Name: 탠덤 유기 태양 전지의 이온 정문 탄소 나노 튜브의 공통 음극의 생산을 위해 주위 방법 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-05T15:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 37 s
Description: 배우세요 탠덤 유기 태양전지를 주위 환경에서 제작하는 방법을 탐구하세요. 탄소 나노튜브 공통 음극과 이온성 액체를 활용하여 고진공 공정 없이 효율적인 소자 제작이 가능합니다.

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이 작업에 대한 지원은 DOE, STTR 보조금, 탄소 나노튜브 시트 중간층을 사용한 병렬 탠덤 유기 태양 전지에 대한 DE-SC0003664 및 Welch 재단 보조금 AT-1617에 의해 제공되었습니다. 저자는 CNT 숲을 제공한 J. Bykova와 기술 지원과 유용한 토론을 제공한 A. R. Howard, K. Meilczarek 및 J. Velten에게 감사를 표합니다.

1. 인듐 주석 산화물 (ITO) 패터닝 및 클리닝 참고 : 사용 15Ω / □의 ITO 유리, 구매 또는 스핀 코팅과 포토 리소그래피에 적합한 크기로 ITO 유리를 잘라. 그것은 가능한 한 큰 유리 조각에 단계 1.1-1.7를 수행 한 다음 작은 장치로 절단하는 것이 가장 효율적입니다. 또한이 1.1-1.7이 ITO면이 위를 지향 할 수있는 ITO 유리를 필요로 단계를 확인합니다. 이 멀티 미터의 저항 설정으로 쉽게 확인할 수 있습니다. <ol><li> 1 분 동안 3000 rpm의 속도로 ITO 유리의 ITO 측 상 S1813 포지티브 포토 레지스트의 스핀 코트 1ml를. 유리의 큰 조각이 저항 더 사용하여 전체 유리가 코팅되어 있는지 확인하고, 스핀 코터를 시작하기 전에 모든 거품을 제거합니다. </li><li> 1 분 동안 115 ° C에서, 핫 플레이트상에서, 피복 된 유리 레지스트 어닐링. </li><li> 샘플과 접촉 정렬 상에 포토 마스크를 넣습니다. </li><li> 아프로의 포토 레지스트 코팅 된 ITO 유리를 노출절한 시간. 노출 시간은 10 초 주위이지만 UV 램프 강도, 포토 레지스트 종류 및 두께에 기초하여,이 시간을 변화. </li><li> MF311 개발자의 자외선에 노출 된 기판을 개발한다. 스핀 프로세서의 자동화 된 프로세스는 가장 적합하고 반복 가능한 결과를 얻을 수 있지만, 다음과 같이 개발 수동으로 수행 할 수 있습니다. <ol><li> 현상 제 1 분 동안 UV 노출 기판 잠수함, 탈 이온수 (DI) 물로 린스하여 질소 총으로 건조 하였다. 현상 신속 강도를 상실하기 때문에, 샘플 사이의 현상 제를 교체하거나, 현상 제를 재사용 할 때 대안 적으로 개발 시간을 증가시킨다. </li></ol></li><li> 진한 염산 (HCL)에 ITO 기판을 에칭. 이는 염산의 농도에 따라 50-10 분 사이에 걸린다. 건조 DI 물에 헹구고, 그리고 멀티 미터로 에칭 된 부분의 저항을 테스트한다. 어떤 전도도가 남아있는 경우, 더 긴 시간 동안 에칭. </li><li> 에칭이 완료되면, 페이지 삭제아세톤으로 hotoresist. 포토 레지스트의 신속한 제거가 패턴 화 된 ITO 에칭을 통해-에서 잔류 염산을 방지합니다. </li><li> 필요한 경우, 장치의 크기에 에칭 된 ITO 유리 기판을 절단. </li><li> 최종적으로 이소 프로필 알콜 DI 물, 아세톤, 톨루엔, 메탄올, 및 - 용매의 순서로 초음파 욕에 ITO 기판을 청소한다. </li></ol> 2. OPV 서브 셀 제조 <ol><li> PC (61) BM 솔루션 : P3HT를 준비합니다. 주 : 가장 일관성있는 결과를 들어, 질소 환경에서 솔루션을 준비합니다. 그것은 주변 조건에서이 절차를 수행 할 수 있습니다. <ol><li> 찾아 두 깨끗 ~ 4 mL 유리 바이알과 캡의 질량을 기록, 다른 구별하기 위해 영구 마커로 표시합니다. </li><li> (P를 질소 또는 아르곤 글로브 박스 내에서, 하나의 바이알에 폴리 (3- 헥 실티 오펜 -2,5- 디일) (P3HT) 약 10 ㎎을 전송 및 페닐 C 61 - 뷰티 르산 메틸 에스터의 약 10 mg의다른 C (61) BM). </li><li> P3HT와 PC (61) BM의 질량을 찾아 다시 약병 체중. </li><li> 솔루션 결정 과정의 나머지 부분에 대한 글러브 박스에 P3HT와 PC (61) BM과 유리 병을 전송합니다. </li><li> 각각의 유리 병에 자기 교반 막대를 추가하고 45 ㎎ / ㎖ 솔루션을 개발하기 위해 각 충분한 클로로 벤젠을 추가 할 수 있습니다. </li><li> 약 2 시간 동안 또는 용질이 완전히 용해 될 때까지 55 ° C에서 자기 교반 핫 플레이트에 솔루션을 놓습니다. </li><li> BM 솔루션을 함께 P3HT와 PC (61)의 동일한 볼륨을 혼합하고, 사용하기 전에 다른 시간의 혼합 용액을 교반을 할 수 있습니다. </li></ol></li><li> PC (71) BM 솔루션 : PTB7을 준비합니다. <ol><li> 반복과 2.1.4 2.1.1 단계 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}) 대신 P3HT와 PC의 (PTB7) 및 페닐 7,1 - 부티르산 메틸 에스테르 (PC 71 BM)(61) BM. </li><li> 클로로 벤젠의 볼륨 1,8- diiodooctane (DIO)에 의해 3 %의 혼합물을 확인합니다. 이 혼합 DIO-CB이라고합니다. </li><li> 40 ㎎ / ㎖ 솔루션을 가지고있는 PC (71) BM 유리 병에 12 ㎎ / ㎖ 용액을 충분히 DIO-CB를 가지고 PTB7 유리 병에 충분한 DIO-CB를 추가하고 각 유리 병에 자기 교반 막대를 추가하고. </li><li> 이러한 솔루션은 이틀 동안 70 ° C에서 핫 플레이트상에서 교반하자. </li><li> 1.5 PC (71) (1)의 BM에 PTB7의 중량비 솔루션을 섞는다. </li><li> 사용하는 70 ° C에서 다른 시간 동안 혼합 용액을 교반 전에 보자. </li></ol></li><li> 필터 (3,4- 에틸렌 디옥 시티 오펜) : 폴리 (스티렌 설 폰산) (PEDOT : PSS) 0.45 ㎛의 세공 크기의 나일론 필터를 통해. 이 절차는 P VP AI4083을 사용합니다. </li><li> 스핀 코트 활성층. <ol><li> 청소 ITO 기판을 놓고, 5 분 동안 UV 오존 청소기로, 최대 ITO는 쪽. </li><li> 스핀 코트 필터링 된 PEDOT의 120 μL : PSS를 처리 UV 오존에, ITO- 유리 기판 패턴1 분 동안 3,000 rpm에서의. 이것은 30 nm 두께의 층을 수득한다. </li><li> 180의 C에서 5 분 동안 PSS 코팅 된 ITO 기판 : PEDOT 어닐링. </li><li> 스핀 코트 혼합 P3HT의 70 μL : PC 61 BM 솔루션 PEDOT에 : PSS 코팅 된 ITO가 1 분 동안 약 1,000 rpm으로 기판들. 200 nm 두께의 활성층을 증착하는데 필요에 따라 속도를 변화한다. </li><li> P3HT 어닐링 : PC 61 BM 코팅 기판을 170 ° C에서 5 분 동안. 결과는 최적의 열처리 온도에 따라 다를 수 있습니다. </li><li> 스핀 코트 혼합 PTB7의 70 μL : PC 71 BM 솔루션 PEDOT에 : PSS 코팅 된 ITO가 1 분 동안 약 700 rpm으로 기판들. 100 nm 두께의 활성층을 증착하는데 필요에 따라 속도를 변화한다. </li><li> PTB7를로드 PC 고진공 71 BM 코팅 기판 (&lt;2 × 10 -6 토르) 챔버의 잔류 DIO를 제거 할 수 있습니다. 전형적으로, 챔버의 O / N에서의 샘플을 떠난다. </li></ol></li></ol> 3. 직렬 장치를 제작 &lt;OL&gt; <li> 라미네이트 CNT 전극. <ol><li> 직렬 장치를 만들기 위해 반 PTB7 및 P3HT 기판을 잘라. 전문 ITO 패턴이 단계를 필요로하지 않을 것이다. ITO 패턴은 적어도 두 개의 평행 한 ITO 멀리 다른 하나 mm로 한 에지로부터 연장되는 전극들이 있어야한다. </li><li> 먼저 유리의 가장자리로부터 중합체 및 PEDOT을 얻어 닦아 PTB7과 P3HT 코팅 기판을 준비하고,도 1의 첫 번째 패널에서와 같이 공통 전극으로 사용되는 ITO 스트립을 노출. </li><li> PTB7 및 P3HT 전극 위에 CNT 공통 전극 적층. 장치에 여과지의 CNT 측 배치 부드럽게 가압하고 멀리 여과지를 박리하여 SWCNT 필름을 적용한다. 이는도 1의 제 2 패널에 도시되어있다. </li><li> 메 톡시 - 노나 플루오로 부탄을 적용하여 표면에 CNT 전극을 치밀화 (C 4 F 9 OCH 3) (HFE)와 작은 아모로 CNT를 코팅하여액체의 NT 다음은 오프 건조시키는. </li><li> .도 1의 세 번째 패널에 도시 된 바와 같이 게이트 전극을 가질 것이다 ITO의 위쪽 및 유리 중합체 및 CNT를 닦아 면도날 게이트 누설을 방지하기 위해 유리로부터 모든 중합체를 제거한다. </li><li> PTB7 P3HT 및 코팅 기판의 세정 영역에 CNT 게이트 전극을 적층 체. 면도날과 MWCNT 숲의 가장자리에서 당겨 MWCNT 적층 시트가 일부 모세관 사이에 자유롭게 서 보자. 장치에 CNT를 적층 자립 시트를 통해 장치를 전달합니다. 공통 전극 상에 배치로서 게이트 전극 층의 2-3 배 번호를 가져야한다. </li><li> HFE 가진 게이트 전극을 치밀화. </li></ol></li><li> 이온 성 액체의 작은 방울 (≈10 μL)을 놓고, N은, N -Diethyl- N은 N을 1- 메틸 - (2- 메 톡시 에틸) 하나의 CNT 전극 양쪽의 위에 암모늄 테트라 플루오로 보레이트, DEME BF-4,기판. </li><li> 조심스럽게 각-다른 상단에 공통의 게이트 전극과 이온 성 액체와 기판 위에 이온 성 액체없이 기판을 배치합니다. 이는도 1의 마지막 패널에 도시되어있다. </li><li> 활성 영역 위에 전극 크기보다 작은 구멍 크기를 갖는 포토 마스크를 배치. 장소에 포토 마스크를 개최뿐만 아니라 테스트 기간 동안 함께 장치를 보유하는 작은 클립을 사용합니다. </li></ol> 4. 장치를 측정 <ol><li> 측정 글러브 박스에 장치를 전송합니다. </li><li> 전기의 연결을 확인합니다. <ol><li> 공통 전극과 접지와 같은 공통의 게이트 전극 사이의 게이트 전원을 연결한다. </li><li> 양극 또는 두 양극 중 하나를 선택할 수 있도록하는 스위치에 연결되어 전선에 두 개의 ITO 양극을 연결합니다. </li><li> 소스 측정 유닛의 입력 스위치의 출력을 연결한다. </li><li> 소스 MEAS의 접지를 연결합니다공통 전극에 URE 장치. </li></ol></li><li> V 게이트 오름차순위한 다음 단계를 반복하여 디바이스의 IV 특성을 측정한다. <ol><li> 0.25 V. 단위로 V 게이트에 V 게이트에서 = 2 V를 = 0 V를 시작, 다음 값에 V 게이트를 설정 </li><li> 5 분을 기다리거나 게이트 전류가 안정 될 때까지. 이상적으로, 게이트 전류는 수십 나노 암페어 주위 안정화한다. </li><li> 하위 세포 모두에 스위치를 설정합니다. </li><li> 램프 셔터를 엽니 다. </li><li> 약 100 단위 이상에서 1 볼트 -1 볼트의 소스 측정 유닛에 전압 스윕을 실행합니다. </li><li> -1 볼트에 1 볼트의 전압 스윕을 실행합니다. </li><li> 램프 셔터를 닫습니다. </li><li> 다시 전압 스윕을 실행합니다. </li><li> 전면 부 셀에 스위치를 설정합니다. </li><li> 반복 4.3.8에 4.3.4 단계를 반복합니다. </li><li> 다시 서브 셀에 스위치를 설정합니다. </li><li> 반복 4.3.8에 4.3.4 단계를 반복합니다. </li></ol></li><li> 장치 매개 변수를 계산합니다. &lt;OL&gt; <li> 서브 셀 양단의 전압이 0 일 때 V. 장치에 의해 생성 된 전류를 찾음으로써, 각 V 게이트에서 각 서브 셀의 단락 전류 (J SC)를 찾기 </li><li> 하부 - 셀을 통해 전류가 0 인 경우 A. 장치에 의해 발생하는 전압을 구함으로써 각 V 게이트에서 각 서브 셀의 개방 회로 전압 (V의 OC)를 찾기 </li><li> 각각의 전류 값과 각각의 전압 값을 승산하고, 최대 (가장 네거티브 한) 값을 선택함으로써, 태양 전지로부터 최대 전력 출력을 찾는다. 이것은 하나의 사진에서 생성 된 현재와 같은 음의 전류를 측정하는 것으로 가정합니다. </li><li> 입력 광 전력에 의해 최대 전력을 분할하여 전력 변환 효율 (η)을 찾는다. </li><li> J의 SC와 V의 OC의 곱으로 최대 전력을 나눔으로써 충전 인자 (FF)를 찾는다. </li></ol></li></ol>

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병렬 직렬 태양 전지를 설계 할 때의 결과는 몇 가지 고려를 강조. 서브 셀 중 하나가 저조한 경우 특히, 탠덤 성능에 부정적인 영향. 결과는 두 가지 주요 효과가 있음을 보여준다. 하나의 서브 셀이 단락 된 경우, 예를 들어, 저항 행동을 보여, FF T는 나쁜 하위 셀의 FF보다 높을 수 없습니다. J T의 SC와 V T의 OC는 유사하게 영향을받습니다. V 게이트 낮고 P3HT 서브 셀이 ON되어 있지 않은 때의 경우이다. 하나의 서브 셀은 양호한 다이오드 특성이지만 낮은의 V OC 또는 J SC에 기술되어있는 경우, 다음 J T SC 거의 J F의 SC 및 J B의 SC의 합이다. ...

고분자 반도체 인해 온도에 민감한 기판 높은 흡수율, 좋은 전송 특성, 유연성, 호환성에 대한 최고의 유기 태양 전지 (OPV) 물질이다. OPV 장치 전력 변환 효율, η, 그들 점점 가능한 에너지 기술 제작 한 9.1 %만큼 높은 효율 단일 세포로, 지난 몇 년간 상당히 더니. η의 개선에도 불구하고, 소자의 박막 최적 활성층 두께는 광 흡수를 제한하고 안정적​​인 제조를 방해. 또한, 각 고분자의 광 흡수의 스펙트럼 폭은 무기 재료에 비해 제한됩니다. 분광 감도가 다른 페어링 폴리머는 탠덤 아키텍처이 필요한 혁신을하고, 이러한 어려움을 무시합니다. 시리즈 탠덤 장치는 가장 일반적인 탠덤 구조이다. 이러한 설계에서, 전자 수송 materi문헌 선택적 금속 재결합 층 및 정공 수송층은 서브 셀이라는 두 개의 독립적 광활성 층을 연결한다. 직렬 구조의 서브 셀을 연결하는 결합 장치의 개방 회로 전압을 증가시킨다. 일부 그룹은 축퇴 도핑 전송 층 (3) 성공 있었다 - 5 만 이상의 그룹은 층간 6,7 전자와 정공의 재결합을 돕기 위해 금색 또는 은색의 입자를 사용했다. 대조적으로, 병렬 텐덤 두 활성층 합류 높은 전도성 전극, 양극 또는 음극 중 하나를 요구한다. 층간 금속 입자를 함유하는 일련의 탠덤 중간층을 제한,보다 얇기 때문에, 연속적인 금속 전극으로 이루어지는 병렬 탠덤 중간층 용 이는 매우 투명해야한다. 탄소 나노 튜브 (CNT) 시트 금속층보다 더 높은 투명도를 나타낸다. 나노 기술 연구소 그래서, 시마네 대학과 공동으로, INT가모 놀리 식, 병렬 직렬 장치 8 층간 전극으로서 사용하는 개념을 roduced. 이전 노력은 층간 양극 8,9 역할을 탄소 나노 튜브 시트와 모 놀리 식, 병렬, 직렬 OPV 장치를 선보였습니다. 이러한 방법은 나중에 층을 증착 할 때 하나 또는 두 세포 손상 앞 층의 단락을 방지하기 위해 특별한주의가 필요합니다. 이 논문에 기재된 신규 방법은 두 개의 단일 세포의 중합체 활성층 위에 CNT 전극을 배치하여 제작을 용이하게,도 1에 도시 된 바와 같이 다음 함께 두 개의 장치를 적층.이 방법은 공기를 포함한 장치로서 현저 - 안정된 CNT 음극이, 건조한 및 솔루션 처리를 사용하는 주변 조건에서 완전히 제조 할 수있다. 그들이 광활성 영역으로부터 전자를 수집하기 위해 일 함수를 감소의 n- 형 도핑을 필요로 CNT 시트는, 본질적으로 잘 음극 아니다태양 전지 (10). 14 - 전해질 대전 전기 이중층은, 이러한 이온 성 액체로서, CNT의 일 함수가 전극 (11)을 이동하는데 사용될 수있다. 게이트 전압 (V 게이트) 증가 인도 2의 선행 논문 (15)에 설명되고 도시 된 바와 같이, CNT 공통 전극의 일 함수가 전극의 비대칭을 생성, 감소된다. 이 OPV의 수용체로부터 전자를 수집 찬성 OPV의 기증자 구멍 수집을 방지하고, 디바이스는 포토 다이오드 (15)의 동작에 비효율적 포토 레지스터에서 변경, 전원을 켭니다. 또한 에너지는 태양 전지 (15)에 의해 생성 된 전력에 비해 사소한되는 장치 및 게이트 누설 전류로 인해 손실 된 전력을 충전하는 데 사용되는 것을 주목해야한다. CNT 전극의 이온 게이팅 인한 상태의 낮은 밀도로 높은 일 함수에 큰 영향을 미친다탄소 나노 튜브 전극의 부피 비율로 표면 영역입니다. 비슷한 방법이 N-Si를 16 CNT의 계면에서 쇼트 키 장벽을 향상시키기 위해 사용되어왔다.

<table><tbody><tr><td>폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):p올리-(스티렌설포네이트)</td><td>헤레우스</td><td>클레비오스 PVP AI 4083</td><td></td></tr><tr><td>폴리(3-헥실티오펜-2,5-디일)&nbsp;</td><td>리케 메탈&nbsp; Inc.</td><td>P3HT:&nbsp; P200</td><td></td></tr><tr><td>페닐 -C < > 61 < / >-butyric; 산 메틸 &nbsp; 에스테르</td><td>1- 재료</td><td>PC61BM</td><td></td></tr><tr><td>폴리 ({4,8-bis [(2-ethylhexyl) 옥시] 벤조 [1,2-b : 4,5-b &prime;]디티오펜-2,6-디일}{3-플루오로-2-[(2-에틸헥실)카르보닐]티에노[3,4-b]티오페네디일})&nbsp;</td><td>1- 재질</td><td>: PTB7</td><td></td></tr><tr><td>페닐 -C < > 61 < / >- 부티르산 메틸 &nbsp; 에스테르</td><td>: Solenne</td><td>PC71BM</td><td></td></tr><tr><td>1,8- 디요오드 옥탄</td><td>시그마 Aldrich</td><td>250295</td><td></td></tr><tr><td>클로로 벤젠</td><td>시그마 Aldrich</td><td>284513</td><td></td></tr><tr><td>인듐 주석 산화물 코팅 유리 15 Ohm / SQ</td><td>Lumtec</td><td></td><td></td></tr><tr><td>S1813</td><td>UTD 클린 룸</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MF311</td><td>UTD 클린룸</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HCl</td><td>UTD 클린룸</td><td></td><td></td></tr><tr><td>아세톤</td><td>Fisher Scientific</td><td>A18-20</td><td></td></tr><tr><td>톨루엔</td><td>Fisher Scientific</td><td>T323-20</td><td></td></tr><tr><td>메탄올</td><td>BDH</td><td>BDH1135-19L</td><td></td></tr><tr><td>이소프로판올</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>접촉 프린터</td><td>Quintel</td><td>Q4000-6</td><td>http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/QuintelPrinter.htm</td></tr><tr><td>CPK 스핀 프로세서</td><td></td><td></td><td>http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/tools/CPKsolvent.htm</td></tr><tr><td>스핀 코터</td><td>Laurell</td><td>WS-400-6NPP/LITE</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">[header]</td></tr><tr><td>글로브 박스</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 멀티플렉서</td><td>Keithley/Techtronix</td><td>7002</td><td></td></tr><tr><td>초음파 세척기</td><td>Kendal</td><td>HB-S-49HDT</td><td></td></tr><tr><td>마이크로피펫</td><td>Eppendorf</td><td>200 &micro; 엘</td><td></td></tr></tbody></table>

탠덤 유기 태양 전지의 이온 정문 탄소 나노 튜브의 공통 음극의 생산을 위해 주위 방법

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

진공 처리가 필요 없는 유기 태양광(OPV) 탠덤을 제작하는 방법을 제시합니다. 이 장치는 투명 탄소 나노튜브(CNT) 중간층으로 병렬로 연결된 두 개의 용액 처리 고분자 셀로 구성됩니다. 이 구조에는 탠덤 OPV 장치에 대한 제조 기술의 개선이 포함됩니다. 먼저 주변 처리 음극의 필요성을 고려합니다. 탠덤 장치의 CNT 양극은 이온 게이팅을 통해 조정되어 공통 음극이 됩니다. 이온 게이팅은 전기 이중층 충전을 사용하여 CNT 전극의 일 기능을 낮춥니다. 둘째, 솔루션 처리에 의해 Tandem Layer를 순차적으로 적층하는 것의 어려움이 해결됩니다. 이 장치는 용액 및 드라이 라미네이션을 통해 주변 조건에서 병렬 처리 단계로 제작됩니다. 개별 고분자 셀을 제조하는 방법, 공통 CNT 음극과 함께 적층하는 데 필요한 단계, 그리고 나서 몇 가지 대표적인 결과를 제공하는 데 필요한 단계가 설명됩니다. 이러한 결과는 CNT 전극의 이온 게이팅을 통해 공통 음극을 생성하고 적층 절차의 결과로 전류 및 효율을 추가하는 것을 보여줍니다.

이러한 장치는 빛의 큰 스펙트럼 범위를 흡수하여 중합체, 상당히 상이한 밴드 갭의 특히 중합체를, 상이한 형성된 탠덤 장치는 실용적 관심사이다. 이 디바이스 구조에서, PTB7 서브 셀은 다시 셀이고 P3HT는 전면 하부 - 셀이다. P3HT 서브 셀 PTB7 서브 셀에 의해 흡수 된 긴 파장 광에 대해 대체로 투명한로서 이는 빛의 큰 양을 흡수하기위한 것이다. 탠덤, 전면 또는 각각 다시 셀을 참조 할 때 선명도, 태양 전지 매개 변수 V의 OC, J 사우스 캐롤라이나, FF, 및 η를 위해 첨자 T, F, 또는 B로 장식 될 것입니다. 표 1은 이러한 약어를 보여줍니다 . 장치에 대한 전류 전압 곡선의 선택은도 3에 도시하고,도 4의 태양 전지의 파라미터를 추출한다. 그것은 PTB7 서브 셀 것으로 관찰(다시는) P3HT 서브 셀 (전...

주변 조건에서 병렬 구성의 유기 태양광 탠덤 장치를 제작하는 방법이 제시됩니다. 이 장치는 공기 처리된 반투명 탄소 나노튜브 공통 음극을 특징으로 합니다.

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

다음 실험의 전반적인 목표는 고진공 증착 공정 없이 완전히 주변 환경에서 탠덤 태양전지를 제작할 수 있음을 보여주는 것입니다. 이는 두 개의 별도 인듐 주석 산화물 패턴 유리 기판 위에 두 개의 유기 태양광 서브 셀을 제작함으로써 달성되며, 두 번째 단계로 탄소 나노튜브 공통 전극 및 GA 전극을 소자 상단에 적층합니다. 게이트를 통해 두 유기 태양광 서브 셀의 음극 역할을 하는 공통 전극의 일함수를 조절할 수 있습니다.다음으로 탄소 나노튜브 전극 위에 이온 액체를 도포하고 두 전극을 서로 압착하여, 이온 액체가 함침된 공통 탄소 나노튜브 전극을 형성합니다. 실험 결과, 충전을 통해 탄소 나노튜브 전극을 효율적으로 음극으로 변환할 수 있음을 확인하였으며, 조명 하에서 소자의 전류-전압 특성을 측정한 결과 병렬 탠덤 태양전지 성능이 관찰되었습니다. 진공 공정과 같은 기존 방식과 비교하여 이 기술의 주요 장점은 상온 상압 조건에서 수행 가능하다는 점입니다.이렇게 하면 비용이 절감될 뿐만 아니라 에너지 효율도 더 높습니다. 또한, 일반적인 공정에서는 층을 하나씩 계속 쌓아 올려야 하지만, 저희 방식은 몇 개의 층을 만든 다음 전체를 한꺼번에 라미네이팅하기 때문에 훨씬 더 쉽게 작업할 수 있습니다.따라서 이 방법은 유기 태양전지에 대한 통찰을 제공할 뿐만 아니라 다른 시스템에도 적용될 수 있습니다. 예를 들어 전계 효과 트랜지스터, 발광 다이오드, 그리고 논리 게이트 및 에너지 저장 장치가 통합된 유기 태양전지와 같은 소자 조합 등이 있습니다. 탄소 나노튜브 적층을 시각적으로 보여주는 것은 나노튜브가 가볍고 강하며 효과적으로 조작하기 어려울 수 있기 때문에 중요합니다. 본 영상은 탠덤 태양전지의 제작으로 시작합니다.이 단계에 앞서, 인듐 주석 산화물 또는 ITO 기판 위에 광전지 활성층을 코팅하였습니다. 두 기판 모두 패턴화된 ITO 전극이 형성된 유리로 제작되었습니다. 각 기판에는 한쪽 가장자리에서 반대쪽 가장자리로부터 최소 1mm 떨어진 지점까지 연장되는 두 개의 평행한 인듐 주석 산화물 전극이 있습니다.각 기판은 또한 30 nanometers 두께의 pdot PSS로 코팅됩니다. 한 기판에는 P three HT와 PC 61 bm이 1:1로 혼합된 200 nanometer 두께의 층이 형성되어 있습니다. 다른 기판에는 PTB seven과 PC 71 bm이 2:3으로 혼합된 100 nanometer 두께의 층이 형성되어 있습니다.다음 단계는 모든 샘플에 대해 동일하게 진행됩니다. 비디오에서는 하나의 샘플만을 집중적으로 다루며, 클린룸 와이프를 가져와 소량의 toluene로 적십니다. 이를 사용하여 폴리머 층을 닦아내어 기판의 가장자리와 소자의 공통 전극 역할을 할 indium tin oxide 스트립을 노출시킵니다.나중 단계에서 사용할 다른 ITO 전극의 일부가 노출되지 않도록 주의하십시오. 다음 단계는 탄소 나노튜브 공통 전극을 라미네이팅하는 것입니다. 이 여과지의 한쪽 면에는 부유 촉매 화학 기상 증착 공정으로 생성된 단일 벽 탄소 나노튜브가 포함되어 있습니다.필터 페이퍼의 나노튜브 측면을 기판의 활성층 위에 올려놓아, 해당 층이 공통 전극으로 사용될 ITO 전극과 연결되도록 합니다. 필터 페이퍼에 가볍게 압력을 가하여 탄소 나노튜브를 전사합니다. 그런 다음 필터 페이퍼를 들어 올려 탄소 나노튜브만 남깁니다.탄소 나노튜브 전극의 접착력을 향상시키기 위해, 피펫을 사용하여 하이드로 플루오로 에테르 메톡시, 논 플루오로 부탄을 사용하십시오. HFE를 소량 취해 샘플 위에 배치합니다. 탄소 나노튜브 상단에 HFE를 떨어뜨립니다.계속 진행하기 전에 HFE를 증발시키십시오. 기판이 건조되면 게이트 전극이 위치할 영역을 확인합니다. 톨루엔을 적신 와이프로 해당 영역의 폴리머와 탄소 나노튜브를 닦아내십시오.다음으로, 면도날을 사용하여 해당 영역에 남아 있는 폴리머를 제거합니다. 게이트 누설을 방지하기 위해 질소 건으로 폴리머 잔해를 깨끗이 제거하고, 계속 진행하기 전에 멀티미터를 사용하여 전극이 절연되었는지 확인하십시오. 이제 세척된 영역에 탄소 나노튜브를 적층하여 게이트 전극을 생성할 준비를 합니다.이 실리콘 웨이퍼에는 화학 기상 증착 공정으로 제작된 고도로 정렬된 다중벽 탄소 나노튜브 숲이 형성되어 있습니다. 웨이퍼를 높인 플랫폼의 가장자리 근처, 웨이퍼와 수평이 되는 위치에 고정하십시오. 두 개의 평행한 모세관이 돌출되어 있어야 합니다.홀더에 고정된 기판이 그 사이에 들어갈 수 있어야 합니다. 나노튜브의 라미네이션을 시작하려면, 면도날을 포레스트의 가장자리에 누른 다음 웨이퍼와 평행하게, 그리고 튜브 방향으로 포레스트에서 바깥쪽으로 가로 방향으로 당기십시오. 그러면 자립형 시트가 자기 조립됩니다.시트가 시작되면 모세관을 사용하여 돌출된 튜브 위로 시트를 계속 끌어당깁니다. 다음으로, 웨이퍼 핀셋으로 잡은 장치를 세척된 영역이 시트에 노출되도록 방향을 맞춥니다. 장치를 시트 사이로 통과시켜 튜브 사이에 지지된 시트를 장치의 세척된 영역으로 전사합니다.모세관을 사용하여 시트를 추가로 끌어당긴 다음, 또 다른 층을 추가합니다. 다중벽 탄소 나노튜브가 5층이 될 때까지 이 과정을 반복합니다. 라미네이션 후, 피펫을 사용하여 HFE 약 100 µL를 취해 게이트 전극 위에 HFE 방울을 떨어뜨리고 건조시킵니다.P3HT 및 PTB7 기판 모두에 전극을 추가한 후, 다음 단계는 이온 액체를 도입하는 것입니다. 본 영상에서는 deme tetra fluoro bore를 사용합니다.왼쪽에는 P3HT 기판이, 오른쪽에는 PTB7 기판이 있습니다. 두 기판이 서로 대칭이 되도록 배치하십시오. 작업할 전극 하나를 선택하고, 모세관을 사용하여 공통 전극 위에 액체를 소량씩 여러 방울 떨어뜨리십시오.총 약 10 µL를 사용합니다. 보행 전극(gait electrode)에 대해서도 동일하게 수행하십시오. 이온 액체가 없는 기판을 집어 들어 다른 기판과 정렬하며 진행합니다.공통 전극과 보행 전극이 각각 서로 정렬되어 마주 보도록 기판을 배치합니다. 그런 다음 이온 액체가 없는 기판을 다른 기판 위에 올립니다. P three HT의 활성 영역 위에 전극 크기보다 작은 조리개 크기를 가진 포토마스크를 덮습니다.작은 클립을 사용하여 장치를 고정하고, 다음 단계를 위해 포토마스크를 제자리에 고정합니다. 장치는 솔라 시뮬레이터가 장착된 측정용 글로브 박스로 옮겨졌습니다. 글로브 박스는 질소 환경으로 유지되어 공기 노출로 인한 성능 저하를 방지하는 데 도움이 됩니다.테스트 중에 탠덤 셀을 솔라 시뮬레이터 아래에 배치하십시오. P3HT 셀과 포토마스크가 솔라 시뮬레이터 출력을 향하도록 장치를 정렬하십시오. 게이트 전원 공급 장치, 소스 측정 장치(SMU) 및 멀티플렉서에 필요한 전기적 연결을 시작하십시오.먼저, 공통 전극을 접지로 하여 공통 전극과 게이트 전극 사이에 게이트 전원 공급 장치를 연결합니다. 다음으로, 두 개의 ITO 양극을 멀티플렉서에 연결하여 전면 P3HT 셀의 양극, 후면 PTB7 셀의 양극, 또는 두 양극 모두를 선택할 수 있도록 합니다. 장치의 출력은 소스 미터 유닛(source measure unit)으로 입력됩니다.마지막으로, 소스 측정 장치(SMU)의 접지를 공통 전극에 연결합니다. 탠덤 구성의 경우, 전면 셀 구성과 후면 셀 구성에서 소자의 IV 특성을 측정합니다. 본 실험에서 측정은 자동화되어 진행됩니다.측정할 서브 셀을 선택하려면 램프 셔터를 전환하고 IV 스윕을 실행하십시오. 게이트 전압은 0V에서 2V 사이에서 수동으로 변경합니다. 게이트 전압을 선택하고 게이트 전류가 수십 nA 범위로 안정화될 때까지 기다린 후, 서브 셀 하나를 선택하고 -1V에서 1V까지 광조사 상태에서 IV 스윕을 실행하여 측정을 시작하십시오.태양광 시뮬레이터 램프를 끈 상태에서 동일한 스윕을 수행합니다. 각 스윕은 약 15초가 소요됩니다. 각 게이트 전압에서 각 서브 셀과 두 셀의 병렬 조합을 측정해야 합니다.게이트 전압을 다음 값으로 증가시키고 6쌍의 스윕을 수행하는 과정을 전체 게이트 전압 범위가 모두 탐색될 때까지 반복합니다. 다음은 서로 다른 두 가지 게이트 전압을 사용하여 탠덤 셀을 측정한 IV 곡선입니다. 검은색 곡선은 1.5 volts의 게이트 전압에 해당하며, 빨간색 곡선은 2.25 volts의 게이트 전압에 해당합니다.원형 기호는 두 셀을 직렬로 연결하여 수집한 데이터이며, 사각형 기호는 전면 P3HT 셀 사용과 관련이 있습니다. 삼각형 기호는 후면 PTB7 셀을 나타냅니다. 1.5 V에서 전면 셀과 직렬 셀의 곡선이 매우 선형적으로 나타나는 것은 P3HT 서브 셀이 오프 상태에서 션트(shunt) 역할을 함을 시사합니다.이와 대조적으로, PTB seven back 셀은 1.5 V 및 2.25 V에서 DDE 특성을 나타냅니다. 성능이 저하된 지점의 데이터를 사용하여 게이트 전압의 함수로서 태양전지 파라미터를 추출할 수 있습니다. 여기에는 개방 회로 전압, 단락 전류, 충전율 및 광전 변환 효율이 포함됩니다.검은색 곡선은 탠덤 셀, 파란색 곡선은 P3HT 전면 셀, 빨간색 곡선은 PTB7 후면 셀을 나타내며, 개방 회로 전압에 초점을 맞춘 결과입니다.빨간색 곡선은 0.5 V에서 켜진 PTB seven 셀을 나타냅니다. 해당 셀은 1.5 V에서 정점에 도달합니다. 파란색 곡선은 약 1 V 부근에서 켜지기 시작하는 P three HT 셀을 나타냅니다.2V 이상에서 완전히 켜집니다. 이 절차를 수행할 때는 모든 접점의 저항을 측정하여 특히 탄소 나노튜브 공통 전극과 게이트 전극에서 단락이 발생하지 않는지 확인해야 합니다. 이 모든 아름다운 실험들을 실제로 수행하며 훌륭하게 설명해 준 젊은 동료들의 성과를 마무리하며, 각 유리판 위에 부품을 제작하고 매우 얇은 액체 층을 추가한 뒤 그 위에 유리판을 겹쳐 올림으로써 고체 및 액체 부품의 단일 소자를 만드는 이 방식은 매우 흥미로운 새로운 설계임을 언급하고 싶습니다. 이 설계는 진공 장비나 수많은 층을 쌓지 않고도 더 복잡한 소자를 제작할 수 있게 할 뿐만 아니라, 유기층 작동의 배후에 있는 물리학을 이해하는 길을 열어줄 것입니다.또한, 이는 향후 유기 광태그(organic photo tag)의 성능을 최적화하는 데 도움이 될 것입니다. 이 영상을 시청한 후에는 탄소 나노튜브를 사용하여 유기 소자 상단에 양극을 제작할 수 있게 될 것입니다. 다음으로, 각각 별도로 제작된 두 개의 소자를 이용해 탠덤 소자(tandem device)를 제작할 수 있게 될 것입니다.마지막으로, 이온성 액체를 사용하여 해당 양극을 음극으로 만들 수 있습니다. 탄소 나노튜브와 할로겐화 용매를 다루는 것은 매우 위험하다는 점을 잊지 마십시오. 따라서 이 절차를 수행할 때는 항상 글로브 박스 사용 및 개인 보호 장구 착용과 같은 예방 조치를 취해야 합니다.

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여기서는 고효율 태양 전지 페 로브 스카이 트를 달성하기 위해 가의 양이온 첨가제의 혼입을 통해 용액 처리 CH 3 NH 3 PBI (3)의 특성을 조정하는 프로토콜을 제시한다.

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