여기서는 미니 슬롯 다이 코터 싱크로트론 산란 기법을 사용하여 종래의 라인 구조를 사용하여 특성화 유기 박막 태양 전지를 제조하는 프로토콜을 제시한다.
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여기서는 미니 슬롯 다이 코터 싱크로트론 산란 기법을 사용하여 종래의 라인 구조를 사용하여 특성화 유기 박막 태양 전지를 제조하는 프로토콜을 제시한다.
폴리머 기반 재료는 저렴하고 유연하며 효율적인 광전지 장치로 약속됩니다. 고성능 장치를 달성하기 위한 대부분의 실험실 노력은 대규모 제조에 적합하지 않은 공정인 스핀 코팅으로 준비된 장치를 사용했습니다. 장치 제조의 이러한 불일치로 인해 실험실에서 얻은 정량적 결과를 상업적 수준으로 변환하기 어려워 최적화가 어렵습니다. 미니 슬롯 다이 코팅기를 사용하여 상업적 프로세스를 실험실로 변환하고 필름이 기판에 코팅될 때 실시간 및 현장에서 장치의 활성 층의 구조 형성을 특성화하여 이러한 불일치를 해결할 수 있습니다. 형태학의 진화는 다양한 조건에서 특징 지어졌으며, 이를 통해 구조가 형성되고 성장하는 메커니즘을 제안할 수 있었습니다. 이 미니 슬롯 다이 코팅기는 산업적으로 관련된 조건에서 활성 층의 형태를 최적화할 수 있는 간단하고 편리하며 재료 효율적인 경로를 제공합니다. 이 프로토콜의 목표는 미니 슬롯 다이 코터를 사용하여 태양 전지 장치를 제작하는 방법에 대한 실험적 세부 정보와 미니 슬롯 다이 코터를 사용하여 현장 구조 특성 화를 실행하는 기술적 세부 사항을 보여주는 것입니다.
유기 광전지 (OPV)은 가까운 미래에 경제적 재생 에너지를 생성하기위한 유망한 기술이다. 1, 2, 3 엄청난 노력은 광 활성 중합체를 개발하고 고효율 소자를 제조하게되었다. 지금까지 단층 OPV 장치는> 10 %의 전력 변환 효율 (PCE)를 달성했다. 이러한 효율은 큰 크기의 스케일 장치 실험실 규모의 필름을 생성하기 위해 스핀 코팅 법을 사용하는 장치 및 번역 달성 된 PCE의 상당한 절감을 내포하고있다. 업계에서 4, 5는, 롤 투롤 (R2R) 기반의 박막 코팅은 특히 용매 제거 속도에서, 전형적인 실험실 규모의 공정에서 매우 다르다 도전성 기판에 광자 활성 박막을 생성하는 데 사용된다. 모폴로지이 기 때문에 이것은 중요하다netically 상분리, 주문, 방위 및 용매 증발을 포함한 여러 운동 프로세스 사이의 상호 작용으로 인해, 포획. 도 6,도 7이 동 역학적 트랩 형태는 비록 대부분의 태양 전지 소자의 성능을 결정한다. 따라서, 코팅 과정 형태의 개발을 이해하는 것은 성능을 최적화 할 수 있도록 형태를 조작하기위한 높은 중요하다.
형태의 최적화 용매가 제거 될 때 용액 중의 정공 전도성 중합체의 주문과 관련된 역학의 이해가 필요; 8, 9는 플러렌 기반 전자 도체 중합체의 상호 작용을 정량; 모토를 정의 첨가제의 역할 이해를 10, 11, 12학의 뜻; 13, 14, 15 및 용매 (들) 및 첨가제를 증발의 상대 속도를 균형. (16)이 공업 적으로 중요한 설정 활성층 정량적 형태의 발전을 특징에 도전했다. 롤 - 투 - 롤 공정은 대규모 OPV 소자의 제조를 위해 검토되고있다. 4 (17) 그러나, 이러한 연구들은 효과적으로 연구 시판 중합체로 제한 재료의 많은 양이 사용되는 제조 환경에서 수행되었다.
본 논문에서는 미니 슬롯 다이 코팅 시스템을 사용 OPV 장치를 제조하는 기술 내용이 입증된다. 이러한 막 건조 동력학 및 막 두께 제어 등의 코팅 변수에 직접 산업 FA에 관한 연구를하게 대규모 공정에 적용brication. 또한, 재료의 매우 작은 양의 새로운 합성 물질이 처리를 적용하게 미니 슬롯 다이 코팅 실험에 사용된다. 설계에있어서,이 미니 슬롯 다이 코터는 싱크로트론 엔드 스테이션에 장착 및 진화에 대한 실시간 조사를 가능하게하는데 사용될 수있다 따라서 입사 소각 X 선 산란 (GISAXS) 및 X 선 회절 (GIXD)를 나온 수 길이의 넓은 범위에 걸쳐 형태의 공정 조건의 범위 하에서 필름 건조 공정의 다른 단계에서 확장. 이 연구에서 얻은 정보를 직접 산업 제조 환경에 전송 될 수있다. 사용 된 재료의 소량의 광 활성 물질 및 다양한 처리 조건에서 혼합물을 다수의 신속한 선별을 가능하게한다.
저역 공액 고분자 계 반 결정질 및 디케 토피 롤로 피롤 quaterthiophene (DPPBT) 모델 공여체 물질로서 사용하고, (6,6) - 페닐 C71-butyri되고C 산 메틸 에스테르 (PC 71 BM)은 전자 수용체로 사용된다. 18, 19은 DPPBT 이전 연구에 도시된다 : 용매로서 클로로포름을 사용하는 경우 PC (71)는 BM 블렌드 대형 상분리를 형성한다. 클로로포름 : 1,2- 디클로로 벤젠 용매 혼합물이 상 분리의 크기를 감소시키고, 따라서 장치의 성능을 증가시킬 수있다. 용매를 건조 과정에서 형태 형성은 입사 X 선 회절 및 산란 방목하여 동일계에서 조사된다. 태양 전지 소자는 미니 슬롯 다이 코터 장치의 제조 코팅 스핀 유사한 최상의 혼합 용매의 조건 (20)을 사용하여 5.2 %의 평균 PCE 나타났다하여 제조. 미니 슬롯 다이 코터는 공업 REL 이러한 물질의 예측 가능성에 갭을 채우고, 산업 공정을 모방 연구 실험실 설정에서 태양 전지 소자를 제조하기위한 새로운 길을 여는evant 설정.
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도 3에 도시 된 미니 - 슬롯 다이 코팅 시스템이다. 그것은 하나의 코팅기 한 주사기 펌프 중앙 제어 박스로 구성된다. 코팅 시스템은 슬롯 다이 헤드, 하나의 수평 병진 스테이지 및 하나의 수직 병진 스테이지 이루어지는 요부이다. 슬롯 다이 헤드는 2-D의 틸트 조작부를 통해 수직 병진 모터의베이스에 장착된다. 도 10A는 2-D의 틸트 조작부가 강조되는 프린트 헤드를 장착하지 않고 프린터 본체를 나타낸다. 도 10b는 2-D 틸팅 매니퓰레이터의 프린트 헤드의 장착을 도시한다. 도 10c는 기록 헤드와 기판의 확대 된 이미지를 도시한다. 힘 센서는 수직 병진 단계에 내장되어 있습니다. 실험에서, 수직 병진 스테이지 머리 - 기판 거리를 조정하는 데 사용되며, 2-D 틸팅 모터 adju에 사용일 머리는 엄격하게 수직으로합니다. 힘 센서는 슬롯 다이 ...
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여기에 기재된 방법은 쉽게 산업 생산까지 확장 할 수있는 필름 제조 방법의 개발에 초점을 맞추고있다. 박막 인쇄 및 싱크로트론 형태의 특성은 프로토콜 가장 중요한 단계입니다. 이전 실험실 스케일 OPV 연구에서, 스핀 코팅 법은, 박막 디바이스를 제조하는 주된 방법으로서 사용된다. 그러나,이 프로세스는 산업 기반 롤 - 투 - 롤 제조를 상당히 다르다 BHJ 용액을 확산 높은 원심력을 사용한다. 따라서, 스핀 코팅 연구에서 얻은 지식과 경험이 직접 대 면적 소자 제조에 전송 될 수 없다. 현재 연구에서 제시된 미니 슬롯 다이 코팅 장치 산업화 테스트 이상적 일 것이다 따라서 산업용 필름 코팅 장치에 가깝다하고. 디바이스 성능에 대응하는 필름의 형태를 제어하는 매개 변수가 재조사 할 필요가있다. 미니 슬롯 다이 코팅 재료비 따라서 최소이며디바이스 제조 조건 다량 최적화 될 수있다.
싱크로트론 측정 벌크 헤테로 접합 (BHJ) 태양 전지 박막 형태의 진화를 확인하는 데 사...
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이 작업은 미국 에너지부, 기초 에너지 과학국(수상 번호 DE-SC0001087 및 미국 해군 연구소(계약 N00014-15-1-2244)에서 자금을 지원하는 에너지 프론티어 연구 센터인 PHaSE(Polymer-Based Materials for Harvesting Solar Energy)의 지원을 받았습니다. 이 연구의 일부는 DOE, Office of Science 및 Office of Basic Energy Sciences의 지원을 받아 Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory의 빔라인 7.3.3 및 11.0.1.2에서 수행되었습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| PC71BM | Nano-C Inc | nano-c-PCBM-SF | |
| DPPBT | 매사추세츠 대학교 | 맞춤형 | |
| PEDOT:PSS | Heraeus | P VP Al 4083 | |
| Mucasol 액체 세척기 | Sigma-Aldrich | Z637181 | |
| 아세톤 | Sigma-Aldrich | 270725 | |
| 이소프로필 알코올 | BDH | BDH1133 | |
| 클로로포름 | 시그마-알드리치 | 372978 | |
| 1,2-디클로로벤젠 | 시그마-알드리치 | 240664 | |
| 불화 리튬 | 시그마-알드리치 | 669431 | |
| 알루미늄 | 커트 레스커 | EVMAL50QXHD | |
| 유리 바이알 | 피셔 사이언티픽 | 03-391-7B | |
| 초음파 세척기 | Cleanosonic | Branson 2800 | |
| 오븐 | WVR | 414005-118 | |
| 클리닝 랙 | 로렌스 버클리 국립 연구소 | 맞춤형 | |
| 그림자 마스크 | 로렌스 버클리 국립 연구소 | 맞춤형 | |
| UV 오존 클리너 | UVOCS INC | T16X16 OES | |
| 글로브 박스 | MBraun | 맞춤형 | |
| 증발기 | MBraun | 맞춤형 | |
| 슬롯 다이 Coater | Jema Science Inc | 맞춤형 | |
| 태양열 시뮬레이터 | Newport | Class ABB | |
| 스핀 코터 | SCS 장비 | SCS G3 | |
| 핫 플레이트 | Thermo Scientific | SP131015Q | |
| 측정 | Lawrence Berkeley National Lab | Beamline 7.3.3 |
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