IDTBR 3.0 3000
P3HT:EH-IDTBR 12 3000

Tabella 1 : La commissione per i dati Caratteristiche optoelettroniche di celle solari organicheda 1 cm 2 basate su P3HT:O-IDTBR e P3HT:EH-IDTBR che mostrano l'efficienza di conversione di potenza (PCE), la densità di corrente del cortocircuito (JSC),il fattore di riempimento (FF) e la tensione del circuito aperto (VOC),sotto l'illuminazione di 100 mW / cm2.

P3HT:EH-IDTBR Pce
(%)		 JSport Club
(mA/cm2)		 Ff
(%)		 VOC
(mV)
1 2.20 5.32 59.43 0.70
2 1.81 4.53 56.97 0.70
3 1.97 4.83 57.55 0.71
4 2.17 5.10 60.00 0.71
5 2.18 5.28 58.49 0.71
Nella media 2.07 5.01 58.49 0.70
stand dev (esempio) 0.15 0.30 1.13 0.00
P3HT:O-IDTBR
1 3.38 7.95 60.48 0.72
2 3.33 7.75 60.36 0.71
3 2.97 7.19 58.72 0.70
4 3.20 7.48 60.15 0.71
5 3.24 7.54 60.68 0.71
Nella media 3.22 7.58 60.08 0.71
stand dev (esempio) 0.14 0.26 0.70 0.00

Tabella 2 : La commissione per i dati Panoramica dei dati. P3HT:O-IDTBR con un tempo di asciugatura di 3,0 s è stato interrotto dopo 2732 s a causa di un errore della pompa della siringa.

Valori montati d1 [nm] ξ1 [nm] d2 [nm] ξ2 [nm] d3 [nm] ξ3 [nm]
EH-IDTBR 12s 12.2 4.7 41 22 562 20
EH-IDTBR 3s 12.0 5.0 41 17 225 18
O-IDTBR 12 12.4 4.8 34 32 489 16
O-IDTBR 3s 12.5 3.9 30 18 241 13

Tabella 3 : La commissione per i dati Valori montati dei quattro esperimenti. Tutte le unità di [nm].

Errori d1 [nm] ξ1 [nm] d2 [nm] ξ2 [nm] d3 [nm] ξ3 [nm]
EH-IDTBR 12s 1.4 0.2 10 3.2 11.1 1.7
EH-IDTBR 3s 1.7 0.4 14 2.1 10.3 1.9
O-IDTBR 12 2.1 0.3 3.5 2.7 9.2 1.5
O-IDTBR 3s 2.2 0.4 12.0 1.3 4.1 0.6

Tabella 4 : La commissione per i dati Deviazioni standard dei valori montati dai quattro esperimenti. Tutte le unità di [nm].

Discussion

L'angolo di incidenza è molto importante per un esperimento GISAXS. Ci si può chiedere quanto stabile sarà il film rispetto all'angolo di incidenza durante il rivestimento roll-to-roll di pellicola da 18 metri su un substrato flessibile. Per gli esperimenti eseguiti in questa dimostrazione, non possiamo dimostrare la stabilità del substrato in movimento, ma i precedenti dati pubblicati in cui viene utilizzata una versione precedente della configurazione, documentano una pellicolastabile 18,21. Precedenti esperimenti di sincrotrone in cui è stato utilizzato questo rivestimento roll-to-roll hanno dimostrato che l'angolo di incidenza non varia più di ± 0,03° come valutato dalla posizione del fascio riflesso in funzione del tempo (con una risoluzione temporale di 0,1 s), che è uguale a ± 12 pixel dalla linea Yoneda per questo esperimento, mentre, l'integrazione orizzontale delle linee è stata effettuata con ± 50 pixel. Nell'ipotesi fatta per questa analisi, questo piccolo cambiamento dell'angolo di incidenza non influenzerà l'analisi di questo lavoro e può quindi essere trascurato. In futuro, questo tipo di esperimenti dovrebbe essere eseguito senza beam-stop e con una raccolta continua di dati per sondare l'angolo di incidenza durante l'esperimento.

La convezione dell'aria al di sopra del film di essiccazione, la pressione relativa e l'umidità relativa sono noti per influenzare il profilo di essiccazione delle pellicole sottili; quindi, per fare un esperimento completamente riproducibile, misurare attentamente questi parametri è una necessità. Il confronto tra le quattro misurazioni di questo documento è valido per il fatto che queste sono state rivestite esattamente nelle stesse condizioni lo stesso giorno.

Per eseguire un esperimento GISAXS roll-to-roll in situ, è necessario soddisfare diversi criteri per garantire un esperimento riuscito. Le differenze nella densità degli elettroni (contrasto) tra i materiali devono essere abbastanza alte da avere un segnale di dispersione. Le linee guida su questo argomento sono state pubblicate J. Als-Nielsen e altri53.

A causa del basso flusso di raggi X di una sorgente di laboratorio rispetto a un sincrotrone, è necessario molto più materiale per eseguire tali esperimenti. Pertanto, non è pienamente applicabile per la scoperta dei materiali, ma servirà come strumento per l'ottimizzazione delle formulazioni di inchiostri rilevanti per gli OPV. Inoltre, a causa del basso flusso, è possibile eseguire esperimenti più grossolani rispetto alla risoluzione temporale degli inchiostri essiccatori. Durante tali esperimenti stiamo sondando 18 metri di strato attivo durante l'essiccazione. Ci aspettiamo piccole variazioni nella morfologia su larga scala durante l'esperimento, e quindi sondiamo la media di 18 metri di pellicola rivestita. Ciò imita le condizioni di una fabbricazione su larga scala. Se si vuole studiare l'disomogeneità entro pochi metri, è necessaria la radiazione di sincrotrone.

Eseguire esposizioni di 3000 secondi non è il design sperimentale ottimale. Un metodo più robusto è quello di eseguire diverse esposizioni più brevi per consentire un bining temporale flessibile dei dati per analizzare le omogeneità su larga scala e sondare l'angolo di incidenza in ogni momento.

Per quanto ne sappiamo, questa è la prima dimostrazione dell'esecuzione di un GISAXS in situ sul rivestimento roll-to-roll di inchiostri per OPV su una sorgente di raggi X di laboratorio, anche se in precedenza abbiamo dimostrato esperimenti simili analizzando il segnale di diffrazione cristallina54,55. Con questa dimostrazione e protocollo, crediamo che sarà più facile applicare ed eseguire esperimenti GISAXS in situ per ricercatori, studenti e ingegneri in via di sviluppo. Ciò può potenzialmente accelerare il campo di ricerca, semplicemente perché è possibile accedere a tali attrezzature quotidianamente. Inoltre, utilizzando un coater roll-to-roll è possibile confrontare le prestazioni delle celle solari con le proprietà strutturali indagate in questo esperimento, 1:1.

Sono necessari miglioramenti della configurazione sperimentale per sfruttare tutti i vantaggi di avere una sorgente di raggi X in house. Oltre ad aumentare il flusso di raggi X utilizzabile per piccole fonti di laboratorio, il primo passo per il miglioramento di questo esperimento è evitare di spargere picchi dall'alluminio che sovrascrivano i dati, come mostrato nella figura 9 (a sinistra). Questo può essere realizzato installando un supporto per substrato assorbente a raggi X in grado di resistere a temperature fino a 150 °C per un corretto riscaldamento. Inoltre, le fessure di protezione poco prima del campione miglioreranno la qualità dei dati. Questa dimostrazione non è di interesse esclusivo per la ricerca nella comunità delle celle solari organiche, ma in qualsiasi campo che sta ricercando o ottimizzando i parametri di rivestimento per le tecnologie a film sottile. La combinazione di questa tecnica con GIWAXS simultaneo, dove vengono sondate le strutture cristalline, aumenterà ulteriormente il numero dei campi scientifici in cui sono applicabili esperimenti a raggi X roll-to-roll in house.

Poiché questi esperimenti roll-to-roll in situ stanno sondando pellicole bagnate, è utile se il solvente non assorbe frazioni troppo grandi del fascio di raggi X illuminato. In generale i sistemi polimerici:PCBM hanno un grande contrasto e combinati con un solvente che non contiene cloro (che è un forte assorbitore di raggi X) garantirà un grande contrasto, quindi un'elevata intensità di dispersione. Per questo esperimento, il contrasto di P3HT:IDTBR è piccolo e combinato con un solvente clorurato l'intensità di dispersione è bassa. Questi materiali non sono ideali per un tale esperimento, ma molto interessanti per le celle solari, motivo per cui questa tecnica deve essere ulteriormente sviluppata per garantire che anche i sistemi a basso contrasto e ad alta assorbanza possano essere sondati. La scelta del modello è il fattore più determinante per eseguire un'analisi comparativa in diversi esperimenti GISAXS. Per l'analisi presentata in questo documento, il quadro di Teubner-Strey è stato applicato per descrivere i quattro set di dati. Il metodo migliore per scegliere un modello è possedere informazioni ab initio sulla forma e le dimensioni del campione esaminato. Questo può essere ottenuto da immagini TEM, simulazioni o immagini al microscopio. Il ragionamento alla base della nostra scelta del modello è indicato nel testo, ma va notato che diversi modelli possono essere scelti per descrivere tali dati GISAXS. Il modello Teubner-Strey è stato originariamente sviluppato per la trasmissione SAXS, ma ha modellato con successo i dati GIWAXS delle celle solari BHJprima delle 51 e ora qui. Ulteriori miglioramenti sono l'adattamento di modelli geometrici astratti noti dalle simulazioni di dinamica molecolare e l'applicazione di DWBA ai dati 2D del modello. I modelli alternativi includono: oggetti geometrici rigorosi con un grado di distribuzione polidispersa delle dimensioni come descritto e applicato in53,dove il DWBA è necessario per modellare i dati 2D, una combinazione di riflettività Fresnel e distribuzioni gaussiane per adattarsi a sistemi ordinati come co-bloccanti polimeri SEGNALI GISAXS56,modelli di perline principalmente per campioni biologici57e geometria frattale58,59.

Disclosures

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Acknowledgments

Gli autori vorrebbero riconoscere i due tecnici che hanno contribuito alla ricostruzione e alla manutenzione dello strumento, Kristian Larsen e Mike Wichmann. Inoltre, gli autori ringraziano Roar R. Søndergaard e Anders Skovbo Gertsen per le discussioni fruttuose. Questo studio è stato sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca (CER) nell'ambito del programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell'Unione europea (sovvenzione consolidatore SEEWHI n. ERC-2015-CoG-681881).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bromoanisole Sigma Aldrich 104-92-7 >99.0 %
Dichlorobenzene Sigma Aldrich 95-59-1 >99.0 %
EH-IDTBR 1-Material BL3144
Eiger X 4M DECTRIS
EQE PV Measurements
Flextrode Infinity PV Custom order 10 mm stripes
JV-Measurements Keithley + JV software 2000E + JV Software
Mini roll to roll coater Custom made Slot die coater on a rotating drum
O-IDTBR 1-Material DW4076P
P3HT 1-Material M1011 RR 97.6 %
PEDOT Sigma Aldrich 155090-83-8
PET Substrate AMCOR FLEXIABLES
Silver ink CCI EUROLAM DuPont 5025 Silver conductor
Syringe Braun Injekt
Syringe pump Syringe pump pro
Tubes Mikrolab Aarhus A/S
X-ray source Rigaku Rotating anode

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Chimica Numero 169 GISAXS in situ celle solari organiche accettore non fullerene rivestimento roll-to-roll Teubner-Strey cinetica essiccante
Incidenza di pascolo in situ Diffusione a raggi X ad angolo ridotto sul rivestimento roll-to-roll di celle solari organiche con strumentazione a raggi X di laboratorio
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Korning Sørensen, M., Espindola … More

Korning Sørensen, M., Espindola Rodriguez, M., Castro, M. F., Nambi, A., Kuhn, L. T., Andreasen, J. W. In situ Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering on Roll-To-Roll Coating of Organic Solar Cells with Laboratory X-ray Instrumentation. J. Vis. Exp. (169), e61374, doi:10.3791/61374 (2021).

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