タンデム有機太陽電池におけるイオン的ゲーテッドカーボンナノチューブ共通カソードの生産のための周囲の方法

次の実験の全体的な目標は、タンデム太陽電池が高真空堆積プロセスを伴わずに周囲環境で完全に作成できることを示すことです。これは、第2のステップとして、2つの別々の酸化インジウムスズパターンガラス基板上に2つの有機太陽電池サブセルを作製することによって達成され、カーボンナノチューブコモンおよびGA電極がデバイスの上部にラミネートされます。歩行により、2つの有機太陽電池サブセルのカソードとして機能する共通電極の仕事関数を制御することができます。

次に、カーボンナノチューブ電極の上にイオン液体を置き、2つを一緒に押し付けて、イオン液体を含浸させた共通のカーボンナノチューブ電極を形成します。その結果、カーボンナノチューブ電極を充電により効率的にカソードに変換でき、照明下でのデバイスの電流電圧特性の測定に基づいて、デバイス上で並列タンデム太陽電池の性能を観察できることが示されています。真空処理などの既存のプロセスに対するこの手法の主な利点は、周囲条件でこれを実行できることです。

これにより、お金が節約され、エネルギー効率も向上します。しかし、さらに、通常のプロセスではレイヤーを積み重ねるのに対し、いくつかのレイヤーを作成してから全体をラミネートするため、これをはるかに簡単に行うことができます。これははるかに簡単です。

したがって、この方法は有機太陽電池についての洞察を与えるだけでなく、他のシステムにも適用できます。例としては、電界効果トランジスタ、発光ダイオード、および論理ゲートやエネルギー貯蔵が統合された有機太陽電池などのデバイスの組み合わせが含まれますナノチューブは軽量で強度が高く、効果的に操作するのが難しいため、カーボンアンチチューブラミネートを視覚的に示すことが重要です。このビデオは、タンデム太陽電池の製作から始まります。

このステップに先立って、光起電力の活性層が酸化インジウムスズまたはITO基板上にコーティングされています。2つの基板があり、どちらもパターン化されたITO電極を備えたガラス上に作られています。各基板には、一方の端からもう一方の端から少なくとも1ミリメートルまで伸びる2つの平行な酸化インジウムスズ電極があります。

各基板は、30ナノメートルのpdotでコーティングされています。PSS one基板は、P、3、HT、PC61 bmを1対1でブレンドした厚さ200ナノメートルの層で構成されています。もう1つは、PTB 7とPC 71 bmの2〜3のブレンドで構成される100ナノメートルの厚さの層を持っています。

次の手順は、サンプルについても同じです。ビデオは1つだけに焦点を当て、クリーンルームのワイプを取得し、少量のトルエンでそれを湿らせます。これを使用してポリマー層を拭き取り、基板のエッジと、デバイスの共通電極として機能する酸化インジウムスズストリップを露出させます。

後のステップで使用するもう一方のITO電極の一部が露出しないように注意してください。次のステップは、カーボンナノチューブの共通電極をラミネートすることです。この濾紙の片面には、浮遊触媒化学蒸着プロセスで作成された単層カーボンナノチューブが保持されています。

濾紙のナノチューブ側を基板の活性層の上に置き、共通電極として使用するITO電極に層を接続するようにします。濾紙にやさしく圧力をかけ、カーボンナノチューブを転写します。次に、濾紙を持ち上げてカーボンナノチューブを残します。

カーボンナノチューブ電極の密着性を向上させるために、ピペットでハイドロフルオロエーテルメトキシ、非フルオロブタンを利用します。HFEの一部を描画してサンプルに配置します。HFEをカーボンナノチューブの上部に落とします。

先に進む前に、HFEが蒸発するのを待ちます。基板が乾燥したら、歩行電極を持つ領域を特定します。トルエンで湿らせたワイプを使用して、その領域のポリマーとカーボンナノチューブを拭き取ります。

次に、かみそりの刃を使用して、その領域に残っているポリマーをすべて取り除きます。歩行の漏れを防ぐために、窒素ガンでポリマーの破片を取り除き、マルチメーターを使用して電極が分離されていることを確認してから続行します。この時点で、洗浄した領域にカーボンナノチューブをラミネートして歩行電極を作成する準備をします。

このシリコンウェーハは、化学気相成長法で作られた高度に整列した多層カーボンナノチューブの森を保持しています。ウェーハの近くの隆起したプラットフォームの端近くにウェーハを取り付け、ウェーハと水平にします。2本の平行な毛細管が突き出ている必要があります。

ここに示すホルダー内の基板は、それらの間に収まる必要があります。ナノチューブのラミネートを開始するには、カミソリの刃を森の端に押し込み、ウェーハと平行に森から横方向に引き離し、チューブに向かって引きます。自立型シートは自己組み立て式です。

シートが開始したら、キャピラリーチューブを使用して、突き出たチューブの上にシートを引っ張り続けます。次に、ウェーハピンセットで保持したデバイスを、洗浄された領域をシートに露出させるように向けます。チューブ間で支えられたシートを、デバイスをシートに通すことにより、デバイスの洗浄領域に移します。

キャピラリーチューブを使用して追加のシートを引っ張り、次に別のレイヤーを追加します。多層カーボンナノチューブを5層塗布するまで、このプロセスを繰り返します。ラミネート後、ピペットを使用して約100マイクロリットルのHFEを引き出し、歩行電極にHFEを滴下し、乾燥させます。

P、3、HT、PTBの両方の後、7つの基板に電極が追加されました。次のステップは、イオン液体を導入することです。このビデオでは、deme tetra fluoro bore.

これが左にP 3 HT基板、右側にPTB 7基板です。互いにミラーリングするように配置します。使用する電極を1つ選択し、キャピラリーチューブを使用して、一般的な電極の上に液体の小さな数滴を配置します。

合計で約10マイクロリットル。歩行電極についても同じことを行います。イオン液体を含まない基板をピックアップし、他の基板と整列させることで進めます。

両方の共通電極と両方の歩行電極が整列し、互いに向き合うように基板を向きます。次に、イオン液体を含まない基板を他の基板の上に置きます。P three HTのアクティブエリアにフォトマスクを、電極サイズよりも小さいアパーチャサイズで追加します。

小さなクリップを使用してデバイスを固定し、次の手順のためにフォトマスクを所定の位置に保持します。装置は、ソーラーシミュレータを備えた測定グローブボックスに移されました。グローブボックスは窒素環境を備えているため、空気にさらされることによる劣化を防ぎます。

テスト中は、タンデムセルをソーラーシミュレータの下に配置します。P 3 HTセルとフォトマスクがソーラーシミュレータの出力に面するようにデバイスの向きを変えます。ゲート電源、ソース測定ユニット、およびマルチプレクサへの必要な電気接続を開始します。

まず、コモン電極とゲート電極の間にゲート電源をコモンをアースとして接続します。次に、2つのITOアノードをマルチプレクサに接続して、前面のP 3 HTセル、背面のPTB 7セルのいずれかのアノード、または両方を選択できるようにします。デバイスの出力は、ソース測定単位に入力されます。

最後に、ソース測定ユニットのグランドを共通電極に接続します。タンデム構成の場合、フロントセル構成とバックセル構成でデバイスのIV特性が測定されます。この実験では、測定は自動化されています。

測定対象のサブセルを選択するには、ランプシャッターを切り替えてIVスイープを実行します。ゲート電圧は、ゼロボルトから2ボルトの間で手動で変化させます。ゲート電圧を選択し、ゲート電流が数十ナノアンペアの範囲に安定するのを待った後、1つのサブセルを選択し、負の1ボルトから1ボルトまでの光でIVスイープを実行して測定を開始します。

ソーラーシミュレータのランプを消した状態で同じスイープを行います。各スイープには約 15 秒かかります。各サブセルと2つの並列組み合わせは、各ゲート電圧で測定する必要があります。

ゲート電圧を次の値までインクリメントし、ゲート電圧範囲全体を調べるまで 6 組のスイープを実行します。これは、2つの異なる歩行電圧を使用して測定されたタンデムセルのIV曲線です。黒の曲線は 1.5 ボルトの GA 電圧に対応し、赤い曲線は 2.25 ボルトのゲート電圧に対応します。

円は、タンデム正方形の両方のセルを使用して収集されたデータであり、フロントの使用に関連付けられています。P 3 HT セル三角形は、背面 PTB 7 セル用です。1.5ボルトのフロントセルとタンデムセルの高度に直線的な曲線は、P 3 HTサブセルがオフ状態のシャントとして機能することを示唆しています。

対照的に、PTB 7バックセルは、1.5ボルトと2.25ボルトでDDE特性を示します。その性能が低下した場合、そのデータを使用して、ゲート電圧の関数として太陽電池パラメータを抽出できます。開回路電圧、短絡電流、充填率、および電力変換効率は次のとおりです。

黒の曲線はタンデムのセル用で、青は正面用です。P 3つのHTセル、赤は背面用です。PTB 7セルは開回路電圧に焦点を当てています。

赤い曲線は、PTB 7 セルが 0.5 ボルトでオンになっていることを示しています。セルは1.5ボルトでピークに達します。青い曲線は、P 3 HT セルが 1 ボルトあたりでオンになり始めていることを示しています。

2ボルト以上で完全にオンになります。この手順を実行するときは、特にカーボンナノチューブの共通電極と歩行電極で短絡が発生しないように、すべての接点の抵抗を測定する必要があります。実際にこれらすべての美しい実験を行った私の若い同僚によって非常に美しく記述されたすべての素晴らしい仕事の結論として、私は、ガラスの各部分に部品を構築し、液体の非常に薄い層と接触するガラスを互いに重ねるだけで固体と液体の部品のモノリシックデバイスを作成するこの方法は、だけでなく、真空や多数のレイヤーを重ね合わせることなく、より複雑なデバイスを構築することは、有機レイヤーの操作の背後にある物理学を理解する道を開くものでもあります。

また、これにより、将来的には有機的な写真タグのパフォーマンスを最適化することができます。このビデオを見た後、カーボンナノチューブを使用して、有機デバイスの上にアノードを作成できるようになるはずです。次に、別々に作られた2つのデバイスからタンデムデバイスを作成できるはずです。

そして最後に、イオン液体を使用して、そのアノードをカソードにすることができます。カーボンナノチューブやハロゲン系溶剤の取り扱いは非常に危険であることを忘れないでください。したがって、この手順を行うときは、作業用グローブボックスや個人用保護具などの予防措置を常に使用する必要があります。