Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Een 3D-gedrukte kamer voor organische opto-elektronische apparaat afbraak testen

7.4K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/56925

⸱

10 augustus 2018

 ,  ,  , 
1Department of Engineering Physics, McMaster University, 2Department of Physics, Engineering Physics and Astronomy, Queen's University

In dit artikel

Samenvatting

Hier presenteren we een protocol voor het ontwerp, de fabricage, het gebruik van een eenvoudige, veelzijdige 3D-geprint en gecontroleerde atmosferische kamer voor de optische en elektrische karakterisatie van lucht-gevoelige biologische opto-elektronische apparaten.

Samenvatting

In dit manuscript, duidelijk naar voren komt de vervaardiging van een kleine, draagbare, easy-to-use sfeervolle kamer voor biologische en perovskiet opto-elektronische apparaten, met behulp van 3D-printing. Aangezien dit soort apparaten gevoelig voor vocht en zuurstof zijn, kan een dergelijke kamer onderzoekers steun in het karakteriseren van de eigenschappen van elektronische en stabiliteit. De kamer is bedoeld om te worden gebruikt als een tijdelijke, herbruikbare en stabiele omgeving met gecontroleerde eigenschappen (met inbegrip van temperatuur, vochtigheid en invoering van gas). Het kan worden gebruikt ter bescherming van de lucht-gevoelige materialen of hen blootstellen aan verontreinigingen op een gecontroleerde manier voor afbraak studies. Het karakteriseren van de eigenschappen van de zaal, schetsen we een eenvoudige procedure om te bepalen van de waterdamp overdrachtssnelheid (WVTR) met behulp van relatieve luchtvochtigheid gemeten door een sensor standaard vochtigheid. Deze standaard gebruiksprocedure, met behulp van een 50% "infill"-dichtheid van polylactic acid (PLA), resulteert in een kamer die kan worden gebruikt voor weken zonder significant verlies van apparaateigenschappen. De veelzijdigheid en het gebruiksgemak van de kamer toelaat worden aangepast aan een karakterisering aandoening waarvoor een compact-gecontroleerde atmosfeer.

Inleiding

Organische en perovskiet opto-elektronische apparaten, zonnecellen en lichtgevende dioden gebaseerd op π-geconjugeerde halfgeleidende organische moleculen en organometaal halogeniden zijn een snel groeiende gebied van onderzoek. Organische lichtgevende dioden (OLED) zijn al een grote technologische element in verlichting en1weergegeven, en organische fotovoltaïsche zijn begonnen om efficiëntie waardoor ze concurreren met amorf silicium2. De recente snelle vooruitgang van perovskiet-gebaseerde apparaten voor licht absorberen en lichtgevende toepassingen3,4,5 suggereert dat goedkope, gemakkelijk verwerkt apparaten waarschijnlijk zijn te snel vinden wijdverspreide implementatie. Echter, alle van deze technologieën last van een gevoeligheid voor atmosferische verontreinigingen, met name vocht en zuurstof, waardoor hun effectieve levensduur6,7,8,9wordt beperkt.

Voor onderzoekers bestuderen van dergelijke systemen, kan het nuttig zijn om een flexibele, easy-to-use, draagbare en herbruikbaar kamer ter bescherming van dergelijke gevoelige materialen of hen blootstellen aan contaminanten in een gecontroleerde manier10,11. Hoewel het mogelijk is te gebruiken van een handschoenenkast voor de karakterisering van lucht-gevoelige apparaten, is deze grote, dure, en vaste-locatie, inerte omgevingen mogelijk niet compatibel met het brede scala van karakterisering die nodig zouden kunnen zijn. Om een draagbare alternatief, Reese et al. 10 voorgesteld een kleine metalen kamer op basis van een standaard vacuüm flens geschikt voor de elektrische en optische karakterisering van biologische apparaten. Wij hebben dit ontwerp aangepast zodat het goedkoper en veelzijdiger met behulp van 3D-printing voor de productie van de onderdelen van de kamer. Het gebruik van 3D-printing, in plaats van machinale bewerking, zorgt voor snelle, rendabele aanpassingen aan de veranderende monster of milieueisen met behoud van het nut van het basisontwerp. In deze bijdrage, wij een overzicht van de procedure voor het maken van een dergelijke kamer en gebruiken voor het uitpakken van de stroom-spanning-eigenschappen van een organische diode apparaat.

Een goede inkapseling van organische en perovskiet apparaten moeten WVTRs van 10-3 - 10-6 g/m2/dag voor lange termijn apparaat stabiliteit12,13, om weinig water binnendringen in het biologische apparaat zelfs in zeer barre omstandigheden. Zoals dit Parlement is ontworpen als een gecontroleerde omgeving voor het testen van de doeleinden in plaats van een lange termijn opslag of inkapseling methode, zijn de eisen voor een effectieve kamer niet zo streng. De kamer moet kunnen handhaven de apparaateigenschappen binnen een redelijke termijn uit te voeren van de experimenten van de karakterisering. De standaard gebruiksprocedure van het gebruik van PLA resulteert in een kamer die kan worden gebruikt voor meerdere dagen of zelfs weken met een opgenomen gasstroom, zonder een significant verlies van de apparaateigenschappen.

Wijzigen van de materialen, of zelfs de vorm en de grootte van het lichaam van de kamer kunnen drastische gevolgen hebben voor de penetratie van verontreinigingen vanuit de lucht in de kamer. Daarom moet het binnendringen van vocht en zuurstof worden zorgvuldig gecontroleerd voor elk ontwerp om te bepalen van de werkzaamheid van de kamer. Wij bovendien aan de fabricage van de kamer, een overzicht van een eenvoudige procedure voor het bepalen van de WVTR van de kamer, met behulp van een commercieel beschikbare vochtigheid sensor, om een tijdschema voor het gebruik van de zaal voor experimenten.

Een eenvoudige, maar toch veelzijdige kamer kunt voor meerdere soorten experimenten worden uitgevoerd. Ze kunnen handelen als inerte atmosfeer omgeving buiten de ' glovebox ', geschikt voor elektrische en optische karakterisaties via de havens van de elektrische feedthrough en venster. Hun draagbaarheid kan ze worden gebruikt met standaard elektrische karakterisering apparatuur buiten het lab waar zij werden vervaardigd, die nuttig is in ronde robin testen voor betrouwbaarheid14 of verkrijgen van gecertificeerde metingen van het apparaat prestaties15. Deze kamers zijn ook bijzonder nuttig voor het bestuderen van de gevolgen van de invoering van contaminanten voor gecontroleerde afbreekbaarheidstests, met eenvoudige aanpassingen. Het gebruik van 3D printen maakt een belangrijke, snelle aanpasbaarheid aan apparaat lay-outs, maten, wijzigen of testvoorschriften.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. de 3D Print kamer delen

Opmerking: Alle printer voorbereiding, "slicer" software-instellingen en print parameters zijn specifiek voor de printer die is aangegeven in de Tabel van materialen. Er is een breed scala aan 3D-printers, elk met hun eigen set van voorbereiding stappen en optimale parameters. Er is ook een breed scala aan kleuren mogelijk voor de gloeidraad van de polymeer gebruikt voor de gedrukte delen. Het is niet verplicht de dezelfde plastic gebruiken voor elk onderdeel.

  1. Selecteer de overeenkomstige .stl bestanden op basis van de configuratie van de gewenste kamer.
    Opmerking: Deze configuraties worden gedetailleerd beschreven in Figuur 1, samen met een geëxplodeerde weergave van een complete kamer-configuratie.
  2. De segmenteringshulplijnen software instellen de .stl-bestanden te converteren naar .gcode-bestanden die de printer zal lezen.
    1. Download de segmenteringshulplijnen software dat wordt vermeld in de Tabel van materialen.
    2. Selecteer de printer in gebruik door te navigeren naar de andere en de printer zoeken in gebruik.
    3. Navigate to instellingen > Printer > Printers beheren > Instellingen van de computer en de instellingen wijzigen, zoals weergegeven in Figuur 2.
  3. De .stl-bestand converteren naar een bestand .gcode met de gebruiker gewenste parameters met de segmenteringshulplijnen software.
  4. De geconverteerde .gcode bestand opslaan op de SD-kaart en plaatst u deze in de 3D-printer.
  5. De 3D-printer voorbereiden op gebruik.
    1. Betrekking hebben op het afdrukken bed met blauwe masking tape. Zorgen zijn er geen scheurt, luchtbellen, of ongelijke oppervlakken door een object van het type creditcard uit te voeren over het oppervlak.
    2. Niveau het printer bed indien nodig. De methode verschilt per printer, en kan worden onderzocht.
  6. Navigeer naar het afdrukken van SD-kaart op het display van de 3D-printer en selecteer het gewenste bestand.
    Opmerking: De printer zal, op het eerste, warmte van haar bed en mondstuk, en dan de afdrukken zal beginnen.
  7. Herhaal stap 1.3-1.6 voor elk onderdeel moet worden afgedrukt.

figure-protocol-1
Figuur 1: de tafel van een configuratie met een geëxplodeerde weergave van de testkamer. (een) deze tabel toont de .stl bestanden voor verschillende configuraties van de kamer. De rijen Toon 3D-gerenderde schema van de variaties op elk deel van de kamer moet worden afgedrukt. De kolommen geven de benodigde onderdelen om te voltooien van een enkele kamer. Merk op dat een kamer zal een beneden kamer of een kamer beneden met gas poorten, niet beide. (b) dit paneel toont een uitgelichte CAD-weergave van een afgedrukte kamer voor een 4-pixel IV testconfiguratie. Rekening mee dat de O-ring, de organische apparaat en de KF50-centreren pakking niet 3D afgedrukt. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

figure-protocol-2
Figuur 2: 3D printerinstellingen. Dit is een screenshot van de instellingen van de vereiste machine in de segmenteringshulplijnen software voor de productie van de 3D-gedrukte onderdelen voor de kamers. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

2. de bovenste kamer-vergadering

  1. Draadinserts toevoegen aan bovenste kamer (Zie Figuur 3b voor informatie over het toepassen van draadinserts).
    1. 4 te onttrekken boorgaten van 0.404 cm diameter (grootte 21 imperial) tot een diepte van 0.397 cm (5/32 in) in de 4 pilot gaten in de onderkant van de afgedrukte top kamer (Zie Figuur 1a).
    2. Plaats een messing-tapered schroefdraad invoegen met een #4-40 rode draad grootte (0.248 cm in diameter) in het geboorde gat met de kleinere diameter naar beneden.
    3. Een soldeerbout inschakelen. Bij verhitting tot ongeveer 330-350 ° C, druk op de soldeerbout tip om de schroefdraad insert en nominale druk van toepassing als de insert het plastic verwarmt om het uit te glijden in de bereid gaten. Houden pressiemiddel (zodat het invoegen recht naar beneden gaat) tot de bovenz─│de van het donormateriaal en het gezicht van de onderkant van de bovenste kamer zijn ongeveer 1 mm uit elkaar.
    4. Druk licht op de rand van een passer tegen de bovenz─│de van de insert terwijl het plastic nog heet om ervoor te zorgen het spoelen met het gezicht van de onderkant van de bovenste kamer. Laat 1 minuut voor de plastic afkoelen voordat u verdergaat.
    5. De uitlijning van de inzetstukken zorgen door het plaatsen van de borgring over het invoegen en controleren om te zien als de gaten line-up. Zie Figuur 3 c.
    6. Herhaal de procedure stappen 2.1.2 - 2.1.5 voor alle 4 inzetstukken.
  2. Invoegen en druk op de grootte-116 butyl O-ring in de circulaire groef in de onderkant van de bovenste kamer.
  3. Het organische apparaat bovenop de O-ring plaatsen (Zie Figuur 4 voor de details van de 2 mogelijke pixel patronen).
    Opmerking: Een enkel biologische apparaat kan worden samengesteld uit een aantal afzonderlijke diodes die zelfstandig kan worden gemeten. Deze worden aangeduid als "pixels." De patronen in Figuur 4 vertegenwoordigen de richting van de organische inrichting zoals het moet worden geplaatst in de bovenste kamer. De inkeping aan de kant van de kamer moet zich links bevinden van het organische apparaat (4-pixel) of onder het biologisch apparaat (6-pixel) (ten opzichte van de merken van de oriëntatie op de patronen in Figuur 4).
  4. In de omgeving van een handschoenenkast, zet vast de borgring in de bovenste zaal door de schroeven van de vier 4-40 draad schroeven (0.248 cm in diameter, 0.478 cm in lengte) via de borgring in de schroefdraad inserts. Druk op het apparaat tussen de borgring en de O-ring. Nemen uiterste zorg niet te kraken van het apparaat door de schroeven van de schroeven incrementeel, een-achtste te gaan elke keer omdraaien.
    Opmerking: Om te kunnen garanderen van een voldoende zegel, Controleer dat de O-ring tegen rondom het apparaat met een 15-25%-compressie wordt aangedrukt.

figure-protocol-3
Figuur 3: het monteren van de bovenste kamer. (een) dit paneel toont een gedemonteerde 4-pixel bovenste kamer. (b) dit paneel toont de toepassingvan draadinserts in de bovenste zaal met een soldeerbout. (c) dit paneel toont gedeeltelijk geassembleerde top kamer onderdelen de uitlijning van de borgring in de bovenste zaal (merk op dat de O-ring en de schroeven niet zichtbaar zijn voor de duidelijkheid) tonen. Verschillende kleuren van PLA plastic werden gebruikt voor het afdrukken van verschillende delen; Deze hebben geen effect op de prestaties van de kamer. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

figure-protocol-4
Figuur 4: mogelijk device pixel patronen voor een pin lay-out. Deze panelen tonen de lay-out van het organische zonnecel of light - emitting diode apparaat gebruikt voor het aanwijzen van de contactpen posities voor (een) een 4-pixel en (b) een 6-pixel IV testconfiguratie kamer. Elke pixel wordt genummerd met een verwijzing naar de geaardheid merken (groene sterren) voor hun juiste plaatsing in de zaal. Zwarte en rode cirkels vertegenwoordigen de kathode en anode contacten (dat wil zeggen, pin posities), respectievelijk. Merk op dat voor de configuratie van de 6-pixel de bovenste twee pixels worden gemaskeerd door de opening in de bovenste kamer en niet genummerd als slechts vier pixels kunnen worden getest bij verlichting of emissie. (c) dit paneel toont de richting van een 6-pixel inrichting ten opzichte van de onderkant van de 6-pixel kamer met haar standpunten van de pin aangegeven. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

  1. Laat de geassembleerde top kamer in de omgeving van een handschoenenkast voor ≥ 24u zodat vocht wordt geabsorbeerd door de kamer om te ontsnappen aan het materiaal. Ga verder met stap 3 terwijl we wachten.

3. de onderste kamer vergadering

Opmerking: Voer alleen stap 3.1 als een configuratie met een beneden kamer met gas flow poorten nodig is.

  1. Pneumatische aansluitingen duw-aan-sluit voor een gasstroom van inert toevoegen aan de onderste kamer met gas flow poorten (Zie Figuur 5).
    1. Met behulp van een 1/8 in middelgrote nationale Pipe Thread (NPV) kraan met een hand T-sleutel, tikt u op beide gaten gelegen aan de kant van de zaal van de bodem met de gas flow havens. Ervoor te zorgen dat het gat om te worden aangeboord verticaal is en de zaal is stevig op hun plaats gehouden, plaats de kraan in het gat.
    2. Met behulp van de T-moersleutel aangesloten op de kraan, langzaam draai de sleutel rechtsom, ervoor te zorgen dat de kraan blijft verticale en bekleed omhoog met het gat als de draden worden gevormd. Elke 5 beurten, draai de sleutel linksom een volledige draai en draai dan een andere 5 beurten, herhalen totdat een draad is gesneden aan de onderkant van het gat.
    3. Wikkel de Teflon tape rond de 2-pneumatische duw-aan-sluit connectoren door inwikkeling van de tape linksom rond de draden (als de montage van bovenaf bekijken zoals het is geschroefd) 2 x.
      Opmerking: Voor meer informatie, Raadpleeg een machinists te tikken handleiding.
    4. Schroef de pneumatische aansluitingen in de tikte gaten, met behulp van een moersleutel te scherpen hen. Wees voorzichtig niet te overtighten en barst van de plastic.
    5. Toepassing lagedruk epoxy rond de zittende hulpstukken. Op een stuk van folie, kunt een popsicle stok Meng 2-delige basis hars met 1-delige verharder (beide zijn meegeleverd). Dit mengsel is de epoxy.
    6. Met behulp van een tandenstoker, breng een laag epoxy in en rond de ruimte tussen de onderkant zaal met de gas flow havens en de armaturen. Laat de epoxy te zitten voor 1-2 h voor de hars te verharden bij 25 ° C. Voor een volledige genezing, laat de epoxy te rusten gedurende 24 uur bij 25 ° C. Ervoor zorgen dat de ingestelde hars is wit en solide wanneer gedrukt.
      Let op: Epoxy verharder en epoxyhars veroorzaken brandwonden en irritatie van de ogen en de huid. Epoxy kan een allergische huid of de luchtwegen reactie veroorzaken. Het kan irritatie van de luchtwegen veroorzaken. Het kan schadelijk zijn als slikte of geabsorbeerd door de huid. Zorg voor voldoende ventilatie en Vermijd elk contact met de huid en kleding. In de damp niet inademen. Draag een veiligheidsbril en handschoenen als u met epoxy.
    7. Gecombineerd met de pneumatische aansluitingen van de duw-aan-sluit de handbediende duw-aan-sluit kleppen met 2 cm stukken van Teflon slangen. De diameter van de buis moet overeenkomen met die wordt vereist door de duw-aan-sluit-connector gebruikt.

figure-protocol-5
Figuur 5: een geassembleerd kamer met gas poorten. Dit paneel toont een volledig geassembleerde kamer met inbegrip van een kamer beneden met gas-poorten. De poorten van de duw-aan-sluit gas ingebed in de beschikbare gaten in de zaal zijn aangesloten op buizen met gas flow regelafsluiters waarmee de invoering van gas. Merk op dat de contactpunten voor de duidelijkheid worden weggelaten. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

  1. Elektrische contactpunten toevoegen aan de onderste kamer voor een huidige meting van de spanning (IV) (Zie Figuur 6).
    1. 6-7 mm van het smalle einde van een pogo-pins invoegen de contrasteker van een soldeer cup. De combinatie van deze 2 delen staat bekend als een contactpen. Met behulp van soldeer helping hands helping hands, beide delen van de contactpen horizontaal opschorten.
    2. De soldeerbout inschakelen. Bij verhitting tot ongeveer 330-350 ° C, raak het ijzer op het gebied van de verbinding tussen de pogo-pin en de soldeer cup.
    3. Terwijl het nog steeds het aanraken van het ijzer naar het gebied, druk het soldeer de verbinding-regio. Als het heeft genoeg verwarmd, zal het soldeer smelten. Zorg ervoor er een dun laagje van soldeer tussen de twee delen helemaal rond de buitenkant van de contactpen te bedekken. Zorg ervoor dat het soldeer is glad met geen hobbels. Zie Figuur 6b.
    4. Schuif de contactpen in 1 van de gaten in de onderkant van de onderste kamer. Schuif de contactpen dus dat 2,2 cm van het einde van de cup soldeer is uitsteken van de bodem van de kamer van de bodem.
      Opmerking: De soldeer cup moet vasthouden uit de bodem van de onderste kamer terwijl de pogo-pins naar de binnenkant van het onderste kamer moet.
    5. Dekking voor verzegeling, de regio waar de contactpen werd ingevoegd in de plastic met lagedruk epoxy geschikt voor vacuüm toepassingen. Op een stuk van folie, kunt een popsicle stok Meng 2-delige hars met 1-delige verharder totdat het mengsel uniforme verschijnt.
    6. Gebruikt een tandenstoker, passen de epoxy rond de contactpen en gat te elimineren de mogelijkheid van lucht binnendringen. Laat 1-2 h voor de hars te verharden bij 25 ° C. Voor een volledige genezing, laat de epoxy te rusten gedurende 24 uur bij 25 ° C. Ervoor zorgen dat de ingestelde hars is wit en solide wanneer gedrukt.
      Let op: Epoxy verharder en epoxyhars veroorzaken brandwonden en irritatie van de ogen en de huid. Epoxy kan een allergische huid of de luchtwegen reactie veroorzaken. Het kan irritatie van de luchtwegen veroorzaken. Het kan schadelijk zijn als slikte of geabsorbeerd door de huid. Zorg voor voldoende ventilatie en Vermijd elk contact met de huid en kleding. In de damp niet inademen. Draag een veiligheidsbril en handschoenen als u met epoxy.
    7. Herhaal stap 3.2.1 - 3.2.6 toe te voegen het juiste aantal contactpunten aan de onderste kamer te vullen de gaten.
  2. Plaats de geassembleerde onderste kamer in een ' glovebox ' milieu en laat het gedurende ten minste 24 uur.
    Opmerking: Dit is om vocht geabsorbeerd door de kamer om te ontsnappen aan het materiaal.

figure-protocol-6
Figuur 6: een complete, geassembleerd onder kamer. (een) dit paneel toont een geassembleerd onder kamer voor een 4-pixel IV testconfiguratie met de contactpunten zitten met behulp van lagedruk epoxy geschikt voor vacuüm toepassingen. De bruine O-ring (KF50)-ring pakking centreren wordt gebruikt om te zorgen voor een strakke montage met de bovenste kamer. (b) dit paneel toont een soldeer cup en pogo-pins na het solderen. (c) dit paneel toont een close-up van set epoxy, de correcte zithouding van de contactpen in de gaten van onderste kamer tonen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

4. de eindmontage

Opmerking: Deze vergadering moet gebeuren binnen de omgeving van een handschoenenkast nadat zowel de geassembleerde bovenkant en de onderkant kamer binnen de ' glovebox ' voor ≥ 24 h geweest.

  1. Voegt een KF50-centreren pakking in de vergaderzaal van de bodem, zoals in Figuur 6afgebeelde.
  2. De bovenste kamer op de onderste kamer, met de gladde kant van de bovenste kamer naar boven plaatsen en uitlijnen van de inkepingen op beide delen van de kamer om goede contact met de organische apparaat. Zie afbeelding 1 voor een geëxplodeerde weergave van de hele kamer.
  3. De 2 kamer delen samen met behulp van de KF50 klem te beveiligen.
    1. De wingnut op de klem los en plaats de klem rond de rand van de gecombineerde bodem kamer en de bovenste kamer.
    2. Met behulp van de inzet van Figuur 7 voor een duidelijke weergave, draai de wingnut voor zover het kan gaan om het vastmaken van de bout, zorgen voor een goede afdichting rond de 2 half-kamers. Laat de voltooide zaal in de ' glovebox ' tot en met de software is geconfigureerd als beschreven in stap 5.

figure-protocol-7
Figuur 7: een geassembleerd, compleet testkamer. (een) dit paneel toont een volledig geassembleerde 4-pixel IV testkamer met een KF50 gegoten klem zorgen voor een strakke pasvorm tussen de onderste en bovenste kamer. De inzet toont een andere hoek van de klem van de KF50 in de maximale dichtheid positie gesloten. (b) dit paneel toont een vergadering van de bovenste kamer van de 4-pixel met de borgring (merk op dat de O-ring al is gekoppeld in de bovenste kamer). Andere kamer configuraties worden geassembleerd op dezelfde manier. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

5. gedrag IV metingen van de afzonderlijke Pixels op het apparaat

Opmerking: Deze sectie gegevens de procedure gebruikt voor het genereren van de gegevens in de Resultaten van de vertegenwoordigerworden weergegeven. Het bronpakket-maateenheid (KMO) en de Zero Insertion Force (ZIF) test board gebruikt staan in de Tabel van materialen. Echter, methode van kamer verbinding met een SMU stroom-spanning-gegevens te verzamelen kan worden gebruikt. Alle IV meting stappen werden uitgevoerd op een Windows machine. "Pixel" verwijst naar een enkele diode op het organische apparaat.

  1. Download en installeer de meegeleverde Python IDE.
  2. Sluit een BNC-kabel uit de SMU 1 kanaal gelegen op de KMO aan de test van de ZIF bestuur.
  3. Sluit de voeding aan de KMO en het verbinding te maken met een computer via een USB 2.0-kabel.
  4. Het identificeren van de juiste COM-poort/seriële poort-ID die overeenkomt met de aangesloten SMU.
    1. Voor Windows-apparaten, Controleer welke COM-poort komt overeen met de aangesloten SMU in de Device Manager. Neem nota van het COM-nummer.
  5. Open de BasicIV.py Python script.
  6. Plak de COM-poort (Windows) in de aangegeven regel code in BasicIV.py , zoals te zien in Figuur 8.
    Opmerking: Standaard, zal het programma gegevens in de huidige werkmap uitvoeren.

figure-protocol-8
Figuur 8: The IV maatregel in Python. Dit is een screenshot van de BasicIV.py Python script met de COM poort locatie aangegeven. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

  1. Schakel op de KMO, de schakelaar van de reeks met het label "2" gelegen in de buurt van de SMU 1 zender naar de ON positie. Zie figuur 9b.
  2. Verwijder de zaal volledig geassembleerd uit de ' glovebox ' omgeving.
  3. Brug de verbinding tussen de contactpunten en de test van de ZIF bestuur met behulp van een methode van keuze (Zie Figuur 9).
    Opmerking: Voor deze opstelling, een aangepaste adapter geboekt tot overbrugging van de verbinding tussen de contactpunten en de test van de ZIF bestuur bij het uitvoeren van metingen van de IV. Deze methode kan variëren, zolang de verbindingen voldoende zijn en te verwaarlozen weerstand toevoegen.
  4. Overschakelen van de kathode-pin naar de grond en de pin van de anode naar BNC voor slechts 1 pixel tegelijk, zorgen voor de rest van hen zijn overgeschakeld OFF.
  5. Uitvoeren van BasicIV.py.
    Opmerking: Wanneer de meting is voltooid, bestanden van resultaten en een plot van V0versus ik0 zal worden geproduceerd in de eerder geselecteerde bestandspad.
  6. Herhaal stap 5.10 en 5.11 voor elke pixel op het apparaat met behulp van de pixel-schakelopties weergegeven in afbeelding 9 voor het meten van de IV voor elke pixel.

figure-protocol-9
Figuur 9: The IV meting set-up. (een) dit paneel toont een volledig geassembleerde kamer aangesloten op de nul-inperskracht (ZIF) test bestuur en bron maateenheid (KMO) voor een IV meting testen. (b) dit paneel toont de bereik-switch '2' in de ON -positie instellen correct sluit het apparaat aan de KMO voor het meten. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

6. monteren van de zaal voor het testen van WVTR

  1. Een interne vochtigheid sensor aan de testkamer WVTR voor het bepalen van de WVTR toevoegen.
    1. Soldeer 3 draden naar de interne vochtigheid sensor zoals weergegeven in Figuur 10 c: 5 V (rood), grond (groen) en data (geel). Zorgen ze voor voldoende lengte (ongeveer 15 cm).
    2. Doorwerken in interne vochtigheid sensor draden de gaten op de bodem van de WVTR test bodem kamer.
    3. Met een tandenstoker, toepassen lagedruk epoxy rond de draden binnen en buiten de onderste kamer zo goed zoals in alle openingen. Op een stuk van folie, kunt een popsicle stok Meng 2-delige hars met 1-delige verharder totdat het mengsel uniforme verschijnt.
    4. Toepassing van de epoxy rond de draad en gat te elimineren de mogelijkheid van lucht binnendringen. Laat 1-2 h voor de hars te verharden bij 25 ° C. Voor een volledige genezing, laat de epoxy te rusten gedurende 24 uur bij 25 ° C. Ervoor zorgen dat de ingestelde hars is wit en solide wanneer gedrukt.
      Let op: Epoxy verharder en epoxyhars veroorzaken brandwonden en irritatie van de ogen en de huid. Epoxy kan een allergische huid of de luchtwegen reactie veroorzaken. Het kan irritatie van de luchtwegen veroorzaken. Het kan schadelijk zijn als slikte of geabsorbeerd door de huid. Zorg voor voldoende ventilatie en Vermijd elk contact met de huid en kleding. In de damp niet inademen. Draag een veiligheidsbril en handschoenen als u met epoxy.
  2. Herhaal stap 2 te monteren een top kamer, ter vervanging van het apparaat met een stuk glas hetzelfde formaat en dezelfde dikte als het apparaat dat de zaal zou worden omsluiten.
    Opmerking: Als een top kamer is al gemonteerd, dan het kan worden gebruikt voor dit doel. Aangezien geen apparaat wordt gemeten, om na te bootsen de voorwaarden van een apparaat, is een stuk glas gebruikt voor het afdichten van de bovenste kamer optische openen.
  3. Laat de onderste testkamer, geassembleerd top kamer en KF50-centreren ring niet gemonteerd in een zuurstof- / vochtvrije omgeving (' glovebox ') voor 24 uur om ervoor te zorgen een eerste voorwaarde voor de interne relatieve vochtigheid 0%.
  4. Herhaal stap 4 om volledig monteren een kamer gebouwd voor het meten van de WVTR binnen de ' glovebox ', zoals in afbeelding 10a.

figure-protocol-10
Figuur 10: de vochtigheid instellingen testen. (een) dit paneel toont een volledig geassembleerde WVTR test kamer bedraad aan interne en externe DHT22 vochtigheid sensoren met behulp van een jumper breadboard een microcontroller. (b) dit paneel toont de DHT22 vochtigheid sensor binnen de WVTR bodem testkamer. Merk op dat de draden worden gevoed door de kamer van de bodem en zijn op hun plaats gehouden met lagedruk epoxy. (c) dit deelvenster ziet u een schematische voorstelling van de interne en externe vochtigheid sensor DHT22 en een microcontroller board bedradingsschema met behulp van een enkele breadboard (voor het gemak). De sensor is aangesloten op de pennen van de microcontroller "5 V" (rood) en "GND" (groen) voor de stroomvoorziening naar de sensor. De uitvoer van de gegevens van de sensor (geel) wordt aangesloten op de pennen van de "Digitale" [2 voor de interne sensor (INT)] en 4 voor het extern (EXT) sensor met een weerstand van 10 kΩ. De inzet toont een DTH22 sensor met de juiste pin-bedrading: 5V (rood), grond (groen), en gegevens (geel). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

7. het gedrag van een vochtigheid meting om te bepalen van de WVTR

  1. Downloaden van de microcontroller board software en eventuele Python 2.7.12 IDE op een compatibele computer.
  2. Python-bestand Run_WVTR_Test.pyte openen.
  3. Sluit de microcontroller naar de computer via een USB A-B-kabel.
  4. Installeer de bibliotheek zodat de uitvoer van de gegevens naar een werkblad.
  5. Herhaal stap 5.4 om het COM-nummer van de aangesloten microcontroller. Kopieer en plak dit in de Python-code zoals aangegeven in Figuur 11.
  6. Identificeren van gewenste bestandspad voor onbewerkte gegevens werkbladen en het aangaan van de Python-code zoals weergegeven in Figuur 11.
  7. Open het bestand microcontroller ARDUINO_HUMIDITY_TESTS.ino.
  8. Selecteer de juiste microcontroller als de Raad van bestuur onder het tabblad hulpmiddelen voor . Onder het tabblad hulpprogramma's Selecteer nogmaals de poort zoals bepaald in stap 7.5.
  9. Controleren en uploaden van de microcontroller code de microcontroller door te klikken op het pictogram in de bovenkant verlaten van het venster, zoals te zien in figuur 11b.
  10. Draad van het circuit, zoals weergegeven in Figuur 10 c; Sluit de 5 V (rood), gemalen (zwart) en signaal (geel) draden van de externe (EXT) vochtigheid sensor naar hun respectievelijke locaties. De interne sensor (INT) wordt weglaten tot stap 7.12 omdat het is gelegen in de voltooide kamer, zoals weergegeven in Figuur 10.
  11. Verwijder de geassembleerde zaal uit de ' glovebox '.
  12. Onmiddellijk draad de interne sensor in de zaal aan de microcontroller-board zoals weergegeven in Figuur 10 c.
  13. De Python script uitvoeren en volg de instructies die worden weergegeven in de Python shell.
    1. Typ in het materiaal van de kamer.
    2. Typ de duur in uren. Beugel het nummer met een onderstrepingsteken. Bijvoorbeeld, als 6 h gewenst is, typt u "_6_".
      Opmerking: De test moet beginnen en xlsx-bestanden maken in de locatie in het script hebt opgegeven wanneer de test voltooid is. Laat niet de sensoren verbreken van de setup. De test moet opnieuw worden gestart als dit gebeurt. De microcontroller code voor de meting van de WVTR werd aangepast van het standaardprogramma dat door de leverancier verstrekt. De Python code die wordt uitgevoerd van de meting IV werd aangepast van de code die wordt geleverd door de fabrikant van de test van de ZIF bestuur.

figure-protocol-11
Figuur 11: een waterdamp transmissie tarief screenshot. Deze panelen tonen (een) een screenshot van de Run_WVTR_Test.py Python script met (b) de COM poort locatie aangegeven. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Stroom-spanning-metingen:

Deze kamer is ontworpen om voor het testen van een lucht-gevoelige diode apparaat, zoals een organische of perovskiet zonnecel of een light - emitting diode. Het kan fungeren als een herbruikbare, tijdelijke inkapseling of als een methode van de invoering van contaminanten standaardinteracties gecontroleerde afbraak testen. De curven van de stroomdichtheid-spanning (JV) hieronder werden...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

De kritische stappen in het herscheppen van dit experiment zijn de afdrukken van de kamers te scheuren, gaten, of slechte in-fill kenmerken die de WVTR, het afdichten van de kamer verminderen kunnen om te voorkomen dat een inloop van vocht en zuurstof door aanscherping van de KF50 klem te vermijden bereiken van een volledige afdichting tussen de boven- en onderkant kamers, met behulp van een vacuüm-rated lagedruk epoxy rond de contactpunten of een feedthroughs om te voorkomen dat eventuele lekken, en het creëren van een ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

De auteurs erkennen Peter Jonosson en de Lyons nieuwe mediacentrum voor het 3D printen van de kamers. Dit onderzoek werd gesteund door 436100-2013 RGPIN, ER15-11-123, de McMaster Dean van Engineering Excellence Undergraduate zomer Research Award en de Undergraduate Research kansen Program.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
ORION DELTA DESKTOP 3D PRINTER RTPSeeMeCNC87999Bekend in rapport als: 3D-printer
1.75 mm PLA FilamentSeeMeCNC50241Bekend in rapport als: PLA
Somos® WaterShed XC 11122 kamerSomosgedrukt bij Custom Prototypes, Toronto.https://www.dsm.com/products/somos/en_US/products/offerings-somos-water-shed.html
Bekend in rapport als: Waterbestendig polymeer
CURACURAhttps://ultimaker.com/en/products/cura-software
Bekend in rapport als: slicing software
Loodbout met 600° F tipWellerWTCPT
Xtralien X100 Source Measure UnitOssilaE561Bekend in rapport als: SMU
ZIF Test Board voor gepixeleerde anode substratenOssilaE221Bekend in rapport als: Zero insetion force/ZIF Test Board;
BNC-kabel
Generieke USB A - B
Generieke USB A - Micro
#12 O-ringBron onbekend
Bekend in rapport als: o-ring
116 Butyl O-ringGlobal Rubber Products116 VI70Gekocht in de winkel
Bekend in rapport als: o-ring
VeerringenMcMasterNA3D geprint in-house
Onderste kamerMcMasterNA3D geprint in-house
Bovenste kamerMcMasterNA3D geprint in-house
KF50 Cast Clamp (Aluminium)Kurt J. LeskerQF50-200-C
KF50 Centering Ring (Aluminium)Kurt J. LeskerQF50-200-BRB
Sn60/Pb40 SolderMG Chemicals4895-2270
#4-40 x 3/16" machineschroefHardwarewinkel
#4-40 IntThrd Messing TaperSingleVane Insert Voor ThermoplasticFastenal11125984Fastenal vereist een aangesloten bedrijf/universiteit
Bekend in rapport als: #4-40 messing taps touwdraad gedraaide inzet
Varian Torr Seal Vacuum Equipment High Vacuum EpoxyVacuum Products Canada Inc.Bekend in rapport als: lagedruk epoxy
Smiths Interconnect/IDI Contact Probes HEADED RADIUSMouser Electornics818-S-100-D-3.5-GBekend in rapport als: pogo pin
Smiths Interconnect/IDI Contact Probes Receptacle Solder CupMouser Electornics818-R-100-SCBekend in rapport als: soldeercup
1/4" Teflon-buisHardwarewinkel
Teflon tapeHardwarewinkel
1/4" Buis x 1/8" Mannelijke NPT Nikkel Geplateerde Messen Push-to-Connect ConnectorFastenal442064Niet dezelfde gebruikt voor deze studie, maar functioneel gelijk
Bekend in rapport als: push-to-connect pneumatische connector
1/8" NPT Tap en T-sleutelHardwarewinkel
1/4" Buis Push-to-Connect Handmatig Gebediende KleppenFluidline7910-56-00Bekend in rapport als: handmatig bediende push-to-connect kleppen
Adafruit DHT22 Vochtigheidssensor (klein)Digi-Key385Bekend in rapport als: interne vochtigheidssensor
Adafruit DHT22 Vochtigheidssensor (groot)Digi-KeyBekend in rapport als: externe vochtigheidssensor
Arduino UnoArduino
Handschoenkastomgeving
10 kOhm Weerstand
Oscilla Xtralien Scientific Python IDEOscillahttps://www.ossila.com/pages/xtralien-scientific-python
Bekend in rapport als: Python IDE

Referenties

  1. Tremblay, J. -F. The rise of OLED displays. Chemical & Engineering News. 94 (28), 30-34 (2016).
  2. Kang, H., et al. Bulk-Heterojunction Organic Solar Cells: Five Core Technologies for Their Commercialization. Advanced Materials. 28 (36), 7821-7861 (2016).
  3. Jacoby, M. The future of low-cost solar cells. Chemical & Engineering News. 94 (18), 30-35 (2016).
  4. Veldhuis, S. A., et al. Perovskite Materials for Light-Emitting Diodes and Lasers. Advanced Materials. 28 (32), 6804-6834 (2016).
  5. Park, N. -G. Perovskite solar cells: an emerging photovoltaic technology. Materials Today. 18 (2), 65-72 (2015).
  6. Turak, A. Interfacial degradation in organic optoelectronics. RSC Advances. 3 (18), 6188(2013).
  7. Scholz, S., Kondakov, D., Lüssem, B., Leo, K. Degradation Mechanisms and Reactions in Organic Light-Emitting Devices. Chemical Reviews. 115 (16), 8449-8503 (2015).
  8. Jørgensen, M., Norrman, K., Gevorgyan, S. A., Tromholt, T., Andreasen, B., Krebs, F. C. Stability of Polymer Solar Cells. Advanced Materials. 24 (5), 580-612 (2012).
  9. Habisreutinger, S. N., McMeekin, D. P., Snaith, H. J., Nicholas, R. J. Research Update: Strategies for improving the stability of perovskite solar cells. APL Materials. 4 (9), 091503(2016).
  10. Reese, M. O., Sigdel, A. K., Berry, J. J., Ginley, D. S., Shaheen, S. E. A simple miniature controlled-atmosphere chamber for optoelectronic characterizations. Solar Energy Materials and Solar Cells. 94 (7), 1254-1258 (2010).
  11. Gevorgyan, S. A., Jorgensen, M., Krebs, F. C. A setup for studying stability and degradation of polymer solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 92 (7), 736-745 (2008).
  12. Park, J. -S. S., Chae, H., Chung, H. K., Lee, S. I. Thin film encapsulation for flexible AM-OLED: a review. Semiconductor Science and Technology. 26 (3), 034001(2011).
  13. Ahmad, J., Bazaka, K., Anderson, L. J., White, R. D., Jacob, M. V. Materials and methods for encapsulation of OPV: A review. Renewable & Sustainable Energy Reviews. 27, 104-117 (2013).
  14. Gevorgyan, S. A., et al. Round robin performance testing of organic photovoltaic devices. Renewable Energy. 63, 376-387 (2014).
  15. Osterwald, C. R., Hammond, R., Zerlaut, G., D'Aiello, R. Photovoltaic module certification and laboratory accreditation criteria development. Solar Energy Materials and Solar Cells. 41, 629-636 (1996).
  16. Turak, A., et al. Systematic analysis of processing parameters on the ordering and performance of working poly(3-hexyl-thiophene):[6,6]-phenyl C(61)-butyric acid methyl ester solar cells. Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2 (5), 53103(2010).
  17. Qi, B., Wang, J. Fill factor in organic solar cells. Physical Chemistry Chemical Physics. 15 (23), 8972-8982 (2013).
  18. Lu, N., Li, L., Sun, P., Liu, M. Short-circuit current model of organic solar cells. Chemical Physics Letters. 614, 27-30 (2014).
  19. Qi, B., Wang, J. Open-circuit voltage in organic solar cells. Journal of Materials Chemistry. 22 (46), 24315-24325 (2012).
  20. Xue, J., Uchida, S., Rand, B. P., Forrest, S. R. 4.2% efficient organic photovoltaic cells with low series resistances. Applied Physics Letters. 84 (16), 3013-3015 (2004).
  21. Hauch, J. A., Schilinsky, P., Choulis, S. A., Rajoelson, S., Brabec, C. J. The impact of water vapor transmission rate on the lifetime of flexible polymer solar cells. Applied Physics Letters. 93 (10), 103306(2008).
  22. Norrman, K., Madsen, M. V., Gevorgyan, S. A., Krebs, F. C. Degradation Patterns in Water and Oxygen of an Inverted Polymer Solar Cell. Journal of the American Chemical Society. 132 (47), 16883-16892 (2010).
  23. Dameron, A. A., Reese, M. O., Moriconie, T. J., Kempe, M. D. Understanding Moisture Ingress and Packaging Requirements for Photovoltaic Modules. Photovoltaics International. 5, 121-130 (2009).
  24. ASTM International. Standard Test Method for Water Vapor Transmission Rate of Sheet Materials Using Dynamic Relative Humidity Measurement. ASTM E398 - 13. , Available from: https://www.astm.org/Standards/E398 (2013).
  25. Basha, R. K., Konno, K., Kani, H., Water Kimura, T. Water Vapor Transmission Rate of Biomass Based Film Materials. Engineering in Agriculture, Environment and Food. 4 (2), 37-42 (2011).
  26. Kim, N., et al. A correlation study between barrier film performance and shelf lifetime of encapsulated organic solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 101, 140-146 (2012).
  27. Reese, M. O., et al. Pathways for the degradation of organic photovoltaic P3HT: PCBM based devices. Solar Energy Materials and Solar Cells. 92 (7), 746-752 (2008).
  28. Kempe, M. D., Reese, M. O., Dameron, A. A. Evaluation of the sensitivity limits of water vapor transmission rate measurements using electrical calcium test. Review of Scientific Instruments. 84 (2), 025109(2013).
  29. Reese, M. O., et al. Consensus stability testing protocols for organic photovoltaic materials and devices. Solar Energy Materials and Solar Cells. 95 (5), 1253-1267 (2011).
  30. Castro, F. Current landscape of standardisation efforts in organic and printed electronics 2015 - a VAMAS review. , National Physical Laboratory. Available from: https://www.researchgate.net/publication/278035615_Current_landscape_of_standardisation_efforts_in_organic_and_printed_electronics_2015_-_a_VAMAS_review (2015).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Tags

3D geprinte kamerorganische opto elektronische apparatenwaterdamptransmissiesnelheidenvironmental chamberpolymelkzuurpogo contactpinnenglovebox assemblageSource Measurement Unitvochtigheidsregeling
Een 3D-gedrukte kamer voor organische opto-elektronische apparaat afbraak testen
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.