Name: Metodo ambiente per la produzione di un ionicamente Gated Nanotubi di carbonio catodo comune in celle solari tandem Organic (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-05T15:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 37 s
Description: Scopri come produrre celle solari tandem organiche in condizioni ambiente utilizzando nanotubi di carbonio come catodo comune. Questo metodo elimina i processi di deposizione in alto vuoto, riducendo costi e complessità produttiva.

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Il supporto per questo lavoro è stato fornito dalla sovvenzione DOE STTR DE-SC0003664 sulle celle solari organiche tandem parallele con interstrati di fogli di nanotubi di carbonio e dalla sovvenzione AT-1617 della Welch Foundation. Gli autori ringraziano J. Bykova per aver fornito le foreste CNT e A. R. Howard, K. Meilczarek e J. Velten per l'assistenza tecnica e le utili discussioni.

1. Indium Tin Oxide (ITO) Patterning e pulizia NOTA: Utilizzare 15Ω / □ vetro ITO, e l&#39;acquisto o tagliare il vetro ITO in dimensioni adatte per spin coating e fotolitografia. È più efficiente per eseguire i passaggi 1,1-1,7 su un pezzo di vetro più grande possibile, e poi tagliato in piccoli dispositivi. Si noti inoltre che i passaggi 1,1-1,7 richiedono il vetro ITO essere orientato con l&#39;ITO rivolta verso l&#39;alto. Questo può essere controllato facilmente con livello di resistenza di un multimetro. <ol><li> Cappotto Spin 1 ml di S1813 photoresist positivo sul ITO-lato del vetro ITO ad una velocità di 3.000 rpm per 1 min. Utilizzare più resistere per i più grandi pezzi di vetro, assicurarsi che l&#39;intero vetro è rivestito, ed eliminare eventuali bolle prima di iniziare la verniciatura di spin. </li><li> Ricottura resist vetro rivestito, su una piastra calda, a 115 ° C per 1 min. </li><li> Caricare il campione e la fotomaschera sul allineatore contatto. </li><li> Esporre il photoresist rivestito di vetro ITO per un approtempo dei casi. Il tempo di esposizione è di circa 10 secondi, ma variano questa volta sulla base dell&#39;intensità della lampada UV, tipo di photoresist, e spessore. </li><li> Sviluppare i substrati-UV esposti in Developer MF311. Processo automatico di un processore centrifuga produce migliori e più ripetibili risultati, ma lo sviluppo può essere fatto manualmente come seguito. <ol><li> Immergere il substrato-UV esposto per 1 min nello sviluppatore, seguita da risciacquo in acqua deionizzata (DI) e asciugatura con una pistola azoto. Perché lo sviluppatore perde forza in fretta, sostituire lo sviluppatore tra i campioni, o in alternativa aumentare il tempo di sviluppo in cui il riutilizzo di sviluppo. </li></ol></li><li> Etch i substrati ITO in acido cloridrico concentrato (HCl). Questo richiede tra 5-10 min in funzione della concentrazione di HCl. Sciacquare in acqua deionizzata, asciugare, e verificare la resistività delle parti incise con un multimetro. Se una conducibilità rimane, etch per un tempo più lungo. </li><li> Dopo l&#39;attacco, rimuovere il photoresist con acetone. Si noti che pronta rimozione del photoresist residuo impedisce HCl da over-incisione del ITO fantasia. </li><li> Se necessario, tagliare i incise ITO substrati di vetro in dimensioni del dispositivo. </li><li> Pulire i substrati ITO in un ultrasonicatore bagno in una sequenza di solventi - acqua distillata, acetone, toluene, metanolo, ed infine alcool isopropilico. </li></ol> 2. OPV Fabrication Sub-cell <ol><li> Preparare P3HT: PC 61 soluzione BM. NOTA: Per i risultati più consistenti, preparare le soluzioni in un ambiente di azoto. E &#39;possibile seguire questa procedura in condizioni ambientali. <ol><li> Trova e annotare la massa di due pulita, ~ 4 fiala di vetro ml e il berretto, e segnarli con un pennarello indelebile per distinguerli da un altro. </li><li> In un vano portaoggetti azoto o argon, trasferire circa 10 mg di poli (3-hexylthiophene-2,5-diil) (P3HT) per una fiala e circa 10 mg di fenil-C 61 -butyric acido metil estere (PC 61 BM) all&#39;altro. </li><li> Pesare nuovamente le fiale per trovare la massa del P3HT e PC 61 BM. </li><li> Trasferire i flaconcini con P3HT e PC 61 BM in un vano portaoggetti per il resto del processo di fabbricazione soluzione. </li><li> Aggiungi un ancoretta magnetica in ciascuna provetta e aggiungere abbastanza clorobenzene per ogni per creare 45 mg / ml soluzione. </li><li> Collocare le soluzioni su una piastra calda agitazione magnetica a 55 ° C per circa 2 ore o fino a quando i soluti completa dissoluzione. </li><li> Miscelare volumi uguali della P3HT e PC 61 BM soluzioni insieme, e lasciare che il mescolare soluzione mista per un&#39;altra ora prima dell&#39;uso. </li></ol></li><li> Preparare PTB7: PC 71 soluzione BM. <ol><li> Ripetere i punti da 2.1.1 a 2.1.4 con poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl}) (PTB7) e fenil-7,1-butirrico estere metilico (PC 71 BM) invece di P3HT e PC61 BM. </li><li> Fare una miscela del 3% in volume 1,8-diiodooctane (DIO) in clorobenzene. Questo mix si chiama DIO-CB. </li><li> Aggiungere una ancoretta magnetica in ciascuna provetta e aggiungere abbastanza DIO-CB nella fiala PTB7 avere una soluzione 12 mg / ml e abbastanza DIO-CB al PC 71 BM flaconcino di avere un / ml soluzione 40 mg. </li><li> Lasciate che queste soluzioni muovono su una piastra riscaldante a 70 ° C per due giorni. </li><li> Mescolare le soluzioni in rapporto in peso di PTB7 a PC 71 BM di 1 a 1,5. </li><li> Lasciare agitare soluzione mista per un&#39;altra ora a 70 ° C prima dell&#39;uso. </li></ol></li><li> Poli del filtro (3,4-ethylenedioxythiophene): poli (styrenesulfonate) (PEDOT: PSS) attraverso un filtro dimensioni di nylon 0,45 micron pori. Nota: questa procedura utilizza P VP AI4083. </li><li> Spin Coat strati attivi. <ol><li> Inserite il substrato ITO puliti, ITO rivolta verso l&#39;alto, in un pulitore UV-Ozono per 5 min. </li><li> Spin-coat 120 ml di PEDOT filtrato: PSS sul UV-ozono trattati, fantasia ITO- substrato di vetros a 3.000 rpm per 1 min. Questo dovrebbe produrre uno strato spesso 30 nm. </li><li> Ricottura il PEDOT: substrati ITO PSS rivestiti per 5 minuti a 180 ° C. </li><li> Spin-coat 70 ml di P3HT misto: PC 61 BM soluzione su PEDOT: PSS rivestito ITO substrati a circa 1000 rpm per 1 min. Variare la velocità come necessario per depositare uno strato attivo di spessore 200 nm. </li><li> Ricottura il P3HT: substrati PC 61 BM rivestito a 170 ° C per 5 min. I risultati possono variare dalla temperatura di ricottura ottimale. </li><li> Spin-coat 70 ml di PTB7 misto: PC 71 BM soluzione su PEDOT: PSS rivestito ITO substrati a circa 700 rpm per 1 min. Variare la velocità come necessario per depositare uno strato attivo di spessore 100 nm. </li><li> Caricare il PTB7: PC 71 BM substrati rivestiti in alto vuoto (&lt;2 x 10 -6 Torr) camera per rimuovere DIO residuo. In genere, lasciare i campioni nella camera di O / N. </li></ol></li></ol> 3. Realizzare il dispositivo Tandem &lt;ol&gt; <li> Elettrodi in laminato CNT. <ol><li> Tagliare i substrati PTB7 e P3HT a metà per creare un dispositivo in tandem. Un modello ITO specializzata non richiederebbe questo passaggio. Il modello ITO dovrebbe avere almeno due parallele ITO Elettrodi estende da un bordo ad un mm dalla altra. </li><li> Innanzitutto preparare il PTB7 e substrati rivestiti P3HT pulendo via polimero e PEDOT dai bordi del vetro, ed esporre la striscia ITO che verrà utilizzato come elettrodo comune come visto nel primo pannello di figura 1. </li><li> Laminato l&#39;elettrodo comune CNT sulla parte superiore degli elettrodi PTB7 e P3HT. Applicare un film SWCNT posizionando il lato CNT della carta da filtro sul dispositivo, premendo leggermente, quindi peeling la carta da filtro di distanza. Ciò è mostrato nel secondo pannello di figura 1. </li><li> Densificare l&#39;elettrodo CNT sulla superficie applicando metossi-nonafluorobutane (C 4 F 9 OCH 3) (HFE) e rivestendo CNT con una piccola amount del liquido e poi lasciare asciugare le superfici. </li><li> Eliminare il polimero e CNT sopra l&#39;ITO e vetro che avrà l&#39;elettrodo di gate, come mostrato nel terzo pannello di figura 1. Rimuovere tutto il polimero dal vetro per evitare perdite cancello con una lama di rasoio. </li><li> Laminato l&#39;elettrodo di gate CNT sulla zona pulita dei substrati PTB7 e P3HT rivestiti. Laminato la MWCNT tirando dal bordo della foresta MWCNT con una lametta e lasciare che il foglio di stare liberamente tra alcuni tubi capillari. Passare il dispositivo attraverso il foglio indipendente di laminare il CNT sul dispositivo. L&#39;elettrodo di gate deve avere 2-3 volte il numero di strati di cui sull&#39;elettrodo comune. </li><li> Densificare l&#39;elettrodo di gate con HFE. </li></ol></li><li> Inserite una piccola goccia (≈10 ml) di liquido ionico, N, N -Diethyl- N -methyl- N - (2-metossietil) tetrafluoroborato ammonio, DEME BF-4, in cima a entrambi i CNT elettrodi di unadei substrati. </li><li> Posizionare con cura il substrato senza liquido ionico sulla parte superiore del substrato con liquido ionico con gli elettrodi comuni e porta uno sopra l&#39;altro,. Questo è mostrato in ultimo pannello di figura 1. </li><li> Inserire un fotomaschera con una dimensione di apertura inferiore alla dimensione elettrodo sopra l&#39;area attiva. Utilizzare piccole clip per tenere la fotomaschera in posizione e tenere il dispositivo insieme durante il test. </li></ol> 4. Misurare il dispositivo <ol><li> Trasferire il dispositivo nel vano portaoggetti di misura. </li><li> Effettuare i collegamenti elettrici. <ol><li> Collegare la tensione di gate di alimentazione tra l&#39;elettrodo comune e l&#39;elettrodo di gate con il comune terreno. </li><li> Collegare i due anodi ITO ai fili che sono collegati ad un interruttore che permette la selezione di uno o di entrambi gli anodi anodo. </li><li> Collegare l&#39;uscita del sensore all&#39;ingresso dell&#39;unità di misura di origine. </li><li> Collegare la massa dei meas di origineUnità ure all&#39;elettrodo comune. </li></ol></li><li> Misurare le caratteristiche del dispositivo IV ripetendo le seguenti operazioni per ascendente V Gate. <ol><li> Impostare V Cancello al valore successivo, a partire dal V Porta = 0 V a V gate = 2 V con incrementi di 0,25 V. </li><li> Attendere 5 minuti o fino a quando la corrente di gate è stabilizzata. Idealmente, la corrente di gate dovrebbe stabilizzarsi intorno 10s di nanoampere. </li><li> Impostare l&#39;interruttore di entrambe le sotto-cellule. </li><li> Aprire l&#39;otturatore della lampada. </li><li> Eseguire una scansione di tensione sull&#39;unità misura fonte da volt -1 a +1 volt a circa 100 incrementi o più. </li><li> Eseguire una scansione di tensione da +1 a -1 volt volt. </li><li> Chiudere l&#39;otturatore della lampada. </li><li> Eseguire di nuovo le spazzate di tensione. </li><li> Impostare l&#39;interruttore al sub-cellulare di fronte. </li><li> Ripetere i passaggi da 4.3.4 a 4.3.8. </li><li> Impostare l&#39;interruttore al sub-cellulare di nuovo. </li><li> Ripetere i passaggi da 4.3.4 a 4.3.8. </li></ol></li><li> Calcolare i parametri del dispositivo. &lt;ol&gt; <li> Trova la corrente di corto circuito (J SC) di ogni sub-cellulare a ciascun V gate trovando la corrente prodotta dal dispositivo quando la tensione ai capi del sub-cellula è 0 V. </li><li> Trova la tensione a circuito aperto (V OC) di ogni sub-cellulare a ciascun V gate trovando la tensione prodotta dal dispositivo quando la corrente attraverso il sub-cellula è 0 A. </li><li> Trova la potenza massima della cella solare moltiplicando ogni valore di tensione con ciascun valore di corrente e selezionando il valore massimo (più negativo). Ciò presuppone che si misura Corrente negativo fotografico generati. </li><li> Trova l&#39;efficienza di conversione di potenza (η) dividendo la potenza massima per la potenza della luce di ingresso. </li><li> Trova il fattore di riempimento (FF) dividendo la potenza massima dal prodotto di J SC e V OC. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

I risultati evidenziano alcune considerazioni durante la progettazione di celle solari tandem parallelo. In particolare, se una delle sotto-cellule ha un rendimento scarso, le prestazioni in tandem influenzato negativamente. I risultati mostrano che ci sono due effetti principali. Se un sub-cellulare è in corto, ad esempio, mostra un comportamento ohmico, la FF T non sarà superiore al FF del sub-cellulare male. J T SC e V T OC saranno interessati in modo si...

Semiconduttori polimerici sono i principali fotovoltaico organico (OPV) materiali a causa di elevato assorbimento, buone proprietà di trasporto, flessibilità e compatibilità con i substrati sensibili alla temperatura. Dispositivi OPV efficienza di conversione di potenza, η, hanno saltato in modo significativo negli ultimi anni, con l&#39;efficienza delle celle singole più in alto del 9,1% 1, che li rende una tecnologia energetica sempre più valida. Nonostante i miglioramenti nella η, i sottili spessori ottimali attivi dei dispositivi limitano l&#39;assorbimento della luce e impediscono la fabbricazione affidabile. Inoltre, la larghezza spettrale di assorbimento della luce di ciascun polimero è limitato rispetto ai materiali inorganici. Abbinamento polimeri di diversa sensibilità spettrale scavalca queste difficoltà, rendendo architetture tandem 2 una innovazione necessaria. Dispositivi tandem della serie sono l&#39;architettura più comune tandem. In questo disegno, un materiale di trasporto degli elettronial, uno strato metallico ricombinazione opzionale, e un livello di trasporto buco collegano due strati fotoattivi indipendenti dette sotto-cellule. Collegamento sub-celle in configurazione serie aumenta la tensione a circuito aperto del dispositivo combinato. Alcuni gruppi hanno avuto successo con livelli di trasporto degenerately drogati 3 - 5, ma più gruppi hanno usato le particelle di oro o argento per favorire la ricombinazione di buche ed elettroni l&#39;intercalare 6,7. Al contrario, tandem paralleli richiedono un elettrodo ad alta conducibilità, sia l&#39;anodo o il catodo, che unisce i due strati attivi. Lo strato intermedio deve essere altamente trasparente, che limita interstrati tandem serie contenenti particelle metalliche, e ancor più per le interstrati tandem parallele composte di sottili elettrodi metallici continui. I nanotubi di carbonio (CNT) fogli mostrano maggiore trasparenza di strati metallici. Così l&#39;Istituto NanoTech, in collaborazione con l&#39;Università di Shimane, ha introduced il concetto di utilizzare come elettrodo intercalare nella monolitici, dispositivi tandem parallele 8. I precedenti tentativi presenti monolitici, tandem, dispositivi OPV paralleli con fogli CNT che fungono da anodi intercalare 8,9. Questi metodi richiedono una particolare attenzione per evitare corto circuito di una o entrambe le cellule o strati precedenti dannosi al momento del deposito strati successivi. Il nuovo metodo descritto in questo documento facilita fabbricazione ponendo l&#39;elettrodo CNT sopra i polimerici strati attivi di due singole cellule, poi laminando insieme i due dispositivi separati come mostrato in Figura 1. Questo metodo è notevole come dispositivo, inclusi un&#39;aria -stable CNT catodo, può essere realizzata esclusivamente in condizioni ambientali impiegando solo lavorazione a secco e soluzione. Fogli CNT non sono intrinsecamente buoni catodi, in quanto richiedono drogaggio di tipo n per diminuire la funzione lavoro per raccogliere gli elettroni dalla regione fotoattivodi una cella solare 10. Doppio strato elettrico carica in un elettrolita, come un liquido ionico, può essere utilizzato per spostare la funzione di lavoro del CNT elettrodi 11 - 14. Come descritto in un articolo precedente 15 e illustrato nella Figura 2, quando la tensione di gate (gate V) è aumenta, la funzione lavoro dell&#39;elettrodo comune CNT viene diminuita, creando asimmetria dell&#39;elettrodo. Questo impedisce la raccolta foro dal donatore OPV a favore della raccolta di elettroni da accettore del OPV, ei dispositivi accende, passando da fotoresistenza inefficiente in fotodiodo 15 comportamento. Va inoltre notato che l&#39;energia utilizzata per caricare il dispositivo e il potere perso a causa di correnti di dispersione cancello è banale rispetto alla potenza generata dalla cella solare 15. Gating ionico di elettrodi CNT ha un grande effetto sulla funzione lavoro a causa della bassa densità di stati e l&#39;altosuperficie in rapporto al volume di elettrodi CNT. Metodi simili sono stati utilizzati per migliorare una barriera Schottky all&#39;interfaccia di CNT con n-Si 16.

<table><tbody><tr><td>Poli(3,4-etilendiossitiofene):p oly-(stirenesulfonato)</td><td>Heraeus</td><td>Clevios PVP AI 4083</td><td></td></tr><tr><td>poli(3-esiltiofene-2,5-diil)&nbsp;</td><td>Rieke Metals&nbsp; Inc.</td><td>P3HT:&nbsp; P200</td><td></td></tr><tr><td>fenil-C61-butirrico&nbsp; acido metil&nbsp; estere</td><td>1- Materiale</td><td>PC61BM</td><td></td></tr><tr><td>Poli({4,8-bis[(2-etilesil)ossi]benzo[1,2-b:4,5-b&prime;]ditiofene-2,6-diil}{3-fluoro-2-[(2-etilesil)carbonil]tieno[3,4-b]tiofenediil})&nbsp;</td><td>1- Materiale</td><td>PTB7</td><td></td></tr><tr><td>fenil-C61-butirrico estere metile</td><td>Solenne</td><td>PC71BM</td><td></td></tr><tr><td>1,8-diiodoottano</td><td>Sigma Aldrich</td><td>250295</td><td></td></tr><tr><td>clorobenzene</td><td>Sigma Aldrich</td><td>284513</td><td></td></tr><tr><td>Indio Ossido di stagno Vetro rivestito 15 Ohm/SQ</td><td>Lumtec</td><td></td><td></td></tr><tr><td>S1813</td><td>UTD Camera bianca</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MF311</td><td>UTD Camera</td><td></td><td></td>bianca</tr><tr><td>HCl</td><td>UTD Camera bianca</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Fisher Scientific</td><td>A18-20</td><td></td></tr><tr><td>Toluene</td><td>Fisher Scientific</td><td>T323-20</td><td></td></tr><tr><td>Metanolo</td><td>BDH</td><td>BDH1135-19L</td><td></td></tr><tr><td>Isopropanolo</td><td>Fisher Scientific</td><td>A416-20</td><td></td></tr><tr><td>CEE Spincoater</td><td>Brewer Scientific</td><td></td><td>http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/tools/CEESpinCoater.htm</td></tr><tr><td>Stampante a contatto</td><td>Quintel</td><td>Q4000-6</td><td>http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/QuintelPrinter.htm</td></tr><tr><td>CPK Spin Processor</td><td></td><td></td><td>http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/tools/CPKsolvent.htm</td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>Laurell</td><td>WS-400-6NPP/LITE</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">[header]</td></tr><tr><td>Glove Box</td><td>M-Braun</td><td>Lab Master 130</td><td></td></tr><tr><td>Solar Simulator</td><td>Thermo Oriel/Newport</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Keithley 2400 SMU</td><td>Keithley/Techtronix</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>Keithley 7002 Multiplexer</td><td>Keithley/Techtronix</td><td>7002</td><td></td></tr><tr><td>Pulitore ad ultrasuoni</td><td>Kendal</td><td>HB-S-49HDT</td><td></td></tr><tr><td>Micropipetta</td><td>Eppendorf</td><td>200 &micro; </td><td></td>l</tr></tbody></table>

metodo ambiente per la produzione di un ionicamente gated nanotubi di carbonio catodo comune in celle solari tandem organic

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

Viene presentato un metodo per fabbricare tandem fotovoltaici organici (OPV) che non richiede alcun trattamento sotto vuoto. Questi dispositivi sono costituiti da due celle polimeriche processate in soluzione collegate in parallelo da uno strato intermedio di nanotubi di carbonio (CNT) trasparente. Questa struttura include miglioramenti nelle tecniche di fabbricazione per dispositivi OPV tandem. In primo luogo, viene considerata la necessità di catodi trattati a temperatura ambiente. L'anodo CNT nel dispositivo tandem è sintonizzato tramite gating ionico per diventare un catodo comune. Il gating ionico impiega una carica elettrica a doppio strato per ridurre la funzione di lavoro dell'elettrodo CNT. In secondo luogo, viene affrontata la difficoltà di impilare in sequenza gli strati tandem mediante l'elaborazione in soluzione. I dispositivi sono fabbricati tramite soluzione e laminazione a secco in condizioni ambientali con fasi di lavorazione parallele. Vengono descritti il metodo di fabbricazione delle singole celle polimeriche, i passaggi necessari per laminarle insieme a un comune catodo CNT e quindi fornire alcuni risultati rappresentativi. Questi risultati dimostrano il gating ionico dell'elettrodo CNT per creare un catodo comune e l'aggiunta di corrente ed efficienza come risultato della procedura di laminazione.

Un dispositivo in tandem formato da polimeri, in particolare polimeri di significativamente differenti band gap, diversa è di interesse pratico in quanto questi dispositivi possono assorbire la più vasta gamma spettrale della luce. In questa struttura di dispositivo, il sub-cellulare PTB7 è la cella posteriore e P3HT è il sub-cellulare anteriore. Questo ha lo scopo di assorbire la maggior quantità di luce come sub-cellulare P3HT è in gran parte trasparente alla luce lunghezza d&#39;onda assorbita dalla sub-cellulare PTB...

Viene presentato un metodo per fabbricare, in condizioni ambientali, dispositivi tandem fotovoltaici organici in configurazione parallela. Questi dispositivi sono dotati di un catodo comune di nanotubi di carbonio semitrasparente, trattato ad aria.

Metodo ambiente per la produzione di un ionicamente Gated Nanotubi di carbonio catodo comune in celle solari tandem Organic

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

L'obiettivo generale del seguente esperimento è dimostrare che una cella solare tandem può essere realizzata interamente in ambiente atmosferico, senza l'impiego di processi di deposizione in alto vuoto. Questo risultato si ottiene fabbricando due celle fotovoltaiche organiche, come secondo passaggio, su due substrati di vetro stampati con ossido di indio e stagno separati; successivamente, elettrodi comuni in nanotubi di carbonio e in GA vengono laminati sulla superficie dei dispositivi. Il gate permetterà di controllare la funzione lavoro dell'elettrodo comune, che fungerà da catodo per le due celle fotovoltaiche organiche. Successivamente, posizionare il liquido ionico sopra gli elettrodi in nanotubi di carbonio e premere i due insieme, formando un elettrodo comune in nanotubi di carbonio impregnato di liquido ionico. I risultati mostrano che gli elettrodi in nanotubi di carbonio possono essere convertiti in modo efficiente in catodi mediante carica, e può essere osservata una prestazione di celle solari tandem in parallelo sul dispositivo, basata sulle misurazioni delle caratteristiche corrente-tensione del dispositivo sotto illuminazione. Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ai processi esistenti, come la lavorazione in vuoto, è che possiamo eseguirla in condizioni ambiente.Questo consente di risparmiare denaro ed è anche più efficiente dal punto di vista energetico. Inoltre, possiamo farlo molto più facilmente, perché in un processo normale si impilano gli strati uno sopra l'altro, mentre noi realizziamo alcuni strati e poi laminiamo l'intera struttura insieme. Questo è molto più semplice.Quindi, sebbene questo metodo possa fornirci informazioni sui fotovoltaici organici, può essere applicato anche ad altri sistemi. Esempi includono transistor a effetto di campo, diodi a emissione luminosa e combinazioni di dispositivi come porte logiche e celle solari organiche con accumulo integrato di energia. La dimostrazione visiva della laminazione di nanotubi di carbonio è importante perché i nanotubi sono leggeri, resistenti e possono risultare difficili da manipolare efficacemente. Questo video inizia con la fabbricazione della cella solare tandem.Prima di questo passaggio, strati attivi fotovoltaici sono stati depositati su substrati di ossido di indio e stagno o ITO. Ci sono due substrati, entrambi realizzati in vetro con elettrodi ITO stampati. Ogni substrato presenta due elettrodi paralleli di ossido di indio e stagno che si estendono da un bordo fino a raggiungere almeno un millimetro dall'altro bordo.Ogni substrato è inoltre ricoperto con 30 nanometri di pdot. PSS; un substrato presenta uno strato spesso 200 nanometri composto da una miscela uno a uno di P 3 HT e PC 61 bm, l'altro ha uno strato spesso 100 nanometri composto da una miscela due a tre di PTB 7 e PC 71 bm.I passaggi successivi saranno identici per tutti i campioni. Il video si concentrerà su uno solo di essi: prendere un panno per ambienti puliti e inumidirlo con una piccola quantità di toluene. Utilizzarlo per rimuovere gli strati polimerici ed esporre i bordi del substrato e la striscia di ossido di indio e stagno che fungerà da elettrodo comune nel dispositivo.Attenzione a non esporre le parti dell'altro elettrodo ITO, che verrà utilizzato in un passaggio successivo. Il passaggio successivo consiste nel laminare l'elettrodo comune in nanotubi di carbonio. Un lato di questa carta da filtro contiene nanotubi di carbonio a parete singola creati mediante un processo di deposizione chimica da vapore con catalizzatore sospeso.Posizionare il lato del foglio filtrante con i nanotubi sopra lo strato attivo del substrato in modo che colleghi lo strato all'elettrodo ITO che verrà utilizzato come elettrodo comune. Applicare delicatamente pressione sul foglio filtrante per trasferire i nanotubi di carbonio. Successivamente, sollevare il foglio filtrante per lasciare i nanotubi di carbonio sul substrato.Per migliorare l'adesione dell'elettrodo in nanotubi di carbonio, utilizzare l'etere idrofluorato metossi, non fluorobutano con una pipetta. Aspirare un po' di HFE per posizionarlo sui campioni. Depositare l'HFE sulla sommità dei nanotubi di carbonio.Lasciare evaporare l'HFE prima di procedere. Dopo che i substrati si sono asciugati, identificare la regione in cui sarà presente l'elettrodo per la deambulazione. Utilizzare un panno inumidito con toluene per rimuovere qualsiasi polimero e nanotubi di carbonio presenti in quella regione.Successivamente, utilizzare una lametta per rimuovere qualsiasi polimero residuo nella zona. Per prevenire perdite del gate, eliminare ogni residuo di polimero con una pistola a azoto e utilizzare un multimetro per verificare che gli elettrodi siano isolati prima di proseguire. A questo punto, prepararsi a laminare nanotubi di carbonio sulla zona pulita per creare l'elettrodo di gate.Questo wafer di silicio contiene una foresta di nanotubi di carbonio a pareti multiple altamente allineati, realizzati mediante un processo di deposizione chimica da vapore. Montare il wafer vicino al bordo di una piattaforma rialzata, in modo che sia ad esso adiacente e allo stesso livello. Due tubi capillari paralleli devono sporgere.Un substrato mostrato qui in un supporto dovrebbe essere in grado di adattarsi tra di essi. Per iniziare la laminazione dei nanotubi, premere una lametta sul bordo della foresta e tirare lateralmente lontano dalla foresta, parallelamente alla wafer e verso i tubi. Si autoassembla un foglio autosostenuto.Dopo aver iniziato a stendere il foglio, utilizzare un capillare per continuare a tirarlo sopra i tubi sporgenti. Successivamente, posizionare il dispositivo tenuto con pinzette per wafer in modo da esporre la zona pulita al foglio. Trasferire il foglio, sostenuto tra i tubi, sulla zona pulita del dispositivo facendo passare il dispositivo attraverso il foglio.Utilizzare un tubo capillare per prelevare un ulteriore strato, quindi aggiungere un altro strato. Ripetere il processo fino a quando non sono stati applicati cinque strati di nanotubi di carbonio a pareti multiple. Dopo la laminazione, utilizzare una pipetta per prelevare circa 100 microlitri di HFE, depositare delle gocce di HFE sull'elettrodo della camminata e lasciare asciugare.Dopo che ai substrati P three HT e PTB seven sono stati aggiunti gli elettrodi, il passo successivo consiste nell'introdurre il liquido ionico. In questo video, deme tetra fluoro bore.Ecco il substrato P three HT a sinistra e il substrato PTB seven a destra, disposti in modo da essere speculari l'uno all'altro. Selezionare un elettrodo con cui lavorare e utilizzare un pezzo di tubo capillare per posizionare diverse gocce di liquido sulla parte superiore dell'elettrodo comune.Circa 10 microlitri in totale. Eseguire la stessa operazione con l'elettrodo per la deambulazione. Procedere prelevando il substrato senza il liquido ionico e allineandolo all'altro.Orientare i substrati in modo che entrambi gli elettrodi comuni e entrambi gli elettrodi di gate siano allineati e rivolti l'uno verso l'altro. Quindi posizionare il substrato senza il liquido ionico sopra l'altro. Aggiungere una maschera fotolitografica sull'area attiva del P3HT con un'apertura più piccola rispetto alla dimensione dell'elettrodo.Utilizzare piccole clip per tenere unito il dispositivo e fissare la maschera fotografica in posizione per i passaggi successivi. Il dispositivo è stato trasferito in una camera stagna per misure dotata di un simulatore solare. La camera stagna ha un'atmosfera di azoto che aiuta a prevenire il degrado dovuto all'esposizione all'aria.Durante il test, posizionare la cella in serie sotto il simulatore solare. Orientare il dispositivo in modo che la cella in P3HT e la maschera fotografica siano rivolte verso l'uscita del simulatore solare. Iniziare a effettuare i collegamenti elettrici necessari all'alimentatore del gate, all'unità di misura di sorgente e al multiplexer.Per prima cosa, collegare l'alimentatore di gate tra l'elettrodo comune e l'elettrodo di gate, utilizzando il comune come massa. Successivamente, collegare le due anodi ITO a un multiplexer per permettere la selezione dell'anodo della cella frontale in P3HT, della cella posteriore in PTB7 o di entrambe. L'uscita del dispositivo viene inserita nell'unità di misura della corrente di source.Infine, collegare la massa dell'unità di misura alla massa comune. Per la configurazione tandem, la configurazione della cella frontale e quella della cella posteriore misurano le caratteristiche corrente-tensione (IV) del dispositivo. In questo esperimento, le misurazioni sono automatizzate.Per selezionare la sottocella da misurare, attivare e disattivare lo scatto della lampada ed eseguire le scansioni IV. La tensione di gate viene variata manualmente tra zero e due volt. Dopo aver selezionato una tensione di gate e aver atteso che la corrente di gate si stabilizzi nell'intervallo di alcune decine di nanoampere, iniziare le misurazioni selezionando una sottocella ed eseguendo le scansioni IV alla luce, da meno uno a un volt.Eseguire la stessa scansione con la lampada del simulatore solare spenta. Ogni scansione richiede circa 15 secondi. Ogni sottocella e la combinazione in parallelo delle due devono essere misurate a ogni tensione di gate.Procedere aumentando la tensione di gate al valore successivo ed eseguendo le sei coppie di scansioni fino a esplorare l'intero intervallo di tensione di gate. Di seguito sono riportate le curve IV misurate per la cella in serie utilizzando due diverse tensioni di gate. Le curve nere corrispondono a una tensione di gate di 1.5 volt, mentre le curve rosse a una tensione di gate di 2.25 volt.I cerchi rappresentano dati raccolti utilizzando entrambe le celle in tandem, mentre i quadrati sono associati all'uso della cella frontale. I triangoli indicano la cella posteriore PTB7. Le curve altamente lineari per la cella frontale e le celle in tandem a 1,5 volt suggeriscono che la sottocella a base di P3HT funge da derivazione nel suo stato spento.Al contrario, la cellula posteriore PTB sette dimostra caratteristiche DDE a 1,5 volt e 2,25 volt. Laddove le prestazioni risultano degradate, i dati possono essere utilizzati per estrarre i parametri della cellula solare in funzione della tensione di gate. Di seguito sono riportati la tensione a circuito aperto, la corrente di corto circuito, il fattore di riempimento e l'efficienza di conversione della potenza.Le curve nere si riferiscono alle celle in tandem, quelle blu al pannello anteriore, le celle a base di P3HT, e quelle rosse al pannello posteriore, celle a base di PTB7, con particolare attenzione alla tensione di circuito aperto.Le curve rosse mostrano la cella PTB sette accesa a 0,5 volt. La cella raggiunge un picco a 1,5 volt. Le curve blu mostrano la cella P3HT che inizia ad accendersi intorno a un volt.Si attiva completamente sopra i due volt. Durante l'esecuzione di questa procedura, è necessario misurare la resistenza di tutti i contatti per assicurarsi che non si verifichino cortocircuiti, in particolare sui contatti comuni dei nanotubi di carbonio e sugli elettrodi di passo. In conclusione a tutto il lavoro accurato che è stato descritto così elegantemente dai miei colleghi più giovani, i quali hanno effettivamente condotto tutti questi splendidi esperimenti, desidero sottolineare che questo metodo di realizzazione di dispositivi monolitici composti da parti solide e liquide, semplicemente costruendo componenti su ciascun pezzo di vetro, aggiungendo uno strato molto sottile di liquido e ponendo un altro vetro a contatto sulla sommità, rappresenta una progettazione nuova e molto interessante. Questa tecnica permetterà non soltanto di realizzare dispositivi più complessi senza ricorrere al vuoto o all'impilamento di molti, molti, molti strati, ma apre anche la strada alla comprensione della fisica alla base del funzionamento degli strati organici.E inoltre ciò permetterà di ottimizzare le prestazioni del foto-tag organico in futuro. Dopo aver visto questo video, dovresti essere in grado di utilizzare nanotubi di carbonio per realizzare un'anodo sulla sommità di un dispositivo organico. Successivamente, dovresti essere in grado di realizzare un dispositivo tandem partendo dai due dispositivi fabbricati separatamente.E infine, è possibile utilizzare liquidi ionici per trasformare quell'anodo in un catodo. Non dimenticare che lavorare con nanotubi di carbonio e solventi alogenati è estremamente pericoloso. Pertanto, è sempre necessario adottare precauzioni come lavorare all'interno di box con guanti e utilizzare dispositivi di protezione individuale durante l'esecuzione di questa procedura.

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