Name: Printing Fabrication van Bulk Heterojunction Solar Cells en In Situ Morfologie karakterisering (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 32 s
Description: Leer de fabricage van organische dunne-filmzonnecellen via mini-slot die coating en synchrotronkarakterisering. Deze methode onthult morfologie-evolutie tijdens oplosmiddelverdamping voor geoptimaliseerde prestaties.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Dit werk werd ondersteund door Polymer-Based Materials for Harvesting Solar Energy (PHaSE), een Energy Frontier Research Center gefinancierd door het U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences onder subsidienummer DE-SC0001087 en het U.S. Office of Naval Research onder contract N00014-15-1-2244. Delen van dit onderzoek werden uitgevoerd op beamline 7.3.3 en 11.0.1.2 bij de Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory, die werd ondersteund door de DOE, Office of Science en Office of Basic Energy Sciences.

1. Photon-actieve Blend Ink Voorbereiding <ol><li> Weeg 10 mg DPPBT polymeer en 10 mg PC 71 BM materiaal (chemische structuren weergegeven in figuur 1). Meng ze in een 4 ml flesje. </li><li> Voeg 1,5 ml chloroform en 75 pl van 1,2-dichloorbenzeen in het mengsel. </li><li> Zet een kleine roerstaafje in het flesje, sluit het flesje met een polytetrafluorethyleen (PTFE) cap, en breng het flesje om een ​​hete plaat. Roer bij ~ 400 rpm en verwarm bij ~ 50 ° C geïncubeerd voor gebruik. </li></ol> 2. ITO en Wafer reiniging van substraten en Voorbereiding <ol><li> Load vooraf gevormde indium tinoxide (ITO) glas substraat (1 inch bij 3 inch, met half verwijderd ITO) of siliciumwafel in een Teflon reiniging rek en zet het rek in een glazen houder (figuur 2). Voeg verdunde detergent-oplossing (300 ml, 1% universele reinigingsmiddel) in de glazen container en zet de glazen houder in ultrasoonapparaat en ultrasone trillingen gedurende 15 minuten.</li><li> Verwijder het wasmiddel en spoel het ITO glas met gedeïoniseerd (DI) water een paar keer. Voeg vervolgens 300 ml gedeïoniseerd water in de houder en zet de glazen houder in sonicator nog eens 15 minuten. </li><li> Verwijder het water uit het reservoir. Voeg 300 ml aceton in de houder en ultrasone trillingen gedurende 15 min. </li><li> Verwijder het aceton. Voeg 300 ml 2-isopranol in de glazen container en vervolgens ultrasone trillingen gedurende 15 minuten. </li><li> Verplaats de reiniging rek uit in een oven. Stel de oventemperatuur tot 100 ° C, en wacht 3-5 uur totdat de ITO glas volledig droog. </li><li> Neem schoongemaakt substraten. Transfer ze in een UV-ozonreiniger of zuurstof plasma schoner. Gebruik high-powered UV-ozon of plasma om ze schoon voor ~ 15 min volgens het protocol van de fabrikant. </li><li> Zet het gereinigde substraat op een spin-coater, voeg 150 ul poly (3,4-ethyleendioxythiofeen) polystyreen sulfonaat (PEDOT: PSS) oplossing op het gereinigde substraat, en spin-jas bij 3.000 toeren per minuut voor het coatena ~ 30 nm dik PEDOT: PSS (PEDOT: PSS 4083) dunne film op zowel de ITO glas of silicium wafers. </li><li> Take off gespincoate substraten. Breng de vers beklede substraten op een verwarmingsplaat en gloeien bij 150 ° C gedurende 15 minuten. </li></ol> 3. actieve laag Printing <ol><li> Load substraat. Doe de PEDOT: PSS gecoat ITO substraat op de bodemplaat van de mini-sleuf sterven bekleder. Schakel de vacuümpomp die is aangesloten op de vacuümklem van de gleufmes coater op het substraat stevig vasthouden. (Zie Figuur 3 voor verschillende onderdelen zich bevinden.) </li><li> Pas de positie van het substraat om het goed onder de printer hoofd zetten. Dit kan met behulp van de lineaire manipulator onder de substraatplaat. </li><li> Stel het hoofd te kantelen met behulp van de 2-D kantelen manipulator dat de printkop houdt. Zorg ervoor dat het hoofd staat verticaal op de top van de geladen substraat. Merk op dat in dit proces, kan de printkop worden neergelaten nabij de Hydrote. Gebruik de kloof tussen de printkop en het substraat aan te tonen of het hoofd niet gekanteld of. Dit zal zeer nuttig zijn wanneer een wafer substraat wordt gebruikt, omdat een kleine afbeelding van de printkop zal verschijnen en zal het veel gemakkelijker zijn om het kantelen te controleren. </li><li> Stem de head-to-substraat tot nul. De verticale motor is gekoppeld met een krachtsensor. Wanneer de printkop drijft, wordt een constante kracht lezing te verkrijgen (het gewicht van afdrukkop en kantelen manipulator samenstellingen). Zodra printerkop raakt substraat, zal het lezen te verminderen, het markeren van de nulstand. Zie figuur 4 voor de instelling stap afstand. Gebruik tipbedrijf in het tunen van de afstand. LET OP: De verticale manipulator translationeel plaat is verbonden met de basis met behulp van veren en de veer constante verschilt enigszins. Waardoor kleine veranderingen in krachtsensor onvermijdelijk tijdens het experiment. </li><li> Stel een head-to-substraat waarde voor het experiment. In dit experiment, zet dehoofd naar kloof substraat tot 100 urn. </li><li> Stel de lineaire translatie fase motor die worden geprint. Vind het startpunt en eindpunt. Noteer deze waarden. De reisafstand van de lineaire motor is 100 mm. Hier bevindt zich op 10 mm motor positie als uitgangspunt en 80 mm motor positie als eindpunt. </li><li> Stel de afdruksnelheid tot 10 mm / sec met behulp van de motor besturingssoftware interface (Figuur 4b). Zet de motor acceleratie snelheid tot 100 m / sec. <ol><li> Als de motor niet goed werkt of de software heeft een fout, dan kunt u de software opnieuw op te starten en klik op &quot;enable&quot; en dan &quot;thuis&quot; in de software-interface. Merk op dat tijdens drukproces, de printkop blijft vast en het substraat gaat naar de oplossing doseren en bootsen de industriële drukproces. </li></ol></li><li> Load DPPBT: PCBM oplossing (kamertemperatuur) in 1 ml spuit en bevestig de spuit om de spuit pomp die is verbonden met de sleufsterven printer. De afdrukinstructies parameters besturingssoftware (spuit diameter en aanvoersnelheid oplossing, 0,3 ml / min in dit geval). </li><li> Start het afdrukken experiment. <ol><li> Beweeg het substraat naar het beginpunt openen door het startpunt positie in het positie venster besturingssoftware. Zie figuur 4c voor details. </li><li> Start om oplossing in de sleuf sterven hoofd te pompen door te klikken op de start in de injectiepomp software. U kunt ook handmatig te bedienen de injectiepomp. Per coating zal ongeveer ~ 100 ul oplossing worden gebruikt. Gebruik normaliter 300 ul oplossing eerst drukken en gebruik ~ 100 ul oplossing voor herhaaldelijk afdrukken. </li><li> Snel start de translationele motor wanneer de oplossing begint coming out van de printkop, en het substraat zal verhuizen naar de eindstand. Let op: dit is een cruciale stap. Vooraf het translationele motor eindpositie in de stand-venster, en klik op enter om de motor te starten movement. </li><li> Stop de spuit pomp en til de printkop met behulp van de verticale motor. Schakel de stofzuiger uit en neem de ondergrond van de bodemplaat. Merk op dat het dode volume van deze drukkop is 250 pl, en dus de eerste keer vullen duurt dan 250 ul oplossing. </li><li> Laad het bedrukte substraat in een vacuümoven gedurende 3-5 uur om achtergebleven oplosmiddel te verwijderen. </li><li> Zet een petrischaal onder de printkop. Pomp 10 ml chloroform in de printkop om de kop te reinigen. Verzamel de verontreinigde chloroformoplossing met de petrischaal. Gebruik wattenstaafjes om de printkop schoon te maken, terwijl het pompen van de schoonmaak oplossing. Na elke coating run, het reinigen van de printkop, in het bijzonder wanneer een andere oplossing wordt gebruikt. LET OP: De DPPBT: PCBM oplossing toont een donkergroene kleur. Als de reinigingscyclus voltooid is, kan geen kleur blijkt uit het chloroform oplosmiddel. </li></ol></li></ol> 4. kathode-elektrode Deposition <ol><li> Laad deactieve laag beklede substraat op schaduwmaskers (figuur 5) en zet het masker in de verdampingskamer. </li><li> Leg twee thermische verdamping boten in tussen de elektrode studs (figuur 6a). Laad een boot met LiF zout (nauwelijks over de boot, ~ 0,2 g) en een boot met aluminium metaal (4 pellets). </li><li> Sluit de verdampingskamer en de pomp langs de verdampingskamer tot ongeveer 2 x 10 -6 Torr. </li><li> Stel de kamer tot 1 nm LiF gevolgd door 100 nm aluminium te deponeren. In het onderhavige geval, gebruik dan 20% vermogen voor LiF afzetting en het gebruik van 26% vermogen voor Al depositie. Getoond in Figuur 6b is de verdamper besturingsinterface van de in deze studie gebruikte systeem. </li><li> Stop evacuatie pompen en vullen de kamer met stikstofgas. Wanneer de druk terugkeert naar atmosferische druk, neem de substraten uit. </li></ol> 5. Fotovoltaïsche Performance Measurement <ol><li> Bereid een glasplaatje dat de helftbreedte van de ITO glas dat wordt gebruikt in het apparaat fabricage. Voer deze stap in een handschoenenkastje. Plakken epoxylijm aan één zijde van het glassubstraat, en bestrijken het gebied apparaat met de epoxy beklede objectglaasjes (zie figuur 11 voor monsterinrichting). Wanneer de epoxy is uitgehard, wordt het apparaat volledig afgesloten. </li><li> Start de zonne-simulatie lamp en ingesteld op 1,5 bestraling met 100 mW / cm 2 AM. Stabiliseren van de lamp voor ongeveer 15 minuten voor de meting. Getoond in figuur 7 is het PV meetsysteem gebruikt in deze studie. </li><li> Monteer het apparaat onder de zonne-simulator op het instrument voorgesteld afstand. Sluit de anode en de kathode om het meetcircuit. Neem een ​​stroom-voltage curve met behulp van een elektrische multimeter gebruikt protocol van de fabrikant. </li><li> Bepaal de prestaties van het apparaat als volgt: J sc: kortsluitstroom, de maximale stroom die een zonnecel apparaat kan leveren; V oc </sub&gt;: Open circuit spanning, de maximale spanning die een zonnecel apparaat kan leveren; FF: vul factor, het maximale gebied IV curve gedeeld door J v * V oc; PCE: de macht omzettingsrendement, J v * V oc * FF / (100 mW / cm2). </li></ol> 6. Synchrotron X-ray Measurement <ol><li> Stel een helium box lucht verstrooiing te onderdrukken in het X-ray meting. Monteer de mini-slot sterven bekleder in de helium doos. Weergegeven in figuur 8 is de experimentinstellingen van scherende inval röntgendiffractie experimenten met helium vak Advanced Light Source. </li><li> Monteer een optische interferometer op de drukmachine de dikteverandering via oplosmiddelverdamping controleren. In dit experiment werd gebruik UVX een model (bijvoorbeeld Filmetrix F20). De materialen die worden gebruikt in dit experiment hebben sterke lichtabsorptie 300-900 nm golflengte. <ol><li> Gebruik een bron lamp van optische interferometer thbij vermijdt materiaal absorptie. Gebruik een 1,100-1,700 nm golflengte lamp in dit experiment. Pre-kalibreren van het instrument vóór experiment na de operatie procedures. </li></ol></li><li> Zet de PEDOT: PSS beklede wafer op substraathouder van de printer en pas de kop en het substraat plaats na stap 3,2-3,5. Schakel de vacuümpomp en ervoor zorgen dat de wafer substraat kleeft aan de substraathouder stevig vast. </li><li> Spoel de helium vakje om lucht te verwijderen. Merk op dat zuurstofniveau moet minder zijn dan 0,3 volume%, die kan worden gecontroleerd door zuurstof sensor. </li><li> Lijn het substraat op de plaats waar de röntgendetector treft het substraat (de eindstand in druk), en stel de invalshoek, 0,16 ° in dit geval. Lijn volgens beam-line protocol. </li><li> Stel de röntgenbron belichtingstijd en data acquisition method. Hier, gebruik 2 sec als de belichtingstijd, en gevolgd door 3 sec vertragingstijd (tot server beam schade te voorkomen). Zo zal elk experiment periodeis 5 sec. Voer een continue rij van 100 herhalingen; dus neem 100 foto&#39;s. </li><li> Noem het experiment en kies het datapad experimentele bestanden op te slaan. Weergegeven in figuur 9 is de Advanced Light Source bundellijn 7.3.3 gebruikersinterface waarbij bovengenoemde instellingen gemakkelijk kan worden gelokaliseerd. </li><li> Beweeg het substraat naar de uitgangspositie door lopen de uitgangspositie in motor besturingssoftware. Start de röntgenbron sluiter en de detector continu diffractie / verstrooiing signalen opnemen. </li><li> Start de injectiepomp om de oplossing worden meegenomen in printkop. Wanneer de oplossing begint te werpen van de printkop (bewaakt door een bewakingscamera), al snel het drukproces starten. OPMERKING: Wanneer de pre-gekozen meting positie is bereikt, zullen 2-D-detector de verstrooiing signaal uit de oplossing vast te leggen. Laagdikte zal worden gecontroleerd door interferometer. Dus de dunne film morfologie evolutie zal worden opgenomen. </li><li> Til de printerhoofd en reinig het hoofd toen experiment wordt gedaan. </li></ol>

<ol><li>Brabec, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200903697/abstract">Polymer-Fullerene Bulk-Heterojunction Solar Cells.</a> Adv. Mater. 22 (34), 3839-3856 (2010).</li>
<li>Thompson, B. C., Fréchet, J. M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymer-Fullerene+Composite+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Polymer-Fullerene Composite Solar Cells.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 47 (1), 58-77 (2008).</li>
<li>Günes, S., Neugebauer, H., Sariciftci, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conjugated+Polymer-Based+Organic+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Conjugated Polymer-Based Organic Solar Cells.</a> Chem. Rev. 107 (4), 1324-1338 (2007).</li>
<li>Krebs, F. C., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/ee/c1ee01891d#!divAbstract">The OE-A OPV demonstrator anno domini 2011.</a> Energy Environ. Sci. 4 (10), 4116(2011).</li>
<li>Krebs, F. C., Tromholt, T., Jørgensen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Upscaling+of+polymer+solar+cell+fabrication+using+full+roll-to-roll+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Upscaling of polymer solar cell fabrication using full roll-to-roll processing.</a> Nanoscale. 2 (6), 873(2010).</li>
<li>Liu, F., Gu, Y., Jung, J. W., Jo, W. H., Russell, T. P. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/polb.23063/abstract">On the morphology of polymer-based photovoltaics.</a> J. Polym. Sci. Polym. Phy. 50 (15), 1018-1044 (2012).</li>
<li>Liu, F., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/259095581_Characterization_of_the_morphology_of_solution-processed_bulk_heterojunction_organic_photovoltaics">Characterization of the morphology of solution-processed bulk heterojunction organic photovoltaics.</a> Prog. Polym. Sci. 38 (12), 1990-2052 (2013).</li>
<li>Schmidt-Hansberg, B., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.3270402">In situ monitoring the drying kinetics of knife coated polymer-fullerene films for organic solar cells.</a> J. appl. phys. 106 (12), 124501(2009).</li>
<li>Pearson, A. J., Wang, T., Lidzey, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+dynamic+measurements+in+correlating+structure+with+optoelectronic+properties+in+polymer+fullerene+bulk-heterojunction+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Rep.+Prog.+Phys%22%5BJournal%5D)">The role of dynamic measurements in correlating structure with optoelectronic properties in polymer fullerene bulk-heterojunction solar cells.</a> Rep. Prog. Phys. 76 (2), 022501(2013).</li>
<li>Treat, N. D., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201000023/abstract">Interdiffusion of PCBM and P3HT Reveals Miscibility in a Photovoltaically Active Blend.</a> Adv. Energy Mater. 1 (1), 82-89 (2010).</li>
<li>Collins, B. A., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jz101276h">Molecular Miscibility of Polymer-Fullerene Blends.</a> J. Phys. Chem. Lett. 1 (21), 3160-3166 (2010).</li>
<li>Chen, D., Liu, F., Wang, C., Nakahara, A., Russell, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bulk+Heterojunction+Photovoltaic+Active+Layers+via+Bilayer+Interdiffusion%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Bulk Heterojunction Photovoltaic Active Layers via Bilayer Interdiffusion.</a> Nano Lett. 11 (5), 2071-2078 (2011).</li>
<li>Gu, Y., Wang, C., Russell, T. P. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201100726/abstract">Multi-Length-Scale Morphologies in PCPDTBT/PCBM Bulk-Heterojunction Solar Cells.</a> Adv. Energy Mater. 2 (6), 683-690 (2012).</li>
<li>Perez, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solvent+Additive+Effects+on+Small+Molecule+Crystallization+in+Bulk+Heterojunction+Solar+Cells+Probed+During+Spin+Casting%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Solvent Additive Effects on Small Molecule Crystallization in Bulk Heterojunction Solar Cells Probed During Spin Casting.</a> Adv. Mater. 25 (44), 6380-6384 (2013).</li>
<li>Lee, J. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Processing+Additives+for+Improved+Efficiency+from+Bulk+Heterojunction+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Processing Additives for Improved Efficiency from Bulk Heterojunction Solar Cells.</a> J. Am. Chem. Soc. 130 (11), 3619-3623 (2008).</li>
<li>Shin, N., Richter, L. J., Herzing, A. A., Kline, R. J., DeLongchamp, D. M. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201201027/abstract">Effect of Processing Additives on the Solidification of Blade-Coated Polymer/Fullerene Blend Films via In-Situ Structure Measurements.</a> Adv. Energy Mater. 3 (7), 938-948 (2013).</li>
<li>Sødergaard, R., Hösel, M., Angmo, D., Larsen-Olsen, T. T., Krebs, F. C. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702112700196">Roll-to-roll fabrication of polymer solar cells.</a> Mater. Today. 15 (1-2), 36-49 (2012).</li>
<li>Liu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+Polymer+Solar+Cells+Based+on+a+Low+Bandgap+Semi-crystalline+DPP+Polymer-PCBM+Blends%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Efficient Polymer Solar Cells Based on a Low Bandgap Semi-crystalline DPP Polymer-PCBM Blends.</a> Adv. Mater. 24 (29), 3947-3951 (2012).</li>
<li>Liu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relating+Chemical+Structure+to+Device+Performance+via+Morphology+Control+in+Diketopyrrolopyrrole-Based+Low+Band+Gap+Polymers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Relating Chemical Structure to Device Performance via Morphology Control in Diketopyrrolopyrrole-Based Low Band Gap Polymers.</a> J. Am. Chem. Soc. 135 (51), 19248-19259 (2013).</li>
<li>Liu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+Printing+and+In+Situ+Morphology+Observation+of+Organic+Photovoltaics+Using+Slot-Die+Coating%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Fast Printing and In Situ Morphology Observation of Organic Photovoltaics Using Slot-Die Coating.</a> Adv. Mater. 27 (5), 886-891 (2015).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

De hier beschreven methode beoogt de ontwikkeling van een film synthesemethode die gemakkelijk kan worden opgeschaald industriële productie. Dunne film printen en synchrotron morfologie karakterisering zijn de meest kritische stappen met het protocol. In vorige lab schaal OPV onderzoek wordt spincoaten gebruikt als overheersende methode om dunne film inrichtingen te fabriceren. Echter, dit proces maakt gebruik van hoge centrifuge kracht om zich te verspreiden BHJ oplossing, die is heel anders dan de industriële basis ro...

Organische fotovoltaïsche cellen (OPV) zijn een veelbelovende technologie voor kosteneffectieve hernieuwbare energiebronnen in de nabije toekomst te produceren. 1, 2, 3 enorme inspanningen geleverd om fotoactieve polymeren ontwikkelen en fabriceren hoge efficiëntievoorzieningen. Tot op heden zijn enkellaags OPV inrichtingen een&gt; 10% vermogen omzettingsrendement (PCE) bereikt. Deze rendementen zijn behaald op laboratoriumschaal apparaten met behulp van spin-coating om de film te genereren, en de vertaling naar groter formaat schaal apparaten is beladen met aanzienlijke verlagingen van de PCE geweest. 4, 5 In de industrie, roll-to-roll (R2R) op basis van dunne film coating wordt gebruikt om foton actieve dunne films op geleidende substraten, dat is heel anders dan de typische laboratoriumschaal processen, met name op de snelheid van verwijdering van oplosmiddel te genereren. Dit is essentieel omdat de morfologie zijn kinetically opgesloten, door de wisselwerking tussen meerdere kinetische processen, zoals fasenscheiding, bestellen, oriëntatie en oplosmiddelverdamping. 6, 7 Dit kinetisch gevangen morfologie echter bepaalt in grote mate de prestatie van de zonnecel apparaten. Dus inzicht in de ontwikkeling van de morfologie tijdens het coatingproces van groot belang voor het manipuleren van de morfologie teneinde te optimaliseren. De optimalisering van de morfologie vereist begrip van de kinetiek verband met de ordening van de gatengeleidende polymeer in oplossing als oplosmiddel wordt verwijderd; 8, 9 kwantificeren van de interactie van het polymeer met het fullereen gebaseerde elektronengeleider; 10, 11, 12 begrijpen van de rol van additieven in het definiëren van de morfologie; 13, 14, 15 en balanceren van de relatieve snelheden van verdamping van het oplosmiddel (en) en additieven. 16 Het is een uitdaging voor de ontwikkeling van de morfologie kwantitatief karakteriseren de actieve laag in een industrieel relevante omgeving geweest. Roll-to-roll processing is onderzocht voor de fabricage van grootschalige OPV apparaten. 4, 17 echter werden deze studies uitgevoerd in een productie omgeving waar grote hoeveelheden materialen worden gebruikt, effectief beperken studies commercieel verkrijgbare polymeren. In dit artikel worden de technische details van het fabriceren van OPV apparaten met behulp van een mini-slot sterven coating systeem gedemonstreerd. Coatingparameters zoals film drogen kinetiek en laagdikte controle zijn van toepassing op grotere schaal processen, waardoor dit onderzoek direct gerelateerd aan industrie faer- voor. Daarnaast is een zeer kleine hoeveelheid materiaal in de matrijs minislot coating experiment, waardoor deze verwerking voor nieuwe synthetische materialen. In ontwerp, kan deze mini-sleufmatrijs coater op synchrotron eindstations worden gemonteerd, en daardoor scherende inval small angle X-ray scattering (GISAXS) en röntgendiffractie (GIXD) kan worden gebruikt voor reële tijd mogelijk over de ontwikkeling van de morfologie over een groot bereik van lengteschalen in verschillende stadia van de film droogproces onder verschillende procescondities. De verkregen informatie in deze studies kan direct worden overgedragen aan een industriële productie setting. De kleine hoeveelheid van de gebruikte materialen maakt een snelle screening van een groot aantal foto-actieve stoffen en mengsels daarvan onder verschillende procescondities. Het halfkristallijne diketopyrrolopyrrool en quaterthiophene (DPPBT) gebaseerd lage band geconjugeerd polymeer gebruikt als model donormateriaal en (6,6) -fenyl C71-butyric methylester (PC 71 BM) gebruikt als elektronische acceptor. 18, 19 wordt getoond in eerdere studies die DPPBT: PC 71 BM blends vormen vergroot fasescheiding bij gebruik van chloroform als oplosmiddel. A chloroform: 1,2-dichloorbenzeen oplosmiddelmengsel kan de grootte van fasescheiding te verminderen en dus verhoging van de prestaties van het apparaat. De vorming morfologie tijdens het droogproces oplosmiddel onderzocht door in situ scherende inval röntgendiffractie en verstrooiing. Zonnecel apparaten vervaardigd met de mini-gleufmes coater toonden een gemiddelde van 5,2% PCE met de beste oplosmiddelmengsel omstandigheden 20 die gelijk is aan spin-coating gefabriceerde inrichtingen. De mini-sleuf sterven bekleder opent een nieuwe route naar zonnecel apparaten te fabriceren in een onderzoekslaboratorium instelling die een industrieel proces nabootst, het vullen van een gat in het voorspellen van de levensvatbaarheid van deze materialen in een industrieel relvant setting.

<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>The University of Massachusetts</td><td>Custom Made</td><td></td></tr><tr><td>PEDOT:PSS</td><td>Heraeus</td><td>P VP Al 4083</td><td></td></tr><tr><td>Mucasol Liquid Cleaner</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z637181</td><td></td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>270725</td><td></td></tr><tr><td>Isopropyl Alcohol</td><td>BDH</td><td>BDH1133</td><td></td></tr><tr><td>Chloroform</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>372978&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>1,2-dichlorobenzene</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>240664</td><td></td></tr><tr><td>Lithium fluoride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>669431</td><td></td></tr><tr><td>Aluminum</td><td>Kurt Lesker</td><td>EVMAL50QXHD</td><td></td></tr><tr><td>Glass vials</td><td>Fisher Scientific</td><td>03-391-7B</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonic Cleaner</td><td>Cleanosonic</td><td>Branson 2800</td><td></td></tr><tr><td>Oven</td><td>WVR</td><td>414005-118</td><td></td></tr><tr><td>Cleaning Rack</td><td>Lawrence Berkeley National Lab</td><td>Custom Made</td><td></td></tr><tr><td>Shadow Mask</td><td>Lawrence Berkeley National Lab</td><td>Custom Made</td><td></td></tr><tr><td>UV-Ozone Cleaner</td><td>UVOCS INC</td><td>T16X16 OES</td><td></td></tr><tr><td>Glove Box</td><td>MBraun</td><td>Custom Made</td><td></td></tr><tr><td>Evaporator</td><td>MBraun</td><td>Custom Made</td><td></td></tr><tr><td>Slot Die Coater</td><td>Jema Science Inc</td><td>Custom Made</td><td></td></tr><tr><td>Solar Simulator</td><td>Newport</td><td>Class ABB</td><td></td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>SCS Equipment</td><td>SCS G3</td><td></td></tr><tr><td>Hot Plate</td><td>Thermo Scientific</td><td>SP131015Q</td><td></td></tr><tr><td>X-ray Measurement</td><td>Lawrence Berkeley National Lab</td><td>Beamline 7.3.3</td><td></td></tr></tbody></table>

printing fabrication van bulk heterojunction solar cells en in situ morfologie karakterisering

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

Polymeergebaseerde materialen beloven veel als goedkope, flexibele en efficiënte fotovoltaïsche apparaten. De meeste laboratoriuminspanningen om hoogwaardige apparaten te bereiken, hebben gebruik gemaakt van apparaten die zijn bereid door spin coating, een proces dat niet geschikt is voor grootschalige fabricage. Deze mismatch in apparaatfabricage maakt het moeilijk om kwantitatieve resultaten verkregen in het laboratorium te vertalen naar commercieel niveau, waardoor optimalisatie moeilijk wordt. Met behulp van een mini-slot die coater kan deze mismatch worden opgelost door het commerciële proces naar het laboratorium te vertalen en de structuurvorming in de actieve laag van het apparaat in realtime en in situ te karakteriseren terwijl films op een substraat worden gecoat. De evolutie van de morfologie werd gekenmerkt onder verschillende omstandigheden, waardoor we een mechanisme kunnen voorstellen waarmee de structuren zich vormen en groeien. Deze mini-slot die coater biedt een eenvoudige, gemakkelijke, materiaalefficiënte route waarmee de morfologie in de actieve laag kan worden geoptimaliseerd onder industrieel relevante omstandigheden. Het doel van dit protocol is om experimentele details te tonen van hoe een zonnecelapparaat wordt vervaardigd met behulp van een mini-slot die coater en technische details van het uitvoeren van in situ structuurkarakterisering met behulp van de mini-slot die coater.

Getoond in figuur 3 is de mini-gleufmes coatingsysteem. Het bestaat uit een coating machine, een spuitpomp en een centrale bedieningskast. De coating machine is het essentieel, dat is gemaakt van een sleuf matrijskop, een horizontaal translationele fase en een verticale translationele fase. De sleuf matrijzenhoofd wordt door een 2-D kantelen manipulator gemonteerd aan de basis van een verticale translatie motor. Figuur 10a toont de hoofdmachine printer z...

Hier presenteren we een protocol om organische dunne film zonnecellen met behulp van een mini-slot sterven coater en de bijbehorende in-line structuur karakteriseringen met behulp van synchrotronstraling scattering technieken te fabriceren.

Printing Fabrication van Bulk Heterojunction Solar Cells en In Situ Morfologie karakterisering

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

Het algemene doel van dit experiment is om de fabricage van organische dunnefilmzonnecellen door middel van printen te demonstreren en om de evolutie van de dunnefilmmorfologie tijdens het verdampen van oplosmiddelen te observeren. Deze methode helpt bij het beantwoorden van belangrijke vragen in functionele dunne films, zoals in dunnefilmzonnecellen en polymeercoatings. Het grote voordeel van deze techniek is dat de industriële verwerking en synchrotrontechnieken goed worden samengevoegd om het fundamentele aspect van de materiaalwetenschap te demonstreren.De implicatie van deze methode helpt om de morfologische evolutie van aangrenzende dunne films te begrijpen, wat cruciaal is voor het bepalen van de uiteindelijke morfologie en de prestaties van het apparaat. Dus deze techniek kan ons informatie geven over de morfologie van dunnefilmorganische zonnecellen. Het zou ons ook informatie kunnen geven over andere materialen, bijvoorbeeld lichtgevende dioden of functionele dunnefilmmaterialen.Om de substraat te laden, plaats de voorbereide PEDOT:PSS gecoate indium-tin-oxide substraat op de basisplaat van de mini-slot die coater. Gebruik de lineaire manipulator onder de substraatplaat o

printing-fabrication-bulk-heterojunction-solar-cells-situ-morphology

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Er is vooruitgang geboekt bij het gebruik van spin-echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) als neutronenverstrooiingstechniek om de lengteschalen in onregelmatige monsters te onderzoeken. Kristallieten van [6,6]-fenyl-C61-boterzuurmethylester zijn onderzocht met behulp van de SERGIS-techniek en de resultaten bevestigd door optische en atoomkrachtmicroscopie.

Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering gebruiken om organische zonnecelmaterialen te onderzoeken

Tinsulfide (SnS) is een kandidaatmateriaal voor op Aarde abundantie, niet-toxische zonnecellen. Hier demonstreren we de fabricageprocedure van de SnS-zonnecellen met behulp van atoomlaagdeposition, wat een gecertificeerde energieconversie-efficiëntie van 4,36% oplevert, en thermische verdamping die 3,88% oplevert.

Het maken van Record-efficiëntie SnS Zonnecellen door thermische verdamping en Atomic Layer Deposition

De fabricage van hoogcontrastroosters als parallel spectrumsplitsend dispersie-element in een geconcentreerd fotovoltaïsch systeem wordt gedemonstreerd. Fabricageprocessen inclusief nano-imprint litografie, TiO2 sputteren en reactieve ionen-etsen worden beschreven. Reflectiemeetresultaten worden gebruikt om de optische prestaties te karakteriseren.

Fabrication van High Contrast Roosters voor de Spectrum Splitting Dispersieve Element in een geconcentreerde Zonneinstallatie

Er wordt een haalbare op transferdruk gebaseerde methodologie beschreven om plasmonische metaalnanostructuren in zonnepanelen te introduceren. Met behulp van nanopijler poly(dimethylsiloxane) stempels, werd een Ag-gebaseerde geordende nanodisk-array geïntegreerd met standaard gehydrogeneerde microkristallijne Si-zonnepanelen, wat leidde tot verbeterde prestaties van het apparaat als gevolg van plasmonisch lichtopsluiting.

Integratie van Licht Trapping Silver Nanostructures in gehydrogeneerde Microkristallijn silicium zonnecellen door Transfer Printing

Dit artikel onderzoekt de geschiktheid van inkjetprinten voor de productie van kleurling gevoelige zonnepanelen. Een bindmiddelvrije TiO2 nanodeeltjesinkt werd geformuleerd en op een FTO-glassubstraat geprint. De gedrukte laag werd vervaardigd tot een cel met een actieve oppervlakte van 0,25 cm2 en een efficiëntie van 3,5%.

Digital Printing titaandioxide voor kleurstof zonnecellen

Dit protocol beschrijft de synthese en afzetting van oplossing anorganische nanokristallen laag voor laag op dunne film elektronica op niet-geleidende oppervlakken te produceren. Solvent-gestabiliseerde inkten kunnen volledige fotovoltaïsche apparaten op glassubstraten via spin en neveldeklaag volgende post-depositie ligand uitwisseling en sinteren produceren.

Fabricage van Fully Solution Verwerkte Anorganische Nanocrystal Fotovoltaïsche apparaten

Een methode voor het volledig gedrukt te worden, fullereen-vrij, zeer lucht-stabiele, bulk-heterojunctie zonnecellen op basis van Ti alkoxiden als het elektron acceptor en het elektronen donerende polymeer fabricage wordt hier beschreven. Bovendien wordt een werkwijze voor het regelen van de morfologie van de fotoactieve laag door de moleculaire grote omvang van de Ti-alkoxide eenheden gerapporteerd.

Morfologie Control for Volledig Printable organisch-anorganische bulk-heterojunctie zonnecellen op basis van een Ti-alkoxide en halfgeleidende polymeer

We presenteren een uitgebreide studie over de effecten van verschillende fabricagemethoden voor organische / anorganische perovskiet dunne films door het vergelijken van kristalstructuren, toestandsdichtheid, energie, en uiteindelijk de zonnecel prestaties.

Invloed van Hybrid Perovskite fabricagemethoden on Film Formation, Electronic Structure en Zonnecel prestaties

Hier presenteren we een protocol voor de ontwikkeling van high-performance GaP/Si heterojunctie zonnecellen met een hoge Si minderheid-carrier levensduur.

Ontwikkeling van High Performance GaP/Si heterojunctie zonnecellen

Dit artikel is een demonstratie en een richtlijn om in-house (met een röntgeninstrument in het laboratorium) in situ GISAXS-experimenten van drooginkten op roll-to-roll sleuf-matrijs gecoate, niet-fullerene organische fotovoltaïsche middelen uit te voeren en te analyseren.

In situ Beweiding Incidentie Kleine Hoek Röntgenverstrooiing op Roll-To-Roll Coating van organische zonnecellen met laboratorium röntgeninstrumentatie

We beschrijven een flash infrarood gloeimethode die wordt gebruikt voor de synthese van perovskiet- en mescopisch-TiO2-films. Gloeiparameters zijn gevarieerd en geoptimaliseerd voor verwerking op fluor-doped tinoxide (FTO) glas en indium tin oxide-gecoate polyethyleentereftalaat (ITO PET), vervolgens geven apparaten vermogen conversie efficiëntie &gt;20%.

Flash infrarood gloeien voor Perovskiet zonnecel verwerking

Leer de fabricage van organische dunne-filmzonnecellen via mini-slot die coating en synchrotronkarakterisering. Deze methode onthult morfologie-evolutie tijdens oplosmiddelverdamping voor geoptimaliseerde prestaties.

Printing Fabrication van Bulk Heterojunction Solar Cells en In Situ Morfologie karakterisering

Meer video's verkennen