Method Article

Concurrent Kwantitatieve geleidbaarheid en mechanische eigenschappen metingen van organische fotovoltaïsche Materialen met AFM

DOI:

10.3791/50293

⸱

January 23rd, 2013

 , 
1Center for Nanoscale Materials, Argonne National Laboratory, 2Institute for Molecular Engineering, University of Chicago

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Organische fotovoltaïsche (OPV) materialen zijn inherent inhomogeen op de nanometer schaal. Nanoschaal inhomogeniteit van OPV materialen invloed op de prestaties van fotovoltaïsche apparaten. In dit artikel beschrijven we een protocol voor kwantitatieve metingen van elektrische en mechanische eigenschappen van OPV materialen met sub-100 nm resolutie.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Organische fotovoltaïsche (OPV) materialen zijn inherent inhomogeen op de nanometer schaal. Nanoschaal inhomogeniteit van OPV materialen invloed op de prestaties van fotovoltaïsche apparaten. Dus, het begrijpen van de ruimtelijke variaties in samenstelling en elektrische eigenschappen van OPV materialen is van het grootste belang voor het verplaatsen van PV-technologie naar voren. 1,2 In dit artikel beschrijven we een protocol voor kwantitatieve metingen van elektrische en mechanische eigenschappen van OPV materialen met sub -100 nm resolutie. Op dit moment, de eigenschappen van materialen metingen uitgevoerd met behulp van in de handel verkrijgbare AFM-gebaseerde technieken (PeakForce, geleidende AFM) meestal slechts kwalitatieve informatie. De waarden voor de weerstand en Young's modulus gemeten met behulp van onze methode op de prototypische ITO / PEDOT: PSS/P3HT: PC 61 BM-systeem goed overeen met literatuurgegevens. De P3HT: PC 61 BM mix scheidt op PC 61 BM-rijke en P3HT-rijke Domains. Mechanische eigenschappen van PC 61 BM-rijke en P3HT-rijke domeinen verschillend zijn, waardoor voor toerekening domein op het oppervlak van de film. Belangrijker combineren van mechanische en elektrische data maakt correlatie van de domeinstructuur op het oppervlak van de film met elektrische eigenschappen variatie gemeten door de dikte van de film.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Recente doorbraken in de macht omzettingsrendement (PCE) van organische fotovoltaïsche (OPV) cellen (duwen 10% op celniveau) 3 in overleg met de naleving van high-throughput en low-cost productie processen 4 hebben geleid tot een schijnwerper op OPV-technologie als een mogelijke oplossing voor het probleem van goedkope productie van grote oppervlakte zonnecellen. OPV materialen zijn inherent inhomogeen op de nanometer schaal. Nanoschaal inhomogeniteit van OPV materialen en prestaties van fotovoltaïsche apparaten zijn nauw met elkaar verbonden. Zo begrip inhomogeniteit in samenstelling en elektrische eigenschappen van OPV materialen is van het gr....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Signaal Overname

  1. Installeer monster (polymere zonnecel zonder kathode (ITO / PEDOT: PSS/P3HT: PC 61 BM)) in een commercieel Multimode AFM (Veeco, Santa Barbara, CA), uitgerust met NanoScope-V-controller.
  2. Installeer geleidende AFM sonde in Multimode AFM sonde houder.
  3. Maak elektrische verbinding tussen de AFM probe, monster en spanningsbron.
  4. Route huidige versterkeruitgang (stroomsignaal), Multimode AFM doorbuiging uitgang (kracht-signaal), Multimode AFM monster hoogte uitgang (afstand-signaal) in een digitaal acquisitie kaart (NI-PCI-6115 DAQ). De winst op Femto DLPCA-200 huidige versterker is 1 nA ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Young's modulus en weerstand kaarten (figuur 3) aanwezig typische resultaten van de hierboven beschreven metingen. Mechanische en elektrische eigenschappen van de ITO / PEDOT: PSS/P3HT: PC 61 BM stack gemeten bij negatief (-10 V) en positieve (+6 V) spanningen toegevoerd aan de AFM probe. Beeldvormingsartefacten geassocieerd met elektrostatische interactie tussen de AFM probe en het monster zijn een gemeenschappelijk probleem voor kwantitatieve metingen van functionele eigenschappen met A.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Geen belangenconflicten verklaard.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

MPN is dankbaar Fellowship van de directeur Programma voor financiële steun. MPN wil Yu-Chih Tseng bedanken voor hulp bij de ontwikkeling van het protocol voor zonnecel verwerking. Dit werk werd uitgevoerd bij het Centrum voor Nanoscale Materials, een Amerikaanse ministerie van Energie, Office of Science, Bureau van Basic Energy Sciences Gebruiker Facility kader van contract nr. DE-AC02-06CH11357.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Naam van de Reagens / Materiaal Vennootschap Catalogusnummer Reacties
Plextronics inkten Plexcore PV 1000
ITO bekleed glas substraten Delta Technologies, Inc 25 Ohm / sq
30 MHz gesynthetiseerd functiegenerator Stanfor Research Systems DS345
Stroomversterker Femto DLPCA-200
Multimode AFM Veeco, Santa Barbara, Californië met NanoScope-V controller
DAQ-kaart National Instruments NI-PCI-6115
Metal Pt sondes RMNano 12Pt3008
MATLAB software Mathworks
LabView software National Instruments

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Chen, W., Nikiforov, M. P., Darling, S. B. Morphology characterization in organic and hybrid solar cells. Energy Environ. Sci. , (2012).
  2. Dupont, S. R., Oliver, M., Krebs, F. C., Dauskardt, R. H. Interlayer adhesion in roll-to-roll processed flexible inverted polymer solar cells. ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Organic Photovoltaic MaterialsAFM Conductivity MeasurementsMechanical Properties AnalysisConcurrent Electrical MeasurementsAtomic Force MicroscopyPeakForce ModeConductive AFM ProbeYoung s Modulus MappingResistivity MappingPhase Separated Blends

Related Articles