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方法論記事

有機光電子デバイスの 3 D プリントされたチャンバー分解試験

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DOI:

10.3791/56925

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2018年8月10日

 ,  ,  , 
1Department of Engineering Physics, McMaster University, 2Department of Physics, Engineering Physics and Astronomy, Queen's University

この記事について

サマリー

ここでは、設計、製造、および区域の使用、シンプルで汎用性の高い 3 D プリントと制御大気空気に敏感な有機光電子デバイスの光学・電気特性のためのプロトコルを提案する.

要約

本稿では、我々 の概要の小型、ポータブル、使いやすい大気チャンバーの製造有機と 3 D 印刷を用いたペロブスカイト型光電子デバイス。これらの種類のデバイスが水分や酸素に敏感なこのような商工会議所は電子状態と安定性の特性を特徴付けることの研究者を助けることができます。商工会議所は、一時的な再利用可能な安定した環境と制御対象プロパティ (湿度、ガス導入、温度など) で使用するものです。それは、空気に敏感な材料を保護するためにまたは汚染物質に分解研究を制御された方法でそれらを公開する使用ことができます。チャンバーの特性を特徴付ける、水蒸気透過率 (簡便な) 相対湿度標準湿度センサーによって測定されるを使用してを決定するための簡単な手順の概要を説明します。この標準操作手順、ポリ乳酸 (PLA) の 50% の面材密度を使用してデバイスのプロパティの重要な損失なし週間使用できるチャンバーで起因します。商工会議所の使いやすさと汎用性小型制御雰囲気を必要とする任意の抽出条件に適応することができます。

概要

有機、ペロフスカイトの光・電子デバイス、太陽電池、発光ダイオード π 共役半導体有機分子および有機態金属ハロゲン化物に基づいては、急速に成長分野の研究です。有機発光ダイオード (Oled) 照明の主要な技術要素になっているし、1が表示されます、有機薄膜太陽電池は、アモルファスシリコン2と競争させる効率を達成するために始めています。ペロブスカイト型用光吸収と発光のアプリケーション3,の4、5の最近の急速な進歩は、低コストで簡単に処理されたデバイスが普及をすぐに見つけることが示唆しています。展開。ただし、すべてのこれらの技術は大気汚染物質、特に水分と酸素は、その効果的な有効期間6,7,8,9を制限する感度から苦しみます。

研究者はこのようなシステムを勉強して、そのような敏感な材料を保護する、または制御する方法10,11中の汚染物質にそれらを公開する適応、簡単に使用できる、ポータブル、および再利用可能な室を持ってことができます。空気に敏感なデバイスの評価に、グローブ ボックスを使用することは、これらの大規模な高価なと場所が固定で、不活性環境が要求されるかもしれない特性の広い範囲と互換性のあるできないがあります。ポータブルの代替、リースらを提供するために10は、有機デバイスの電気光学特性に適した標準的な真空フランジの小形金属チャンバーがあると提案。我々 はそれにより安くより汎用性を使用して商工会議所のコンポーネントを生成する 3 D 印刷このデザインを適応しています。3 D 印刷ではなく、加工、使用する基本設計の有用性を維持しながらサンプルや環境の変化に迅速に低コスト調整のため。この貢献は、そのような部屋を作るための手順の概要を有機半導体デバイスの電流-電圧特性を抽出するための。

有機の良いカプセル化ペロブスカイト型デバイス必要があります 10-3 - 10-6 g/m2の WVTRs と日長期デバイス安定性12,13、有機デバイスに小さな水の浸入を確実に非常にでも過酷な条件。この部屋は、目的ではなく、長期的なストレージまたはカプセル化メソッドをテストするための制御された環境に設計されて、効果的な商工会議所の要件が厳格ありません。商工会議所は、評価実験を行うための合理的な期間内でデバイスのプロパティを維持できる必要があります。PLA による標準オペレーティング手順の結果数日間あるいは使用ことができる商工会議所法人気流、デバイス プロパティの重要な損失なしで数週間。

材料の変更または形状とチャンバー本体のサイズも大幅にチャンバーへの空気からの汚染物質の浸透を影響ことができます。したがって、水分、酸素の侵入は、商工会議所の有効性を判断する各設計を注意深く監視する必要があります。我々 は、さらにチャンバーの作製アウトラインする市販の湿度センサーを使用して実験室の使用のための時間枠を確立する室の簡便なを決定するための簡単な手順。

このようなシンプルで汎用性の高いチャンバーは実行する実験の複数の種類のことができます。彼らは、グローブ ボックス、電気フィードスルー ポートとウィンドウを介して電気的および光学的評価に適した外不活性雰囲気環境として動作できます。その移植性ラウンドロビン テスト信頼性14のために有用である、彼らは製造された、実験室の外の標準電気特性評価装置で使用されるまたはデバイスの認定測定を取得することができます。パフォーマンス15。これらの部屋はまた制御劣化テスト、簡単な修正で汚染物質の導入の効果を研究するため特に便利です。3 D プリンターの使用するデバイスのレイアウト、サイズを変更する、または要件をテストする重要な迅速な適応性。

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プロトコル

1. 3 D 印刷室部品

注: プリンターの準備、「スライサー」ソフトウェアの設定、印刷パラメーター材料表で指定したプリンターに固有だった。それぞれ準備の手順および最適なパラメーターの独自のセットを持つ 3 D プリンターの広い配列があります。印刷用使用ポリマー フィラメントの可能な色の広い配列もあります。それは各部分に同じプラスチックを使用する必要はありません。

  1. 目的室構成に基づいて対応する .stl ファイルを選択します。
    注: これらの構成の詳細については図 1、1 つの完全な室形状の分解ビューと一緒に。
  2. .Stl ファイルをプリンターになります .gcode ファイルに変換するスライスのソフトウェアを設定します。
    1. 材料の表に記載されているスライスのソフトウェアをダウンロードします。
    2. 他に移動して使用のプリンターを選択し、使用でプリンターを見つけます。
    3. 設定に移動 >プリンター >プリンターの管理>マシンの設定図 2に示すように、設定を変更します。
  3. .Stl ファイルをユーザー希望のパラメーター スライスのソフトウェアにある .gcode ファイルに変換します。
  4. 変換された .gcode ファイルを SD カードに保存、3 D プリンターに挿入します。
  5. 使用する 3 D プリンターを準備します。
    1. 青いマスキング テープで印刷のベッドをカバーします。空気の泡、裂け目がないを確認またはクレジット カードの種類を実行することによって凹凸が表面上オブジェクトします。
    2. 必要に応じてプリンター ベッドをレベルします。このメソッドは、プリンターごとに異なり、研究することができます。
  6. 3 D プリンターの画面でSD カードからの印刷に移動し、目的のファイルを選択します。
    メモ: プリンターは、最初は、そのベッドとノズルの熱と、印刷が開始されます。
  7. 1.3-1.6 印刷するパートごとに手順を繰り返します。

figure-protocol-1
図 1: 試験室の分解ビューを構成テーブル。(、) この表 .stl ファイルのさまざまな室内構成。行を印刷する各商工会議所の部分でのバリエーションの 3 D レンダリングされた回路図に示します。列は表示単室を完了に必要な部品です。下部室あるいはガスのポートは、両方ではなく下部室商工会議所を持つことに注意してください。(b) このパネルは 4 ピクセル IV のテスト構成の印刷室の展開 CAD 図を示しています。O リング、有機デバイス、および KF50 を中心に、ガスケットが 3 D 印刷でないことに注意してください。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

figure-protocol-2
図 2: 3 D プリンター設定します。これは部屋の 3 D プリント パーツを生産するスライスのソフトウェアに必要なマシンの設定のスクリーン ショットです。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

2. 上部室アセンブリ

  1. スレッドインサートを上部室に追加 (スレッドインサートを適用する方法については、図 3 bを参照)。
    1. 0.404 cm 0.397 cm 深さ直径 (サイズ 21 帝国) の 4 つのタップ穴をドリル (5/32 で) 印刷の上部室の下側に 4 のパイロット穴 (図 1a参照)。
    2. 下向きより小さい直径の穴に #4-40 スレッドのサイズ (直径 0.248 cm) と真鍮テーパーねじ込みインサートを配置します。
    3. はんだごてを入れます。330-350 ° C 付近に加熱すると、ねじ込みインサートにはんだごての先端を押し、挿入準備の穴にスライドするようにプラスチックを加熱するようにわずかな圧力を適用します。挿入の上面まで加圧 (挿入がまっすぐに移動する) を維持、上部室の下側面約 1 mm 離れて。
    4. 軽くプラスチックは上部室の下側面と同じ高さになるようにまだ熱いうちに挿入の上面に対して直定規の端を押します。続行する前に冷却するためのプラスチックのための 1 分を許可します。
    5. 挿入を止め輪を配置するかどうか、穴のラインアップを確認して挿入の位置を確認します。図 3 cを参照してください。
    6. 2.1.2 - すべての 4 挿入の 2.1.5 の手順の手順を繰り返します。
  2. 挿入し、上部室の下側に円形の溝にサイズ 116 ブチル o リングを押します。
  3. O リングの上に有機デバイスを配置 (2 可能なピクセル パターンの詳細については、図 4を参照)。
    注: 単一の有機デバイス日個別に測定することができます個々 のダイオードの数まで可能します。これらの「ピクセル」と呼ばれます図 4のパターンは、上部室に配置する必要があります、有機デバイスの向きを表しています。商工会議所の側面にノッチ左有機デバイス (4 ピクセル) 以下有機デバイス (6 ピクセル) (図 4のパターンの方向マーク) を基準とするはずです。
  4. グローブ ボックス環境でスレッドを挿入固定リング (直径、長さ 0.478 cm 0.248 cm) 4 4 40 スレッドのネジをねじ込んで上部室に止め輪を固定します。保持リングと o リングの間デバイスを押します。少しずつネジをねじ込んでデバイスをクラックするための細心の注意、各パスを好転 8 分の 1 に行きます。
    注: 十分なシールを保証するため o リングがすべて約 15-25% 圧縮デバイスに対して押されたことを確認します。

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図 3: 上部室の組立します。(、) このパネルを示しています逆アセンブル 4 ピクセル上部室。(b) このパネルははんだごてを使用して上部室のねじ付き挿入物のアプリケーションを示しています。(c) このパネルは、トップの商工会議所 (o リングとネジはわかりやすくするため表示されないことに注意) に止め輪の配置を示すリアウインドウ上部室コンポーネントを示しています。PLA プラスチックの色が様々 な部品の印刷に使用されます。これらは商工会議所のパフォーマンスへの影響があります。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

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図 4: ヘッダーピンのレイアウトについて可能なデバイス ピクセル パターン。これらのパネルは、(、) 4 ピクセルの接触ピン位置と 6 ピクセル IV (b) テスト室構成を指定するために使用される有機太陽電池や発光ダイオード素子のレイアウトを示します。各ピクセルにはチャンバー内での正しい配置方向マーク (緑の星) への参照に番号が。黒と赤の円は、それぞれ (すなわち、ピン位置)、陰極と陽極の連絡先を表しています。6 ピクセル構成のトップ 2 つのピクセルが先頭室開口マスク、付しません照明または放射の条件下でのみ 4 つのピクセルをテストできるよう注意してください。(c) 6 ピクセルのデバイスの向きをこのパネルで表示するには、そのピン位置の示される 6 ピクセル下部室基準。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

  1. 材料から脱出する商工会議所によって水分を吸収させる ≥ 24 h のグローブ ボックス環境で組み立てられた上部室をまま。待機中のステップ 3 に進みます。

3. 下部チャンバー アセンブリ

注: のみ手順 3.1 ガス流れポートと下部室の構成が必要な場合。

  1. ガス流れポート (図 5参照) と下部室に不活性ガスの流れの空気圧コネクタをプッシュするには接続を追加します。
    1. 手 T レンチで 1/8 サイズでナショナル パイプねじ (NPT) タップを使用して、両方の穴をガス流ポートと下部室の側面にあるをタップします。商工会議所は安全に行われて、タップする穴が垂直を確保、穴にタップを配置します。
    2. T レンチを使用してタップに接続されている、ゆっくりとツイスト レンチを時計回りに、スレッドとタップのまま上下穴と並んでが形成されていることを確認します。すべての 5 ターン レンチ反時計回りに回せばスレッドは穴の底にカットを繰り返して、別の 5 ターンをねじるを 1 つの完全をねじる。
    3. (ときにねじ込まれ、それは、上から継ぎ手を表示) スレッド周りを反時計回りにテープをラップすることによって 2 空気圧接続プッシュ コネクタにテフロン テープを巻いて 2 倍。
      注: 詳細については、機械工のタップ ガイドブックを参照してください。
    4. タップ穴に空気圧コネクタをねじレンチを使用して締め付けてください。締めし、プラスチック製の亀裂に注意してください。
    5. 取り付け金具に低圧エポキシ樹脂を適用します。箔の部分、1 部分硬化剤 (両方が含まれている) と 2 部レジンを混ぜてアイス キャンデーの棒を使用します。この混合物はエポキシです。
    6. つまようじを使用して、エポキシでガス流ポートと下部室と付属品間の空間中での層を適用します。25 ° C で硬化する樹脂の 1-2 時間のためにエポキシを許可します。25 ° C で 24 時間の残りの部分にエポキシを許可完全硬化セット樹脂が白と押されたとき固体であることを確認します。
      注意: エポキシ硬化剤とエポキシ樹脂、火傷や目や皮膚の炎症を引き起こします。エポキシは、アレルギー性皮膚または呼吸の反応があります。それは気道の炎症を引き起こす可能性があります。飲み込んだ場合、皮膚を通して吸収される有害かもしれません。十分な換気を確保し、肌と衣服との接触を避けます。蒸気で息をしないこと。エポキシを処理するときは、目の保護と手袋を着用します。
    7. テフロン チューブの 2 cm 部分で手動接続プッシュ バルブ空気圧接続プッシュ コネクタに接続します。チューブの直径は、使用するプッシュする接続コネクタに必要なことを一致させてください。

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図 5: ガス ポート組み立て室。このパネルは、ガス ポートと下部室を含む、完全に組み立てられた商工会議所を示しています。商工会議所で利用できる穴に埋め込まれたガスをプッシュするには接続ポートは、ガスの導入を制御するガス流量制御弁とチューブに接続されます。コンタクトピンはわかりやすくするため省略するとに注意してください。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

  1. 電流電圧 (IV) 測定用下部室に電気接触ピンを追加 (図 6を参照)。
    1. はんだカップのメス側に、ポゴピンの狭い端の 6-7 mm を挿入します。これらの 2 つの部分の組み合わせは、接触ピンと呼ばれます。救いの手はんだを使用すると、水平方向に接触ピンの両方の部分を停止します。
    2. はんだごてを入れます。330-350 ° C 付近に加熱すると、鉄、ポゴピンとはんだカップ間の接続領域をタップします。
    3. まだエリアに鉄に触れる、接続領域にはんだを押します。それは十分加熱すると、はんだが溶けます。薄層のはんだ接触ピンの外装周りのすべての方法の 2 つの部分の間の領域をカバーがあるを確認します。確実にはんだバンプなしでスムーズ。図 6 bを参照してください。
    4. 下部室の下側の穴の 1 に接触ピンをスライドさせます。はんだカップ終了 2.2 センチ、下部室の下部から突出するので接触ピンをスライドさせます。
      注: はんだカップ下部室の下に固執すべき pogo ピンは、下部室の内側に向かってする必要がありますしながら。
    5. シール、低圧エポキシ樹脂真空用途に適したプラスチックに、接触ピンが挿入領域をカバーしてください。箔の上、混合物が均一な表示されるまで 1 の部分の硬化剤と 2 液樹脂を混合するのにアイス キャンデーの棒を使用します。
    6. つまようじを使用して、接触ピンと空気侵入の可能性を排除するために穴の周りのエポキシが適用されます。25 ° C で硬化する樹脂の 1-2 h を許可します。25 ° C で 24 時間の残りの部分にエポキシを許可完全硬化セット樹脂が白と押されたとき固体であることを確認します。
      注意: エポキシ硬化剤とエポキシ樹脂、火傷や目や皮膚の炎症を引き起こします。エポキシは、アレルギー性皮膚または呼吸の反応があります。それは気道の炎症を引き起こす可能性があります。飲み込んだ場合、皮膚を通して吸収される有害かもしれません。十分な換気を確保し、肌と衣服との接触を避けます。蒸気で息をしないこと。エポキシを処理するときは、目の保護と手袋を着用します。
    7. 3.2.1 - 3.2.6 ボトムチャンバー穴を埋めるために正しい接触ピン数を追加する手順を繰り返します。
  2. グローブ ボックス環境に組み立てられた下部室を置き、少なくとも 24 時間放置します。
    注: これは材料から脱出する商工会議所によって水分を吸収させるです。

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図 6: 完全に組み立てられたボトムチャンバー 。(、) このパネル真空用途に適した低圧エポキシ樹脂を使用して装着されている接触ピンに 4 ピクセル IV のテスト構成の組み立てられた下の商工会議所を示しています。茶色の o リング (KF50)-上部室とタイトなフィッティングを確保するため中心リングガス ケットです。(b) このパネルには、はんだ付け後はんだカップとポゴ ピンが表示されます。(c) このパネルは、下チャンバー穴に接触ピンの正しいシーティングを示す、設定のエポキシ樹脂のクローズ アップを示しています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

4. 最終的なアセンブリ

注: このアセンブリは組み立てられた上部と下部室の両方が ≥ 24 h のグローブ ボックス内された後グローブ ボックス環境内で行われます。

  1. 図 6に示すように、下部室に KF50 中心のガスケットを取り付けます。
  2. 上向き上部室の平滑面と下部室の上部室を置き、有機デバイスの適切な接触を確保するため両方のチャンバー部分の切り込みに合わせます。全体のチャンバーの分解ビューの図 1を参照してください。
  3. KF50 クランプを使用して一緒に 2 室部分を保護します。
    1. クランプの蝶ナットを外すし、クランプ結合された下部チャンバー上部室の端のまわり。
    2. 図 7の挿入を使用すると、明確な表現のため、それは 2 の半室の周りはタイトなシールを確保するボルトを固定する行くことができる限りでは、奇妙な人をねじれ。ソフトウェアまでグローブ ボックスの完成した商工会議所の詳細なステップ 5 として構成されたままにします。

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図 7: 組み立て、完全なテストチャンバー 。(、) このパネルは、完全に組み立てられた 4 ピクセル IV 試験室下部と上部室とのタイトなフィットを確保する KF50 キャスト クランプです。挿入図は、最大緊張位置に閉じた KF50 クランプの別の角度を示しています。(b) このパネル止め輪 (注上部室の o リングが既にマウントされている) と 4 ピクセルの上部室のアセンブリを示します。その他の商工会議所の構成は、同じ方法で組み立てます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

5. デバイス上の個々 のピクセルの IV 測定を実施します。

注: このセクションは、代表結果に表示されるデータを生成するための手順を詳しく説明します。ソース測定ユニット (SMU) とゼロ挿入力 (ZIF) のテスト板は、材料表に表示されます。ただし、電流-電圧データを収集する SMU に商工会議所接続の任意のメソッドを使用できます。IV 測定のすべての手順は、Windows マシンで実施されました。「ピクセル」は、有機デバイスの 1 つのダイオードを指します。

  1. ダウンロードして、指定された Python IDE をインストールします。
  2. ZIF テストボードに SMU の SMU 1 チャネルから BNC ケーブルを接続します。
  3. SMU に電源を接続し、USB 2.0 ケーブル、コンピューターを経由して接続します。
  4. 接続の SMU に対応する正しい COM ポート/シリアル ポート ID を識別します。
    1. Windows デバイスのチェックどの COM ポートに対応するデバイス マネージャーで接続の SMU。COM 番号のメモを取る。
  5. BasicIV.py Python スクリプトを開きます。
  6. 図 8に見られるように、COM ポート (Windows) をBasicIV.pyのコードの指定した行に貼り付けます。
    メモ: 既定では、プログラムは現在の作業ディレクトリ内のデータが出力されます。

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図 8: Python で IV 測定。これは、COM ポートの位置が示されているBasicIV.py Python スクリプトのスクリーン ショットです。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

  1. 、SMU の近くの SMU 1 チャネルのオンの位置にある「2」というラベルの付いた範囲スイッチを切り替えます。図 9 bを参照してください。
  2. グローブ ボックス環境から完全に組み立てられたチャンバーを削除します。
  3. コンタクトピンと選択方法を使用して ZIF テスト基板間の接続をブリッジ (図 9を参照)。
    注: このセットアップでは、カスタム アダプターしました IV 測定を実行しているとき、接触ピンと ZIF テスト基板間の接続をブリッジします。このメソッドは、接続が十分ではごくわずかな抵抗を追加する限りに異なります。
  4. 地面にカソード端子を切り替えるのみ 1 ピクセルずつ、それらの残りの部分を確保するためのBNCにアノード端子がスイッチは、 OFFです。
  5. BasicIV.pyを実行します。
    注: 場合、測定が完了したら、結果、V0対のプロットのファイル私0を以前選択したファイルのパスに生成されます。
  6. 各ピクセルのために IV を測定する図 9に示す画素スイッチを使用して、デバイス上の各ピクセルの 5.10、5.11 の手順を繰り返します。

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図 9: IV 測定セットアップします。(、) このパネルが表示されます完全に組み立てられた室ゼロ挿入力 (ZIF) テスト基板とソース単位 (SMU) IV 測定をテストするために接続されています。(b) このパネルは範囲スイッチ「2」 ONの位置に正しくデバイスを測定のための SMU に接続する設定を示しています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

6 簡便なテストのために部屋を構築して

  1. 簡便な試験室、簡便なを決定するために内部の湿度センサーを追加します。
    1. 図 10 cに示すように、内部の湿度センサーに 3 線をはんだ付け: 5 V (赤)、地上 (緑) とデータ (黄色)。彼らが十分な長さ (約 15 cm) を確認します。
    2. 簡便なテスト下部室の下部に穴を通って内部湿度センサー ワイヤをフィードします。
    3. つまようじを使用すると、任意の開口部のように同様に下部の室内外の電線の周り低圧エポキシ樹脂を適用します。箔の上、混合物が均一な表示されるまで 1 の部分の硬化剤と 2 液樹脂を混合するのにアイス キャンデーの棒を使用します。
    4. ワイヤーと空気侵入の可能性を排除するために穴の周りのエポキシを適用します。25 ° C で硬化する樹脂の 1-2 h を許可します。25 ° C で 24 時間の残りの部分にエポキシを許可完全硬化セット樹脂が白と押されたとき固体であることを確認します。
      注意: エポキシ硬化剤とエポキシ樹脂、火傷や目や皮膚の炎症を引き起こします。エポキシは、アレルギー性皮膚または呼吸の反応があります。それは気道の炎症を引き起こす可能性があります。飲み込んだ場合、皮膚を通して吸収される有害かもしれません。十分な換気を確保し、肌と衣服との接触を避けます。蒸気で息をしないこと。エポキシを処理するときは、目の保護と手袋を着用します。
  2. 2 トップの商工会議所、ガラスの部分同じサイズと厚さ商工会議所を囲むことはデバイスがデバイスを置き換えるをアセンブルする手順を繰り返します。
    注: トップの商工会議所が既に組み立てられている場合、それが使用この目的のため。デバイスを測定しないのでデバイスの条件を模倣するガラスの部分は上部室の光の開口部をシールに使用されます。
  3. 酸素-組み立て/水分無料テスト下部室、組み立てられた上部室、KF50 を中心に、リングを残す内部の相対湿度を 0% の初期条件を確保するため 24 時間の環境 (グローブ ボックス)。
  4. 図 10 aのように、グローブ ボックスの中の簡便な測定に組み込まれて商工会議所を完全にアセンブルする手順 4 を繰り返します。

figure-protocol-10
図 10: セットアップのテスト湿度。(、) このパネルが表示されます完全に組み立てられた簡便な試験機、マイクロ コント ローラーにブレッド ボードのジャンパーを使用して内部および外部の DHT22 湿度センサーに配線します。(b) このパネルは、簡便なテスト下部チャンバー内 DHT22 湿度センサーを示しています。ワイヤは、下部室を介して供給される低圧エポキシ樹脂で固定されることに注意してください。(c) このパネルは、内部および外部の湿度センサー DHT22 と (便宜上) 1 つのブレッド ボードを使用してマイコン ボードの配線図の概略を示しています。センサーは、マイクロ コント ローラーのピン「5 V」に接続されている (赤) と「GND」(緑) センサー電力を供給します。センサー (黄色) から出力されるデータは、10 kΩ 抵抗の「デジタル」[内部 (INT) センサーのため 2]、外部 (EXT) センサー用 4 ピンに接続します。はめ込みは、正しい pin 配線 DTH22 センサーを示しています: 5 v (赤)、地上 (緑) とデータ (黄色)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

7. 決定する、簡便なため湿度測定を実施します。

  1. マイコン ボード、ソフトウェアおよび任意の Python 2.7.12 ダウンロード互換性があるコンピューター上の IDE。
  2. Python ファイルRun_WVTR_Test.pyを開きます。
  3. USB A-B ケーブルを介してコンピューターをマイクロ コント ローラーに接続します。
  4. スプレッドシートにデータの出力をできるようにするライブラリをインストールします。
  5. 5.4 接続されたマイクロ コント ローラーの COM 番号を確認する手順を繰り返します。コピーして11 a の図に示すように、コードを Python にこれを貼り付けます。
  6. 生データ スプレッドシート用の目的のファイルのパスを識別し、 11 a の図に示すように、コードを Python にそれを入力します。
  7. マイクロ コント ローラー ファイルARDUINO_HUMIDITY_TESTS.inoを開きます。
  8. [ツール] タブには、ボードとして適切なマイクロ コント ローラーを選択します。[ツール] タブの下でもう一度、7.5 の手順で決定されたポートを選択します。
  9. 確認し、上部のアイコンをクリックして、マイクロ コント ローラーにマイクロ コント ローラー コードをアップロード11 b を図のようにウィンドウの左します。
  10. 図 10 cに示すように、回路を配線します。5 V (赤) を接続、(黒) を地面し、のそれぞれの場所に外部 (EXT) 湿度センサー (黄) 線を信号します。省略しない内部センサー (INT) 7.12 のステップまで完成した商工会議所にある図 10 bに示すように。
  11. グローブから組み立て室を削除します。
  12. 図 10 cに示すように、すぐにマイコン ボードを商工会議所の内部センサーを配線します。
  13. Python スクリプトを実行し、Python シェルに表示される指示に従います。
    1. 商工会議所の素材に入力します。
    2. 時間の期間に入力します。アンダー スコアと番号をブラケットします。たとえば、6 時間が必要な場合は「_6_」を入力します。
      注: テストする必要がありますを開始し、テストが完了すると、スクリプト内で指定されたパスの場所に .xlsx ファイルを作成します。センサーのセットアップから切断するようにしてください。このような場合、テストを再起動する必要があります。簡便な測定用マイクロ コント ローラー コードは、サプライヤーによって提供される既定のプログラムから適応されました。IV 測定を実行する Python コードは、ZIF テスト ボードの製造元によって提供されたコードから適応されました。

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図 11: 水蒸気透過率スクリーン ショットします。これらのパネルは示された COM ポートの位置 (b) Run_WVTR_Test.py Python スクリプトのスクリーン ショットを表示 (、)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

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結果

電流電圧測定:

この部屋は、有機、ペロフスカイト型の太陽電池や発光ダイオードなどの空気に敏感な半導体デバイスのテストのために設計されています。それは再利用可能な一時的なカプセル化または制御分解試験を実行する汚染物質を導入する方法として動作できます。ここに示す電流密度-電圧 (JV) 曲線のダイオードの基本特性を抽出する (すなわち、ない照明) 闇と光照射条件下で SMU に接続されている ZIF テストボードを測定しました。商工会議所から接続すると接触ピン ZIF 基板、各ピクセルで個別に対処できます。以下の例のデータを標準的な下部室 50% 密度 PLA プラスチックから印刷、ガス ポートなし使用された 6 ピクセル構成を使用して有機太陽電池をテストします。これらの有機デバイスで「ピクセル」は、測定のセットアップを使用して測定することができます個々 のダイオードを指します。(補足情報...

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ディスカッション

重要なステップがこの実験を再現するのには、亀裂、隙間、簡便な KF50 にクランプを締めて湿気と酸素の任意の侵入を防ぐためにチャンバーのシールを減らすことができます貧しい塗りつぶしで特性を防ぐように室の印刷もれ・ サンプルと適切な o リングの配置を使用してトップのチャンバーのシールの作成を防ぐために接触ピンまたは任意のフィードスルーに真空評価低圧エポキシ樹脂を使用して、上部と下部のチャンバー間完全密閉を実現し、十分なサンプルを割れせず任意の漏れを防ぐために止め輪の締め付けネジを圧迫します。O リングは、バリや微粒子、なし、溝に完全に合うべきであるし、十分なシール10断面の 15-25% の間に圧縮する必要があります。また、接触ピンを両方良好な電気的接触を確保し、低圧エポキシ樹脂を通じて酸素や水分の侵入のパスを防止するチャンバー本体にアタッチするときは注意が必要です。エポキシ真空用シーリング材として評価は適切なシールを提供します。IV 測定中にシリーズ抵抗損失を最小限に抑えるため測定基板接触ピンに接続することが重要です。商工会議所をその商工会議所によって吸収される水分は材料から脱出する時間...

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開示事項

著者が明らかに何もありません。

謝辞

著者は、ピーター Jonosson、ライオンズの新しいメディア センター部屋の 3 D プリントを認めます。この研究は、436100-2013 RGPIN、ER15-11-123、マクマスター ディーンのエンジニア リング学部夏研究優秀賞受賞、学部生の研究の機会プログラムによって支えられました。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
オリオンデルタデスクトップ3DプリンターRTPSeeMeCNC87999レポートで知られている: 3D
プリンター1.75mm PLAフィラメントSeeMeCNC50241レポートで知られている: PLA
Somos®WaterShed XC 11122チャンバーSomos、トロントのCustom Prototypesで印刷されました。https://www.dsm.com/products/somos/en_US/products/offerings-somos-water-shed.html
レポートで知られている:耐水性ポリマー
CURACURAhttps://ultimaker.com/en/products/cura-software
レポートで次のように知られています: スライスソフトウェア
600°Cのはんだごて;FチップウェラーWTCPT
Xtralien X100 ソース測定ユニットOssilaE561レポートで知られています:
SMU ZIF Test Board for Pixelated Anode SubstratesOssilaE221レポートで次のように知られています: Zero insetion force/ZIF Test Board;
BNCケーブル
汎用USB A - B
汎用USB A - Micro
#12 Oリングソースunkown
レポートで知られている:Oリング
116ブチルOリンググローバルラバー製品116 VI70店舗で購入
レポートで知られている:Oリング
リテーニングリングMcMasterNA3Dプリント自社
ボトムチャンバーMcMasterNA3Dプリント自社
トップチャンバーマクマスターNA3Dプリント型
KF50 キャストクランプ(アルミ)Kurt J. LeskerQF50-200-C
KF50 センタリングリング(アルミ)Kurt J. LeskerQF50-200-BRB
Sn60/Pb40 はんだMG ケミカル4895-2270
#4-40 x 3/16" 小ネジハードウェア ストア
#4-40 熱可塑性ファスナル11125984用ファスナル ファスナルは、会社/大学
レポートで次のように知られている: #4-40 真鍮テーパーねじインサート
Varian Torr Seal、真空装置、高真空エポキシ、真空製品、カナダ、Inc.レポートで次のように知られています:低圧エポキシ
Smiths Interconnect/IDI Contact Probes HEADED RADIUSMouser Electornics818-S-100-D-3.5-Gレポートで次のように知られています: ポゴピン
Smiths Interconnect/IDI Contact Probes レセプタクルはんだカップMouser Electornics818-R-100-SCstrong>レポートで次のように知られています: はんだカップ
1/4 "テフロンチューブハードウェアストア
テフロンテープハードウェアストア
1/4 "チューブx 1/8 "オスNPTニッケルメッキ真鍮プッシュツーコネクトコネクタファスナー442064この研究で使用されたものと同じではありませんが、機能的に同等です
レポートで次のように知られています:プッシュツーコネクト空気圧コネクタ
1/8 "NPTタップとTレンチ金物店
1/4" チューブ プッシュ ツー コネクト 手動操作バルブ流体ライン7910-56-00レポートで知られています: 手動操作プッシュ ツー コネクト バルブ
Adafruit DHT22 湿度センサー (小)Digi-Key385レポートで知られています: 内部湿度センサー
Adafruit DHT22 湿度センサー (大)Digi-Keyレポートで次のように知られています:外部湿度センサ
Arduino UnoArduino
グローブボックス環境
10kΩ抵抗
オシラ Xtralien Scientific Python IDEオシラhttps://www.ossila.com/pages/xtralien-scientific-python
レポートで「 Python IDE として知られています
は製 製社内 ズ シングルベーン インサート <

参考文献

  1. Tremblay, J. -F. The rise of OLED displays. Chemical & Engineering News. 94 (28), 30-34 (2016).
  2. Kang, H., et al. Bulk-Heterojunction Organic Solar Cells: Five Core Technologies for Their Commercialization. Advanced Materials. 28 (36), 7821-7861 (2016).
  3. Jacoby, M. The future of low-cost solar cells. Chemical & Engineering News. 94 (18), 30-35 (2016).
  4. Veldhuis, S. A., et al. Perovskite Materials for Light-Emitting Diodes and Lasers. Advanced Materials. 28 (32), 6804-6834 (2016).
  5. Park, N. -G. Perovskite solar cells: an emerging photovoltaic technology. Materials Today. 18 (2), 65-72 (2015).
  6. Turak, A. Interfacial degradation in organic optoelectronics. RSC Advances. 3 (18), 6188(2013).
  7. Scholz, S., Kondakov, D., Lüssem, B., Leo, K. Degradation Mechanisms and Reactions in Organic Light-Emitting Devices. Chemical Reviews. 115 (16), 8449-8503 (2015).
  8. Jørgensen, M., Norrman, K., Gevorgyan, S. A., Tromholt, T., Andreasen, B., Krebs, F. C. Stability of Polymer Solar Cells. Advanced Materials. 24 (5), 580-612 (2012).
  9. Habisreutinger, S. N., McMeekin, D. P., Snaith, H. J., Nicholas, R. J. Research Update: Strategies for improving the stability of perovskite solar cells. APL Materials. 4 (9), 091503(2016).
  10. Reese, M. O., Sigdel, A. K., Berry, J. J., Ginley, D. S., Shaheen, S. E. A simple miniature controlled-atmosphere chamber for optoelectronic characterizations. Solar Energy Materials and Solar Cells. 94 (7), 1254-1258 (2010).
  11. Gevorgyan, S. A., Jorgensen, M., Krebs, F. C. A setup for studying stability and degradation of polymer solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 92 (7), 736-745 (2008).
  12. Park, J. -S. S., Chae, H., Chung, H. K., Lee, S. I. Thin film encapsulation for flexible AM-OLED: a review. Semiconductor Science and Technology. 26 (3), 034001(2011).
  13. Ahmad, J., Bazaka, K., Anderson, L. J., White, R. D., Jacob, M. V. Materials and methods for encapsulation of OPV: A review. Renewable & Sustainable Energy Reviews. 27, 104-117 (2013).
  14. Gevorgyan, S. A., et al. Round robin performance testing of organic photovoltaic devices. Renewable Energy. 63, 376-387 (2014).
  15. Osterwald, C. R., Hammond, R., Zerlaut, G., D'Aiello, R. Photovoltaic module certification and laboratory accreditation criteria development. Solar Energy Materials and Solar Cells. 41, 629-636 (1996).
  16. Turak, A., et al. Systematic analysis of processing parameters on the ordering and performance of working poly(3-hexyl-thiophene):[6,6]-phenyl C(61)-butyric acid methyl ester solar cells. Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2 (5), 53103(2010).
  17. Qi, B., Wang, J. Fill factor in organic solar cells. Physical Chemistry Chemical Physics. 15 (23), 8972-8982 (2013).
  18. Lu, N., Li, L., Sun, P., Liu, M. Short-circuit current model of organic solar cells. Chemical Physics Letters. 614, 27-30 (2014).
  19. Qi, B., Wang, J. Open-circuit voltage in organic solar cells. Journal of Materials Chemistry. 22 (46), 24315-24325 (2012).
  20. Xue, J., Uchida, S., Rand, B. P., Forrest, S. R. 4.2% efficient organic photovoltaic cells with low series resistances. Applied Physics Letters. 84 (16), 3013-3015 (2004).
  21. Hauch, J. A., Schilinsky, P., Choulis, S. A., Rajoelson, S., Brabec, C. J. The impact of water vapor transmission rate on the lifetime of flexible polymer solar cells. Applied Physics Letters. 93 (10), 103306(2008).
  22. Norrman, K., Madsen, M. V., Gevorgyan, S. A., Krebs, F. C. Degradation Patterns in Water and Oxygen of an Inverted Polymer Solar Cell. Journal of the American Chemical Society. 132 (47), 16883-16892 (2010).
  23. Dameron, A. A., Reese, M. O., Moriconie, T. J., Kempe, M. D. Understanding Moisture Ingress and Packaging Requirements for Photovoltaic Modules. Photovoltaics International. 5, 121-130 (2009).
  24. ASTM International. Standard Test Method for Water Vapor Transmission Rate of Sheet Materials Using Dynamic Relative Humidity Measurement. ASTM E398 - 13. , Available from: https://www.astm.org/Standards/E398 (2013).
  25. Basha, R. K., Konno, K., Kani, H., Water Kimura, T. Water Vapor Transmission Rate of Biomass Based Film Materials. Engineering in Agriculture, Environment and Food. 4 (2), 37-42 (2011).
  26. Kim, N., et al. A correlation study between barrier film performance and shelf lifetime of encapsulated organic solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 101, 140-146 (2012).
  27. Reese, M. O., et al. Pathways for the degradation of organic photovoltaic P3HT: PCBM based devices. Solar Energy Materials and Solar Cells. 92 (7), 746-752 (2008).
  28. Kempe, M. D., Reese, M. O., Dameron, A. A. Evaluation of the sensitivity limits of water vapor transmission rate measurements using electrical calcium test. Review of Scientific Instruments. 84 (2), 025109(2013).
  29. Reese, M. O., et al. Consensus stability testing protocols for organic photovoltaic materials and devices. Solar Energy Materials and Solar Cells. 95 (5), 1253-1267 (2011).
  30. Castro, F. Current landscape of standardisation efforts in organic and printed electronics 2015 - a VAMAS review. , National Physical Laboratory. Available from: https://www.researchgate.net/publication/278035615_Current_landscape_of_standardisation_efforts_in_organic_and_printed_electronics_2015_-_a_VAMAS_review (2015).

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