Name: 벌크 이종 접합 태양 전지의 인쇄 제작 및 현장에서 형태학 특성 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 32 s
Description: 학습하세요 유기 박막 태양전지의 인쇄 제작 및 용매 증발 중 형태학 진화 관찰 방법을. 미니 슬롯 다이 코팅과 동기방사선 산란 기법을 활용하여 산업 공정과 첨단 분석을 결합합니다.

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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.

1. 광자 활성 혼합 잉크 제조 <ol><li> DPPBT 중합체 10 ㎎ 및 PC (71) BM 재료 10 ㎎ (도 1에 도시 된 화학 구조)를 단다. 4 ㎖의 유리 병에서 그들을 섞는다. </li><li> 1.5 ml의 클로로포름을 첨가하고, 혼합물에 1,2- 디클로로 벤젠의 75 μl를 추가합니다. </li><li> , 유리 병에 작은 교반 막대를 넣어 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (PTFE) 캡 바이알을 닫고, 핫 플레이트에 유리 병을 전송합니다. 에 ~ 400 rpm으로, 열 ~ 50 ° C 하룻밤, 사용하기 전에 충분히 교반하십시오. </li></ol> 2. ITO 및 웨이퍼 기판 청소 및 준비 <ol><li> 로드 테프론 세정 래크에 인듐 (반 ITO 제거로 3 인치 × 1 인치), 산화 주석 (ITO), 유리 기판이나 실리콘 웨이퍼를 프리 패터닝 및 유리 컨테이너 (도 2)에 랙을 넣어. 유리 용기에 (300 ㎖, 1 % 만능 세제)을 희석 된 세제 용액을 첨가하고 15 분 동안 초음파 처리 및 초음파 처리로 유리 용기에 넣어.</li><li> 세제를 제거하고 탈 이온수 (DI) 물 몇 번으로 ITO 유리를 씻어. 이어서 용기에 300㎖의 탈 이온수를 추가하고, 또 다른 15 분 동안 초음파 처리에 유리 용기에 넣어. </li><li> 컨테이너에서 물을 제거합니다. 용기에 300㎖의 아세톤을 추가하고 15 분 동안 초음파 처리. </li><li> 아세톤을 제거합니다. 유리 용기에 300 ml의 2 isopranol를 추가 한 다음 15 분 동안 초음파 처리. </li><li> 청소가 오븐 속으로 랙 이동합니다. 100 ° C의 오븐 온도를 설정하고 ITO 유리가 완전히 건조 될 때까지 3-5 시간을 기다립니다. </li><li> 청소 기판을 꺼냅니다. 자외선 오존 청소기 또는 산소 플라즈마 클리너로 전송합니다. 제조 업체의 프로토콜에 따라 ~ 15 분을 청소하는 고성능 UV 오존 플라즈마를 사용합니다. </li><li> 스핀 코터에 세정 된 기판을 넣어 150 ㎕의 폴리 (3,4- 에틸렌) 폴리스티렌 술폰산을 추가 (PEDOT : PSS) 코팅 3,000 rpm에서 세정 된 기판 상에 용액을 스핀 코트~ 30 nm 두께의 PEDOT : PSS (PEDOT : PSS 4083)이 ITO 유리 또는 실리콘 중 웨이퍼 위에 박막. </li><li> 스핀 코팅 된 기판을 벗어. 15 분 동안 150 ℃에서 가열 플레이트 및 어닐링에 신선한 코팅 된 기판을 옮긴다. </li></ol> 3. 활성 레이어 인쇄 <ol><li> 로드 기판. 미니 슬롯 다이 코터의베이스 플레이트 상에 코팅 된 ITO PSS 기판 다음 PEDOT를 넣는다. 단단히 기판을 유지하도록 슬롯 다이 코터의 진공 척에 접속 된 진공 펌프를 켜고. (그림 3은 다양한 구성 요소의 위치를 참조하십시오.) </li><li> 바로 프린터 헤드 아래에 넣어 기판의 위치를 ​​조정합니다. 이는 기판 플레이트 아래 선형 조절기를 사용하여 수행 될 수있다. </li><li> 프린트 헤드를 보유하고있는 2-D 틸팅 조작을 사용하여 틸팅 헤드를 조정합니다. 머리가 수직으로 적재 된 기판 위에 서 있는지 확인합니다. 이 공정에서는, 인쇄 헤드는 substra 가까이 낮게 할 수있다테. 헤드 기울어 여부 표시하는 프린트 헤드와 기판 사이의 갭을 사용한다. 웨이퍼 기판을 사용하는 경우에 인쇄 헤드의 작은 화상이 표시되며,이 경사를 확인 훨씬 쉽게되기 때문에 이는 매우 유용 할 것이다. </li><li> 조정 제로로 머리 - 기판 거리. 수직 모터 힘 센서에 연결되어있다. 프린트 헤드가 부동 될 때, 일정한 힘 판독 (헤드를 인쇄 매니퓰레이터 조립체 틸팅의 중량에서) 수득 될 것이다. 프린터 헤드가 기판에 접촉되면, 읽기는 제로 위치를 표시, 줄일 수 있습니다. 단계 거리 설정에 대한 그림 4를 참조하십시오. 거리를 조정하는 조그 모드를 사용합니다. 주 : 수직 매니퓰레이터 병진 판 스프링을 사용하여 기지국에 접속하고, 스프링 상수가 약간 변화된다. 힘 센서에 따라서 작은 변화는 실험 기간 동안 피할 수 있습니다. </li><li> 실험을 실행하기 위해 머리 - 기판 값을 설정합니다. 이 실험에서는, 설정된100 μm의 간격을 기판에 머리. </li><li> 인쇄에 사용되는 리니어 모터의 병진 스테이지를 조절. 시작 지점과 끝 지점을 찾을 수 있습니다. 이 값을 기록한다. 리니어 모터의 이동 거리가 100mm이다. 여기서, 상기 기점으로 10mm 모터 위치와 종결 지점으로 80mm 모터 위치를 설정한다. </li><li> 소프트웨어 인터페이스를 (도 4B)를 제어하는 모터를 이용하여 10mm / 초의 인쇄 속도를 설정한다. 100m / 초 모터의 가속 속도를 설정합니다. <ol><li> 모터가 제대로 작동하지 않거나 소프트웨어에 오류가있는 경우, 소프트웨어를 다시 시작하고 소프트웨어 인터페이스에서 다음 &quot;홈&quot;을 &quot;사용&quot;버튼을 클릭하시기 바랍니다. 프로세스를 인쇄 중에 상기 프린트 헤드가 고정 된 채로 유지되고, 기판이 용액을 조제하고, 산업용 인쇄 처리를 모방 이동합니다. </li></ol></li><li> 로드 DPPBT : PCBM 용액 (실온) 1 mL를 주사기로 슬롯에 연결되어 주사기 펌프의 주사기 마운트프린터를 죽는다. 소프트웨어 (주사기 직경 및 솔루션 공급 속도, 0.3 ㎖ /이 경우에는 분) 제어에 인쇄 매개 변수를 설정합니다. </li><li> 인쇄 실험을 시작합니다. <ol><li> 소프트웨어 제어에서 위치 윈도우의 시작점의 위치를 ​​입력하여 기점으로 기판을 이동. 자세한 내용은도 4c를 참조하십시오. </li><li> 주사기 펌프 소프트웨어의 시작을 클릭하여 슬롯 다이 머리에 솔루션을 펌프 시작합니다. 대안 적으로, 수동 시린지 펌프를 작동한다. 각 코팅 용액의 약 ~ 100 μL이 사용됩니다. 일반적으로 처음 인쇄 300 ㎕의 솔루션을 사용하여 반복 인쇄 ~ 100 μL 솔루션을 사용합니다. </li><li> 빨리 해결책은 프린트 헤드로부터 나오는 시작할 때 병진 모터를 시작하고, 상기 기판은 최종 위치로 이동한다. 이것은 중요한 단계입니다 유의하시기 바랍니다. 모터 MOV를 시작하는 입력 위치 창에 위치를 종료 병진 모터를 미리로드, 클릭장담. </li><li> 주사기 펌프를 중지 수직 모터를 사용하여 프린트 헤드를 해제. 오프 진공을 켜고베이스 플레이트 오프 기판을. 이 인쇄 헤드 죽은 볼륨이 250 μL, 따라서 처음 작성하는 솔루션의 250 개 이상의 μl를 취합니다. </li><li> 잔류 용매를 제거 3-5 시간 동안 진공 오븐에 프린트 기판을로드. </li><li> 프린트 헤드 아래에 페트리 접시를 넣어. 머리를 청소 프린트 헤드에 10 ml의 클로로포름 펌프. 페트리 접시에 오염 된 클로로포름 용액을 수집합니다. 세정 용액을 펌핑하는 동안 인쇄 헤드를 청소하기 위해 면봉을 사용합니다. 각 도장 실행 후에 다른 용액이 사용될 때, 특히 기록 헤드를 청소. 참고 : DPPBT : PCBM 솔루션은 어두운 녹색을 보여줍니다. 세정이 완료되면, 어떠한 색상 클로로포름 용매에서 볼 수 없다. </li></ol></li></ol> 4. 음극 전극 증착 <ol><li> 로드섀도우 마스크 상에 활성층을 코팅 된 기판 (도 5)와 증착 챔버에 마스크를 탑재. </li><li> 전극 스터드 (도 6a) 사이에 두 개의 열 증발 보트를 넣습니다. LiF를 소금 한 보트 (거의 덮고있는 배 ~ 0.2 g) 및 알루미늄 금속과 한 배 (4 펠렛)를 넣습니다. </li><li> 증착 실을 닫고 약 2 × 10-6 토르, 증착 챔버를 펌프 다운. </li><li> 알루미늄 100 nm의 다음 LiF를 1 nm의 입금 챔버를 설정합니다. 현재의 경우에, LiF를 증착에 20 % 전력을 사용하고 알루미늄 증착 26 % 전력을 사용한다. 본 연구에 사용 된 시스템의 증발기 제어 인터페이스는도 6b에 도시. </li><li> 피난 펌프를 중지하고 질소 가스 챔버를 입력합니다. 압력이 대기압으로 반환 될 때, 기판을 꺼내. </li></ol> 5. 태양 광 성능 측정 <ol><li> 절반 인 유리 슬라이드를 준비장치의 제조에 사용되는 ITO 유리의 폭. 글러브 박스에서이 단계를 수행합니다. 유리 기판의 한쪽면에 에폭시 접착제를 붙여 상기 에폭시 접착제 코팅 된 유리 슬라이드 (샘플 장치에 대해도 11을 참조)를 사용하여 디바이스 영역을 커버. 에폭시가 경화되면, 장치가 완전히 밀봉된다. </li><li> 태양 광 시뮬레이션 램프를 시작하고 100 mW의 / cm 2 1.5 방사선 AM으로 설정. 측정하기 전에 약 15 분 동안 램프를 안정. 도 7에 도시 된 본 연구에 사용 된 PV 측정 시스템이다. </li><li> 악기 제안 거리에서 태양 광 시뮬레이터에서 장치를 탑재합니다. 양극과 측정 회로에 음극을 연결한다. 제조자의 프로토콜을 사용하는 전기 멀티 미터를 이용하여 전류 - 전압 곡선을 기록한다. </li><li> 다음과 같이, 장치의 성능을 결정 : J의 SC : 단락 전류, 태양 전지 소자를 제공 할 수있는 최대 전류; V OC는 </sub&gt; 개방 회로 전압, 태양 전지 소자를 제공 할 수있는 최대 전압; FF : 요소, J 사우스 캐롤라이나 *의 V의 OC로 나눈 IV 곡선의 최대 영역을 채우기; PCE : 에너지 변환 효율, J SC의 *의 V OC는 FF * / (경우 100mW / cm 2). </li></ol> 6. 싱크로트론 X- 선 측정 <ol><li> X 선 측정에 공기 산란을 억제하기 위해 헬륨 상자를 설정합니다. 헬륨 상자에 미니 슬롯 다이 코터를 탑재합니다. 고급 광원에서 헬륨 상자를 사용하여 그레이 징 입사 X- 선 회절 실험의 실험 설정은도 8에 도시되어있다. </li><li> 용매를 증발 두께 변화를 모니터링하기 위해 인쇄 장치에 광 간섭계를 탑재. 본 실험에서는, (예를 Filmetrix F20)을 UVX 모델을 사용한다. 이 실험에서 사용되는 재료는 300-900 nm 파장의 강한 빛을 흡수 있습니다. <ol><li> 광 간섭계의 광원 램프를 사용 번째에서 물질의 흡수를 방지 할 수 있습니다. 이 실험에서 1,100-1,700 nm 파장 램프를 사용합니다. 그 동작의 절차에 따라 실험을하기 전에 악기를 사전 교정. </li></ol></li><li> 프린터의 기판 홀더에 PSS 코팅 된 웨이퍼 기판을 단계 3.2-3.5 다음 머리와 기판 위치를 조정하십시오 PEDOT를 넣습니다. 진공 펌프의 전원을 켜고 웨이퍼 기판 단단히 기판 홀더에 붙어 있는지 확인하십시오. </li><li> 공기를 제거 헬륨 퍼지 박스. 산소 센서에 의해 모니터링 될 수보다 0.3 V %되어야 함 산소 수준을 참고. </li><li> X 선은 기판 (인쇄의 종료 위치)에 충돌하는 위치에 상기 기판을 정렬하고, 입사각이 경우 0.16 °로 설정한다. 빔 라인 프로토콜에 따라 맞 춥니 다. </li><li> X 선 조사 시간 및 데이터 취득 방법을 설정한다. 여기서, 2 노광 시간으로 초, 지연 시간이 3 초이어서를 사용 (서버 빔의 손상을 방지하기 위해). 따라서 각각의 실험 기간 것5 초합니다. 100 반복의 연속 대기열을 수행; 따라서 100 사진을 촬영. </li><li> 실험의 이름을 지정하고 실험 파일을 저장하기 위해 데이터 경로를 선택합니다. 전술 한 설정을 쉽게 찾을 수있는 고급 광원 빔라인 7.3.3 사용자 인터페이스가도 9에 도시되어있다. </li><li> 모터 제어 소프트웨어의 시작 위치를 입력함으로써 개시 위치는 기판을 이동. X 선 셔터를 시작하고 검출기는 지속적으로 회절 / 산란 신호를 기록합니다. </li><li> 인쇄 헤드에 솔루션을 공급하기 위해 주사기 펌프를 시작합니다. 용액 (a 감시 카메라로 모니터링), 인쇄 헤드로부터 토출하기 시작하면, 신속하게 인쇄 처리를 시작한다. 주 : 미리 선택된 측정 위치에 도달하면, 2-D 검출기는 용액으로부터 산란 된 신호를 캡처 할 것이다. 막 두께는 간섭계에 의해 모니터된다. 따라서, 상기 박막 형태의 진화를 기록한다. </li><li> 프린터를 들어 올려머리와 실험이 완료되면 헤드를 청소하십시오. </li></ol>

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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...

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&gt; 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.

<table><tbody><tr><td>PC71BM</td><td>Nano-C Inc</td><td>nano-c-PCBM-SF</td><td></td></tr><tr><td>DPPBT</td><td>매사추세츠 대학교</td><td>맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>PEDOT:PSS</td><td>Heraeus</td><td>P VP Al 4083</td><td></td></tr><tr><td>Mucasol 액체 세척기</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z637181</td><td></td></tr><tr><td>아세톤</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>270725</td><td></td></tr><tr><td>이소프로필 알코올</td><td>BDH</td><td>BDH1133</td><td></td></tr><tr><td>클로로포름</td><td>시그마-알드리치</td><td>372978&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>1,2-디클로로벤젠</td><td>시그마-알드리치</td><td>240664</td><td></td></tr><tr><td>불화 리튬</td><td>시그마-알드리치</td><td>669431</td><td></td></tr><tr><td>알루미늄</td><td>커트 레스커</td><td>EVMAL50QXHD</td><td></td></tr><tr><td>유리 바이알</td><td>피셔 사이언티픽</td><td>03-391-7B</td><td></td></tr><tr><td>초음파 세척기</td><td>Cleanosonic</td><td>Branson 2800</td><td></td></tr><tr><td>오븐</td><td>WVR</td><td>414005-118</td><td></td></tr><tr><td>클리닝 랙</td><td>로렌스 버클리 국립 연구소</td><td>맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>그림자 마스크</td><td>로렌스 버클리 국립 연구소</td><td>맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>UV 오존 클리너</td><td>UVOCS INC</td><td>T16X16 OES</td><td></td></tr><tr><td>글로브 박스</td><td>MBraun</td><td>맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>증발기</td><td>MBraun</td><td>맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>슬롯 다이 Coater</td><td>Jema Science Inc</td><td>맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>태양열 시뮬레이터</td><td>Newport</td><td>Class ABB</td><td></td></tr><tr><td>스핀 코터</td><td>SCS 장비</td><td>SCS G3</td><td></td></tr><tr><td>핫 플레이트</td><td>Thermo Scientific</td><td>SP131015Q</td><td></td></tr>선 <tr><td>측정</td><td>Lawrence Berkeley National Lab</td><td>Beamline 7.3.3</td><td></td></tr></tbody></table>

벌크 이종 접합 태양 전지의 인쇄 제작 및 현장에서 형태학 특성

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

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.

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 ...

여기서는 미니 슬롯 다이 코터 싱크로트론 산란 기법을 사용하여 종래의 라인 구조를 사용하여 특성화 유기 박막 태양 전지를 제조하는 프로토콜을 제시한다.

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

이 실험의 전반적인 목표는 유기 박막 태양 전지의 인쇄 제작을 시연하고 용매 증발 중 박막 형태 진화를 관찰하는 것입니다. 이 방법은 박막, 태양 전지 및 폴리머 코팅과 같은 기능성 박막의 주요 질문에 답하는 데 도움이 됩니다. 이 기술의 주요 장점은 산업 처리 및 싱크로트론 기술이 잘 결합되어 재료 과학의 기본 측면을 입증한다는 것입니다.이 방법의 의미는 최종 형태 및 장치 성능을 결정하는 데 중요한 인접한 박막의 형태 진화를 이해하는 데 도움이 됩니다. 따라서 이 기술은 박막 유기 광전지의 형태에 대한 정보를 제공할 수 있습니다. 또한 발광 다이오드 또는 기능성 박막 재료와 같은 다른 재료에 대한 정보를 제공할 수도 있습니다.기판을 로드하려면 준비된 PEDOT:PSS 코팅된 인듐-주석-산화물 기판을 미니 슬롯 다이 코팅기의 베이스 플레이트에 놓습니다. 기판 플레이트 아래의 선형 매니퓰레이터를 사용하여 기판의 위치를 조정하여 프린터 헤드 바로 아래에 놓습니다. 인쇄 헤드를 고정하는 2차원 틸팅 조작기를 사용하여 헤드 틸팅을 조정합니다.헤드가 적재된 기판 위에 수직으로 서 있는지 확인하십시오. 헤드에서 기판까지의 거리를 0으로 조정합니다. 수직 모터는 힘 센서와 결합됩니다.인쇄 헤드가 떠 있을 때 인쇄 헤드의 무게와 틸팅 매니퓰레이터 어셈블리에서 일정한 힘 판독값을 얻을 수 있습니다. 프린터 헤드가 기판에 닿으면 판독값이 감소하여 제로 위치를 표시합니다. 실험을 실행하기 위해 헤드를 기판 값으로 설정합니다.이 실험에서는 헤드와 기판 사이의 간격을 100미크론으로 설정합니다. 다음으로, 인쇄에 사용할 선형 평행 이동 스테이지 모터를 조정합니다. 10mm 모터 위치를 시작점으로 설정하고 80mm 모터 위치를 끝점으로 설정합니다.모터 제어 소프트웨어 인터페이스를 사용하여 인쇄 속도를 초당 10mm로 설정합니다. 모터 가속 속도를 초당 100미터로 설정합니다. OPV 잉크를 1ml 주사기에 넣고 슬롯 다이 프린터에 연결된 주사기 펌프에 주사기를 장착합니다.제어 소프트웨어에서 인쇄 매개변수를 설정합니다. 인쇄 실험을 시작하려면 제어 소프트웨어의 위치 창에 시작점 위치를 입력합니다. 이 작업은 기판을 시작점으로 이동합니다.주사기 펌프 소프트웨어에서 시작을 클릭하여 용액을 슬롯 다이 헤드로 펌핑하기 시작합니다. 용액이 프린팅 헤드에서 나오기 시작할 때 변환 모터를 빠르게 시작하십시오. 기판이 끝 위치로 이동합니다.실린지 펌프를 멈추고 수직 모터를 사용하여 프린팅 헤드를 들어 올립니다. 진공 청소기를 끄고 베이스 플레이트에서 기판을 제거합니다. 인쇄된 기판을 진공 오븐에 3-5시간 동안 로드하여 잔류 용매를 제거합니다.다음으로 인쇄 헤드 아래에 페트리 접시를 놓습니다. 클로로포름 10ml를 프린팅 헤드에 주입하여 청소합니다. 오염된 클로로포름 용액을 페트리 접시와 함께 수집합니다.X-ray 측정에서 공기 산란을 억제하기 위해 헬륨 박스를 설정합니다. 미니 슬롯 다이 코팅기를 헬륨 상자에 장착합니다. 광학 간섭계를 인쇄기에 장착하여 용매 증발에 따른 두께 변화를 모니터링합니다.PEDOT : PSS 코팅 된 웨이퍼 기판을 프린터의 기판 홀더에 놓고 이전과 같이 헤드와 기판 위치를 조정하십시오. 헬륨 상자를 퍼지하여 공기를 제거합니다. 산소 농도는 산소 센서로 모니터링할 수 있는 0.3% 미만이어야 합니다.X-ray가 기판에 충돌하는 위치에 기판을 정렬하고 입사각(이 경우 0.16도)을 설정합니다. 데이터 수집 방법에서 X-ray 노출 시간을 설정합니다. 여기서 노출 시간으로 2초를 사용하고 서버 빔 손상을 방지하기 위해 3초의 지연 시간을 사용합니다.따라서 각 실험 기간은 5초입니다. 100장의 사진을 촬영하는 100회 반복 연속 대기열을 수행합니다. 실험의 이름을 지정하고 실험 파일을 저장할 데이터 경로를 선택합니다.모터 제어 소프트웨어에서 시작 위치를 입력하여 기판을 시작 위치로 이동합니다. X-ray 셔터를 시작하면 검출기가 회절 및 산란 신호를 지속적으로 기록합니다. 그런 다음 주사기 펌프를 시작하여 용액을 프린팅 헤드에 공급합니다.감시 카메라로 모니터링되는 대로 용액이 인쇄 헤드에서 배출되기 시작하면 인쇄 프로세스를 빠르게 시작하십시오. 사전 선택된 측정 위치에 도달하면 2차원 검출기가 용액의 산란 신호를 캡처합니다. 필름 두께는 간섭계로 모니터링됩니다.따라서 박막 형태 진화가 기록됩니다. 실험이 완료되면 프린터 헤드를 들어 올리고 헤드를 청소하십시오. 여기에 표시된 것은 공액 폴리머 PCBM 혼합물로 코팅된 ITO 기판입니다.영화는 시각적으로 매우 부드럽습니다. 코팅 된 필름의 시작과 끝은 형성된 반월 판과 가장자리의 건조로 인해 항상 균일하지는 않습니다. 갓 코팅된 기판은 결국 섀도우 마스크에 로드됩니다.마스크는 음극 얇은 층을 증착하기 위해 증발기에 적재됩니다. 여기에 표시된 것은 음극층 증착 후 완성된 장치입니다. 장치 성능은 제곱센티미터당 100밀리와트 미만의 태양열 시뮬레이터를 사용하여 측정됩니다.다음은 미니 슬롯 다이 코팅 장치의 대표적인 전류 전압 곡선입니다. 슬롯 다이 코팅 장치의 경우 평균 5.2%의 전력 변환 효율이 달성되며, 이는 스핀 코팅에 의해 달성된 효율에 가깝습니다. 이 그림은 용매 건조 중 일반적인 현장 방목 입사각, 소각 산란 실험을 나타냅니다.시간의 변화는 색상으로 구분됩니다. 과량의 용매가 존재했던 건조 초기 단계에서는 적색 산란 곡선이 나타나고 혼합물이 잘 혼합됩니다. 산란 피크는 약 0.02 역 옹스트롬에서 점진적으로 발생했으며, 이는 약 60나노미터의 상 분리를 나타냅니다.이 정보는 현장 X선 회절 결과와 결합될 때 고분자 결정화 및 상 분리의 역학을 보여줍니다. 이 기술을 숙달하면 제대로 수행하면 약 5분 안에 완료할 수 있습니다. 이러한 실험을 시도하는 동안 각 재료 시스템에 대해 이상적인 조건을 찾아야한다는 것을 기억하는 것이 중요합니다.이는 모든 실험에 최적화되어야 합니다. 이 방법은 박막 태양 전지 연구자들이 산업 제조의 구조와 특성 관계를 탐구할 수 있는 길을 열었습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 싱크로트론 빔라인에서 현장 프린팅 실험을 수행하는 방법을 매우 잘 이해하게 될 것입니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

불규칙한 시료에서 길이 스케일을 프로브하는 중성자 산란 기술로 스핀 에코 해결 방목 발생발생(SERGIS)을 활용하는 데 진전이 이루어지고 있다. [6,6]-페닐-C61-부티릭 산 메틸 에스테르의 결정성술은 SERGIS 기술과 광학 및 원자력 현미경 검사법에 의해 확인된 결과를 사용하여 조사되었다.

중성자 스핀 에코 사용 하 여 방목 발생률 을 해결 하는 유기 태양 전지 물질을 조사 하기 위해

주석 황화물(SnS)은 지구가 풍부하고 독성이 없는 태양 전지의 후보 물질입니다. 여기에서는 4.36%의 인증된 전력 변환 효율을 산출하는 원자층 증착과 3.88%의 열 증발을 산출하는 SnS 태양 전지의 제조 절차를 보여줍니다.

열 증발 및 원자 층 증착에 의해 기록 효율 SNS 태양 전지 만들기

집중 광전지 시스템에서 병렬 스펙트럼 분할 분산 소자로 고대비 격자의 제작이 시연됩니다. 나노임프린트 리소그래피,TiO2 스퍼터링 및 반응성 이온 에칭을 포함한 제조 공정에 대해 설명합니다. 반사율 측정 결과는 광학 성능을 특성화하는 데 사용됩니다.

집중 태양 광 발전 시스템의 스펙트럼 분할 흩어 요소에 대한 고 대비 격자의 제작

태양 전지에 플라즈몬 금속 나노 구조를 도입하는 실행 가능한 전사 인쇄 기반 방법론에 대해 설명합니다.  나노 필러 폴리 (디메틸 실록산) 스탬프를 사용하여 Ag 기반 주문 나노 디스크 어레이를 표준 수소화 미정질 Si 태양 전지와 통합하여 플라즈몬 광 트래핑으로 인해 장치 성능을 향상시켰습니다.

전송 인쇄하여 수소 첨가 미세 결정 실리콘 태양 전지에 빛 트래핑 실버 나노 구조의 통합

이 논문은 염료 감응 태양 전지 제조를 위한 잉크젯 인쇄의 적합성을 조사합니다. 바인더가 없는 TiO2 나노 입자 잉크를 제조하여 FTO 유리 기판에 인쇄했습니다. 프린팅된 층은 활성 면적이 0.25cm2이고 효율이 3.5%인 셀로 제작되었습니다.

염료 감응 형 태양 전지에 대한 이산화 티타늄의 디지털 인쇄

이 프로토콜은 비전 도성 표면 상에 박막 전자 장치를 생성하는 층으로 무기 나노 결정 층의 합성 용액 증착을 설명한다. 용매 안정화 잉크는 증착 후 리간드 교환 및 소결 다음 스핀 및 스프레이 코팅을 통해 유리 기판에 대한 전체 PV 소자를 제조 할 수있다.

완전 해결 가공 된 무기 나노 결정 태양 광 발전 장치의 제작

전자 수용체와 전자 공여 중합체 제조와 같은 티타늄 알콕시 드에 기초한 완전히 인쇄 풀러렌없이 높은 공기 안정 벌크 헤테로 접합 태양 전지를위한 방법이 여기서 설명된다. 또한, 상기 티타늄 알콕사이드 단위의 분자 부피를 통해 광활성 층의 형태를 제어하는 ​​방법이보고되어있다.

에 Ti-알콕사이드와 반도체 성 고분자를 기반으로 어느 정도의 인쇄 가능한 유기 - 무기 대량 이종 접합 태양 전지에 대한 형태 제어

우리는 결정 구조, 상태, 에너지 수준의 밀도 및 궁극적으로 태양 전지의 성능을 비교하는 무기 / 유기 박막이 페 로브 스카이 트 (perovskite)의 다른 제조 방법의 효과에 대한 광범위한 연구 결과를 제시한다.

필름 형성에 하이브리드 페 로브 스카이 트 제조 방법, 전자 구조 및 태양 전지 성능의 영향

여기, 우리는 높은 시 소수 캐리어 수명으로 높은-성능 격차/Si heterojunction 태양 전지를 개발 하는 프로토콜을 제시.

높은 성능 격차/Si Heterojunction 태양 전지 개발

이 백서는 롤투롤 슬롯다이 코팅, 비 풀러렌 유기 태양광에 잉크건조의 SITU GISAXS 실험에서 사내 (실험실 X 선 악기와) 수행하고 분석하는 데모 및 지침입니다.

실험실 X 선 계측기와 유기 태양 전지의 롤 투 롤 코팅에 작은 각도 X 선 산란 시

우리는 페로브스키테와 메조스코픽-TiO2 필름의 합성에 사용되는 플래시 적외선 어닐링 방법을 설명합니다. Annealing 매개 변수는 불소 도핑 주석 산화물 (FTO) 유리 및 인듐 틴 옥사이드 코팅 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (ITO PET)에 대한 처리에 다양하고 최적화되어 있으며, 이어서 장치에 전력 변환 효율성및 gt;20 %를 제공합니다.

페로브스키테 태양전지 처리를 위한 플래시 적외선 아닐링

학습하세요 유기 박막 태양전지의 인쇄 제작 및 용매 증발 중 형태학 진화 관찰 방법을. 미니 슬롯 다이 코팅과 동기방사선 산란 기법을 활용하여 산업 공정과 첨단 분석을 결합합니다.

벌크 이종 접합 태양 전지의 인쇄 제작 및 현장에서 형태학 특성

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