Method Article

Równoczesne ilościowe pomiary przewodności i właściwości mechanicznych organicznych materiałów fotowoltaicznych za pomocą 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

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

Organiczne materiały fotowoltaiczne (OPV) są z natury niejednorodne w skali nanometrów. Niejednorodność materiałów OPV w nanoskali wpływa na wydajność urządzeń fotowoltaicznych. W artykule opisano protokół pomiarów ilościowych właściwości elektrycznych i mechanicznych materiałów OPV o rozdzielczości poniżej 100 nm.

Abstract

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

Organiczne materiały fotowoltaiczne (OPV) są z natury niejednorodne w skali nanometrów. Niejednorodność materiałów OPV w nanoskali wpływa na wydajność urządzeń fotowoltaicznych. W związku z tym zrozumienie przestrzennych różnic w składzie, a także właściwości elektrycznych materiałów OPV ma ogromne znaczenie dla rozwoju technologii fotowoltaicznej. 1,2 W artykule opisano protokół pomiarów ilościowych właściwości elektrycznych i mechanicznych materiałów OPV o rozdzielczości poniżej 100 nm. Obecnie pomiary właściwości materiałów wykonywane przy użyciu dostępnych na rynku technik opartych na AFM (PeakForce, przewodzący AFM) dostarczają na ogół jedynie informacji jakościowych. Wartości rezystancji oraz modułu Younga zmierzone naszą metodą na prototypowym układzie ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM dobrze korespondują z danymi literaturowymi. Mieszanina P3HT:PC61BM rozdziela się na domeny bogate w PC61BM i bogate w P3HT. Właściwości mechaniczne domen bogatych w PC61BM i P3HT są różne, co pozwala na atrybucję domen na powierzchni folii. Co ważne, połączenie danych mechanicznych i elektrycznych pozwala na korelację struktury domeny na powierzchni folii ze zmiennością właściwości elektrycznych mierzoną przez grubość folii.

Introduction

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

Ostatnie przełomy w sprawności konwersji energii (PCE) organicznych ogniw fotowoltaicznych (OPV) (zwiększenie o 10% na poziomie ogniw)3 w połączeniu z przestrzeganiem wysokoprzepustowych i tanich procesów produkcyjnych4 zwróciły uwagę na technologię OPV jako możliwe rozwiązanie dla wyzwania, jakim jest tania produkcja ogniw słonecznych o dużej powierzchni. Materiały OPV są z natury niejednorodne w skali nanometrowej. Niejednorodność materiałów OPV w nanoskali i wydajność urządzeń fotowoltaicznych są ze sobą ściśle powiązane. W związku z tym zrozumienie niejednorodności składu, a także właściwości elektrycznych materiałów OPV ma ogromne znaczenie....

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

Protocol

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

1. Akwizycja sygnału

  1. Zainstaluj próbkę (polimerowe ogniwo słoneczne bez katody (ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM)) w komercyjnym wielomodowym AFM (Veeco, Santa Barbara, CA) wyposażonym w kontroler Nanoscope-V.
  2. Zainstaluj przewodzącą sondę AFM w uchwycie wielomodowej sondy AFM.
  3. Utwórz połączenie elektryczne między sondą AFM, próbką i źródłem napięcia.
  4. Skieruj wyjście wzmacniacza prądowego (sygnał prądowy), wielomodowe wyjście odchylenia AFM (sygnał siły), wielomodowe wyjście wysokości próbki AFM (sygnał odległości) do cyfrowej karty akwizycji (NI-PCI-6115 DAQ). Wzmocnienie wzmacniacza prądowego Femto DLPCA-20....

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

Results

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

Mapy modułu i rezystywności Younga (Rysunek 3) prezentują typowe wyniki pomiarów opisanych powyżej. Właściwości mechaniczne i elektryczne stosu ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM mierzono przy ujemnym (-10 V) i dodatnim (+6 V) napięciu przyłożonym do sondy AFM. Artefakty obrazowania, związane z oddziaływaniem elektrostatycznym między sondą AFM a próbką, są częstym problemem w przypadku ilościowych pomiarów właściwości funkcjonalnych za pomocą AFM. Podobieństwo wielkości modułów Younga mierzonych przy r.......

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

Disclosures

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

Nie stwierdzono konfliktu interesów.

Acknowledgements

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

MPN jest wdzięczny Programowi Stypendialnemu Dyrektora za wsparcie finansowe. MPN pragnie podziękować Yu-Chih Tsengowi za pomoc w opracowaniu protokołu przetwarzania ogniw słonecznych. Praca ta została wykonana w Center for Nanoscale Materials w USA. Departament Energii, Biuro Nauki, Biuro Podstawowych Nauk Energetycznych Obiekt Użytkowany na podstawie Umowy 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
TuszePlextronics PlexcorePV 1000
Podłoża szklane powlekane ITODelta Technologies, Inc25 Ohm/sq
30 MHz syntetyzowany generator funkcyjnyStanfor Research SystemsDS345
Wzmacniacz prądowyFemtoDLPCA-200
Multimode AFMVeeco, Santa Barbara, CAwyposażony w Kontroler Nanoscope-V
Karta DAQNational InstrumentsNI-PCI-6115
Metalowe sondy PtOprogramowanie RMNano12Pt3008
MATLABOprogramowanie Mathworks
LabViewInstruments
National

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