Name: Método ambiente para a produção de um Common Cathode ionicamente fechado de Nanotubos de Carbono em Células solares orgânicas Tandem (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-05T15:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 37 s
Description: Aprenda a fabricar células solares orgânicas tandem em condições ambiente usando nanotubos de carbono como cátodo comum. Este método elimina processos de vácuo, reduzindo custos e simplificando a produção de dispositivos fotovoltaicos.

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O suporte para este trabalho foi fornecido pelo DOE STTR grant DE-SC0003664 em Células Solares Orgânicas Paralelas em Tandem com Camadas Intercalares de Folha de Nanotubos de Carbono e Welch Foundation grant AT-1617. Os autores agradecem a J. Bykova por fornecer florestas da CNT e a A. R. Howard, K. Meilczarek e J. Velten pela assistência técnica e discussões úteis.

1. Índio Tin Oxide (ITO) Padronização e Limpeza NOTA: Use 15Ω / □ ITO vidro, e compra ou cortar o vidro ITO em tamanhos adequados para o revestimento de rotação e fotolitografia. É mais eficiente para realizar os passos 1,1-1,7 em um pedaço de vidro tão grande quanto possível, e, em seguida, cortá-la em dispositivos menores. Observe também que os passos 1,1-1,7 exigir o vidro ITO a ser orientado com o ITO-side up. Isto pode ser verificado facilmente com ajuste de resistência de um multímetro. <ol><li> Revestimento de spin 1 ml de S1813 fotorresistente positiva onto-ITO o lado do vidro ITO a uma velocidade de 3.000 rpm durante 1 min. Use mais resistir por grandes pedaços de vidro, certifique-se todo o vidro é revestido, e retire as bolhas antes de iniciar o coater rodada. </li><li> Recozer a resistir vidro revestido, numa placa quente, a 115 ° C durante 1 min. </li><li> Coloque a amostra ea fotomáscaras para o alinhador contato. </li><li> Expor o vidro ITO fotossensíveis revestidos por uma aprovez disso. O tempo de exposição é de cerca de 10 segundos, mas este tempo pode variar com base na intensidade da lâmpada de UV, tipo foto-resistente, e espessura. </li><li> Desenvolver os substratos expostos aos raios UV em desenvolvedor MF311. Processo automatizado de um processador de rotação produz os melhores e mais reproduzíveis resultados, mas o desenvolvimento pode ser feito manualmente, como se seguiu. <ol><li> Submerge os substratos expostos aos raios UV, durante 1 min no revelador, seguido de enxaguamento em água desionizada (DI) de água e secagem com uma pistola de azoto. Porque o desenvolvedor perde força rapidamente, substitua o desenvolvedor entre as amostras, ou, alternativamente, aumentar o tempo de desenvolvimento ao reutilizar desenvolvedor. </li></ol></li><li> Etch os substratos de ITO em ácido clorídrico concentrado (HCl). Isto leva entre 5-10 min, dependendo da concentração do HCl. Enxágüe em água DI, seco, e testar a resistividade das porções gravadas com um multímetro. Se qualquer condutividade permanece, etch para um tempo mais longo. </li><li> Uma vez que o ataque é concluída, remova o photoresist com acetona. Note-se que a remoção imediata do photoresist impede HCl residual do excesso de gravura do ITO padronizada. </li><li> Se necessário, corte as gravadas substratos de vidro ITO em tamanhos de dispositivos. </li><li> Limpar os substratos de ITO em um banho de ultrasonicator numa sequência de solventes - água DI, acetona, tolueno, metanol e, finalmente, o álcool isopropílico. </li></ol> 2. OPV fabricação de células Sub <ol><li> Prepare P3HT: PC 61 solução BM. NOTA: Para obter os resultados mais consistentes, preparar as soluções em um ambiente de nitrogênio. É possível seguir este procedimento em condições ambientais. <ol><li> Encontre e anote a massa de dois limpo, ~ 4 ml frasco de vidro e suas tampas, e marcá-los com um marcador permanente para distingui-los dos outros. </li><li> Numa caixa de luvas de azoto ou árgon, transferir aproximadamente 10 mg de poli (3-hexiltiofeno-2,5-di-il) (P3HT) para um frasco e cerca de 10 mg de fenil-C 61 éster metílico de ácido butírico (PC 61 BM) para o outro. </li><li> Pesar os frascos de novo para encontrar a massa do P3HT e PC 61 BM. </li><li> Transfira os frascos com P3HT e PC 61 BM em uma caixa de luvas para o resto do processo de tomada de solução. </li><li> Adicionar uma barra de agitação magnética em cada frasco e, em seguida, adicionar a cada clorobenzeno suficiente para criar soluções de 45 mg / ml. </li><li> Colocar as soluções em uma placa de agitação magnética quente a 55 ° C durante aproximadamente 2 horas ou até que os solutos se ter dissolvido completamente. </li><li> Misturar volumes iguais de P3HT e PC 61 BM soluções em conjunto, e deixar a celeuma solução mista por mais uma hora antes de usar. </li></ol></li><li> Prepare PTB7: PC 71 solução BM. <ol><li> Repita os passos 2.1.1 a 2.1.4 com poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl}) (PTB7) e fenil-7,1-butírico éster metílico do ácido (BM PC 71) em vez de PC e P3HT61 BM. </li><li> Fazer uma mistura de 3%, em volume, 1,8-diiodooctane (DIO) em clorobenzeno. Esta mistura é chamado o DIO-CB. </li><li> Adicionar uma barra de agitação magnética em cada frasco e, em seguida, adicionar o suficiente DIO-CB para o frasco PTB7 ter uma solução de 12 mg / ml e suficiente DIO-CB para o PC 71 BM frasco ter um / ml de solução a 40 mg. </li><li> Deixar estas soluções agitar numa placa quente a 70 ° C durante dois dias. </li><li> Misturar as soluções em uma proporção em peso de PTB7 ao PC 71 BM de 1 a 1,5. </li><li> Deixe a solução mista de agitação durante outra hora a 70 ° C antes de usar. </li></ol></li><li> Filtro de poli (3,4-etilenodioxitiofeno): poli (estirenossulfonato) (PEDOT: PSS) através de um filtro de 0,45 um de tamanho de poro de nylon. Note que este procedimento usa P VP AI4083. </li><li> Brasão rotação camadas ativas. <ol><li> Coloque substratos de ITO limpas, ITO voltado para cima, em um limpador de UV-Ozônio por 5 min. </li><li> Spin-coat 120 ul do PEDOT: PSS filtrada para UV-ozônio tratada, modelado ITO- substrato de vidros a 3000 rpm durante 1 min. Isto deve produzir uma camada de 30 nm de espessura. </li><li> Recozer o PEDOT: PSS substratos de ITO revestidas durante 5 min a 180 ° C. </li><li> Spin-coat 70 ul da P3HT mista: PC 61 BM solução para PEDOT: PSS revestido ITO substratos em cerca de 1.000 rpm por 1 min. Varie o ritmo que precisava depositar uma camada ativa nm de espessura 200. </li><li> Recozer o P3HT: substratos revestidos BM PC 61 a 170 ° C durante 5 min. Os resultados podem variar na temperatura de recozimento óptima. </li><li> Spin-coat 70 ul da PTB7 mista: PC 71 BM solução para PEDOT: PSS revestido ITO substratos em aproximadamente 700 rpm por 1 min. Varie o ritmo que precisava depositar uma camada ativa de espessura nm 100. </li><li> Carregar o PTB7: PC 71 BM substratos revestidos em alto vácuo (&lt;2 x 10 -6 Torr) para remover a câmara de DIO residual. Tipicamente, deixar as amostras na câmara de O / N. </li></ol></li></ol> 3. Fabricar o Dispositivo Tandem &lt;ol&gt; <li> Eletrodos laminado CNT. <ol><li> Corte os substratos PTB7 e P3HT ao meio para fazer um dispositivo tandem. Um padrão de ITO especializada não seria necessário este passo. O padrão de ITO deve ter pelo menos dois eletrodos ITO paralelo que se estende a partir de uma borda para um milímetro de distância da outra. </li><li> Em primeiro lugar preparar a PTB7 e substratos P3HT revestidos por polímero e enxugando PEDOT a partir das bordas do vidro, e expor a tira de ITO que irá ser utilizado como eléctrodo comum como visto no primeiro painel da Figura 1. </li><li> Laminado o eléctrodo comum CNT no topo dos eléctrodos e PTB7 P3HT. Aplicar um filme SWCNT colocando lado a CNT do papel de filtro sobre o dispositivo, pressionando suavemente, e, em seguida, descascar o papel de filtro afastado. Isto é mostrado no segundo painel da Figura 1. </li><li> Densificar o CNT eléctrodo para a superfície por aplicação de metoxi-nonafluorobutane (C 4 F 9 OCH3) (HFE) e revestindo o CNT com uma pequena amount do líquido e, em seguida, deixá-lo secar. </li><li> Enxugar o polímero e CNT no topo do vidro ITO e que terá o eléctrodo de porta, como mostrado no terceiro painel da Figura 1. Remover todo o polímero a partir do vidro para evitar a perda de porta com uma lâmina de barbear. </li><li> Laminar o eléctrodo de porta CNT para a área limpa dos substratos PTB7 e P3HT revestidos. Laminar o MWCNT puxando a partir da borda da floresta MWCNT com uma lâmina de barbear e deixe a folha ficar livremente entre alguns tubos capilares. Passe o dispositivo através da folha autoportante para laminar o CNT para o dispositivo. O eléctrodo de porta deve ter 2-3 vezes o número de camadas como definido sobre o eléctrodo comum. </li><li> Densificar o eletrodo de porta com HFE. </li></ol></li><li> Colocar uma pequena gota (≈10 ul) do líquido iónico, N, N-dietil-N-metil-N - (2-metoxietil) tetrafluoroborato de amónio, DEME-BF 4, na parte superior de ambos os eléctrodos de um CNTdos substratos. </li><li> Coloque cuidadosamente o substrato sem líquido iónico em cima do substrato com um líquido iónico com os eléctrodos de porta e comuns em cima uns dos outros,. Isto é mostrado no último painel da Figura 1. </li><li> Coloque uma fotomáscara com um tamanho de abertura mais pequeno do que o tamanho do eléctrodo sobre a área activa. Use pequenos grampos para segurar a foto-mascara no local, bem como para manter o dispositivo em conjunto durante o teste. </li></ol> 4. Meça o Dispositivo <ol><li> Transferir o dispositivo para dentro do porta-luvas de medição. </li><li> Faça as conexões elétricas. <ol><li> Ligue a fonte de alimentação portão entre o eletrodo comum eo eletrodo de porta com o comum como chão. </li><li> Ligar os dois ânodos de ITO a fios que estão ligados a um comutador, o qual permite a selecção de um ou outro ou ambos os ânodos ânodo. </li><li> Conecte a saída do interruptor para a entrada da unidade de medida de origem. </li><li> Conecte-se ao chão dos meas fonteunidade ure ao eletrodo comum. </li></ol></li><li> Meça as características do dispositivo IV, repetindo os seguintes passos para ascender V Gate. <ol><li> Definir V Portão para o próximo valor, a partir de V Portão = 0 V para V = Portão 2 V em incrementos de 0,25 V. </li><li> Esperar 5 min ou até que a corrente de porta é estabilizado. Idealmente, a corrente de porta deve se estabilizar em torno de 10s de nanoamperes. </li><li> Ajuste a chave para ambos os sub-células. </li><li> Abra o obturador da lâmpada. </li><li> Execute uma varredura de tensão na unidade de medida fonte de volts -1 a 1 volt em cerca de 100 incrementos ou mais. </li><li> Execute uma varredura de tensão de 1 volt para -1 volt. </li><li> Feche o obturador da lâmpada. </li><li> Execute as varreduras de tensão novamente. </li><li> Ajuste a chave para o sub-celular da frente. </li><li> Repita os passos 4.3.4 a 4.3.8. </li><li> Ajuste a chave para o sub-celular de volta. </li><li> Repita os passos 4.3.4 a 4.3.8. </li></ol></li><li> Calcular os parâmetros do dispositivo. &lt;ol&gt; <li> Encontrar a corrente de curto-circuito (J SC) de cada sub-celular em cada V porta, encontrando a corrente produzida pelo dispositivo quando a tensão através do sub-celular é 0 V. </li><li> Encontrar a tensão de circuito aberto (V OC) de cada sub-celular em cada porta, encontrando V a voltagem produzida pelo dispositivo quando a corrente através do sub-celular é 0 A. </li><li> Encontrar a potência máxima de saída a partir da célula solar, multiplicando cada valor de tensão com cada valor actual e seleccionando o valor máximo (mais negativo). Isso pressupõe que mede gerada por foto atual atual como negativo. </li><li> Encontre a eficiência de conversão de energia (η), dividindo a potência máxima pelo poder da luz de entrada. </li><li> Encontrar o factor de enchimento (FF) é calculada dividindo a força máxima por o produto de J SC e V OC. </li></ol></li></ol>

<ol><li>He, Z., Zhong, C., Su, S., Xu, M., Wu, H., Cao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+power-conversion+efficiency+in+polymer+solar+cells+using+an+inverted+device+structure%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photonics%22%5BJournal%5D)">Enhanced power-conversion efficiency in polymer solar cells using an inverted device structure.</a> Nature Photonics. 6, 591-595 (2012).</li>
<li>Yuan, Y., Huang, J., Li, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intermediate+layers+in+tandem+organic+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Green%22%5BJournal%5D)">Intermediate layers in tandem organic solar cells.</a> Green. 1 (1), 65-80 (2011).</li>
<li>Kim, J. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+tandem+polymer+solar+cells+fabricated+by+all-solution+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Efficient tandem polymer solar cells fabricated by all-solution processing.</a> Science. 317 (5835), 222-225 (2007).</li>
<li>Yu, B., Zhu, F., Wang, H., Li, G., Yan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((All-organic+tunnel+junctions+as+connecting+units+in+tandem+organic+solar+cell%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">All-organic tunnel junctions as connecting units in tandem organic solar cell.</a> Journal of Applied Physics. 104 (11), (2008).</li>
<li>Schueppel, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+current+matching+in+small+molecule+organic+tandem+solar+cells+using+doped+spacer+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Controlled current matching in small molecule organic tandem solar cells using doped spacer layers.</a> Journal of Applied Physics. 107 (4), (2010).</li>
<li>Hiramoto, M., Suezaki, M., Yokoyama, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+thin+gold+interstitial-layer+on+the+photovoltaic+properties+of+tandem+organic+solar+cell%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+Letters%22%5BJournal%5D)">Effect of thin gold interstitial-layer on the photovoltaic properties of tandem organic solar cell.</a> Chemistry Letters. 19 (3), 327-330 (1990).</li>
<li>Xue, J., Uchida, S., Rand, B. P., Forrest, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Asymmetric+tandem+organic+photovoltaic+cells+with+hybrid+planar-mixed+molecular+heterojunctions%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Asymmetric tandem organic photovoltaic cells with hybrid planar-mixed molecular heterojunctions.</a> Applied Physics Letters. 85 (23), 5757 (2004).</li>
<li>Tanaka, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monolithic+parallel+tandem+organic+photovoltaic+cell+with+transparent+carbon+nanotube+interlayer%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Monolithic parallel tandem organic photovoltaic cell with transparent carbon nanotube interlayer.</a> Applied Physics Letters. 94 (11), (2009).</li>
<li>Mielczarek, K., Cook, A., Kuznetsov, A., Zakhidov, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((OPV+Tandems+with+CNTS%3A+Why+Are+Parallel+Connections+Better+Than+Series+Connections%5BTitle%5D)+AND+%22Low-Dimensional+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">OPV Tandems with CNTS: Why Are Parallel Connections Better Than Series Connections.</a> Low-Dimensional Functional Materials. , 179-204 (2013).</li>
<li>Kim, J. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+tandem+polymer+solar+cells+fabricated+by+all-solution+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Efficient tandem polymer solar cells fabricated by all-solution processing.</a> Science. 317 (5835), 222-225 (2007).</li>
<li>Kuznetsov, A. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Physics+of+electron+field+emission+by+self-assembled+carbon+nanotube+arrays%22">Physics of electron field emission by self-assembled carbon nanotube arrays</a>. , The University of Texas at Dallas. (2008).</li>
<li>Kuznetzov, A. A., Lee, S. B., Zhang, M., Baughman, R. H., Zakhidov, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron+field+emission+from+transparent+multiwalled+carbon+nanotube+sheets+for+inverted+field+emission+displays%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Electron field emission from transparent multiwalled carbon nanotube sheets for inverted field emission displays.</a> Carbon. 48 (1), 41-46 (2010).</li>
<li>Zakhidov, A. A., Suh, D. -S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemically+Tuned+Properties+for+Electrolyte-Free+Carbon+Nanotube+Sheets%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Electrochemically Tuned Properties for Electrolyte-Free Carbon Nanotube Sheets.</a> Advanced Functional Materials. 19 (14), 2266-2272 (2009).</li>
<li>Cook, A., Yuen, J. D., Zakhidov, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ion-Reconfigurable+photovoltaic+cells%2C+hybrid+tandems+and+photodetectors+with+CNT+ionic+gate%5BTitle%5D)+AND+%22US+Patent+Application%22%5BJournal%5D)">Ion-Reconfigurable photovoltaic cells, hybrid tandems and photodetectors with CNT ionic gate.</a> US Patent Application. 61, (2012).</li>
<li>Cook, A. B., Yuen, J. D., Zakhidov, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemically+gated+organic+photovoltaic+with+tunable+carbon+nanotube+cathodes%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Electrochemically gated organic photovoltaic with tunable carbon nanotube cathodes.</a> Applied Physics Letters. 103 (16), (2013).</li>
<li>Wadhwa, P., Liu, B., McCarthy, M. A., Wu, Z., Rinzler, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronic+Junction+Control+in+a+Nanotube-Semiconductor+Schottky+Junction+Solar+Cell%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoletters%22%5BJournal%5D)">Electronic Junction Control in a Nanotube-Semiconductor Schottky Junction Solar Cell.</a> Nanoletters. 10 (12), 5001-5005 (2010).</li>
</ol>

Os autores não têm nada a divulgar.

Os resultados destacam algumas considerações ao projetar células solares em série paralelo. Notavelmente, se uma das sub-células é um mau desempenho, o desempenho do conjunto de afetados negativamente. Os resultados mostram que existem dois efeitos principais. Se uma sub-célula é curto, por exemplo, mostra um comportamento ôhmico, a FF T haverá maior do que o FF da sub-célula ruim. J T SC e V T OC serão igualmente afetados. Este é o caso quando Portão<...

Semicondutores poliméricos são os principais fotovoltaicos orgânicos (OPV) de materiais, devido à alta absortividade, boas propriedades de transporte, flexibilidade e compatibilidade com substratos sensíveis à temperatura. Dispositivos OPV eficiência de conversão de energia, η, saltaram significativamente nos últimos anos, com a eficiência de células únicas tão elevadas como 9,1% 1, tornando-se uma tecnologia de energia cada vez mais viável. Apesar das melhorias em η, as finas ideais espessuras camada ativa dos dispositivos de limitar a absorção de luz e impedem a fabricação de confiança. Além disso, a largura espectral de absorção de luz de cada polímero é limitada em comparação com materiais inorgânicos. Polímeros de emparelhamento de diferentes sensibilidade espectral ignora estas dificuldades, fazendo com que as arquiteturas em tandem 2 a inovação necessária. Dispositivos em tandem Series são a arquitetura conjunto mais comum. Neste projeto, um materi transporte de elétronsai, uma camada metálica opcional a recombinação, e uma camada de transporte furo ligar duas camadas independentes fotoactivos chamados sub-células. Ligando sub-células numa configuração em série aumenta a tensão do circuito aberto do dispositivo de combinação. Alguns grupos tiveram sucesso com camadas de transporte degenerately dopados 3-5, mas mais grupos usaram partículas de ouro ou prata para ajudar a recombinação de buracos e elétrons na camada intermediária 6,7. Em contraste, tandens paralelas requerem um eléctrodo de alta condutividade, qualquer um ânodo ou cátodo, juntando-se as duas camadas activas. O intercalar deve ser altamente transparente, o que limita intercalares em tandem série contendo partículas metálicas, e mais ainda para as intercalares em tandem paralelas compostas de finos, eletrodos metálicos contínuos. Os nanotubos de carbono (CNT) folhas apresentam maior transparência do que camadas de metal. Assim, o Instituto NanoTech, em colaboração com a Universidade de Shimane, tem introduced o conceito de usar como camada intermédia do eléctrodo em dispositivos monolíticos, em tandem paralelas 8. Esforços anteriores, caracterizado, dispositivos de conjunto OPV paralelas monolíticos de folhas CNT que funcionam como ânodos entre camadas 8,9. Estes métodos exigem um cuidado especial para evitar curto-circuito de uma ou ambas as células ou camadas anteriores prejudiciais ao depositar camadas posteriores. O novo método descrito no presente documento facilita a fabricação, colocando o eléctrodo CNT no topo das camadas poliméricas activas de duas células individuais, em seguida, laminando os dois dispositivos separados em conjunto, como mostrado na Figura 1. Este método é notável quanto o dispositivo, incluindo um aparelho de ar -stable cátodo CNT, pode ser fabricado totalmente em condições ambientais empregando apenas de processamento a seco e solução. Folhas CNT não são intrinsecamente boas catodos, como eles exigem n-type doping para diminuir a função de trabalho, a fim de coletar os elétrons da região fotoativode uma célula solar 10. Carregamento eléctrico de dupla camada dentro de um electrólito, tal como um líquido iónico, pode ser usado para deslocar a função de trabalho dos eléctrodos CNT 11-14. Conforme descrito num artigo anterior 15 e representada na Figura 2, quando a tensão da porta (gate V) é aumenta, a função de trabalho do eléctrodo comum CNT é diminuída, criando eléctrodo de assimetria. Isso evita coleção buraco do doador da OPV em favor da coleta de elétrons do receptor da OPV, e os dispositivos de ligar, mudando de photoresistor ineficiente em fotodiodo 15 comportamento. Deve também ser notado que a energia utilizada para carregar o dispositivo e o poder perdido devido a correntes de fuga portão é menor em comparação com a energia gerada pela célula solar 15. Gating Ionic de eletrodos CNT tem um grande efeito sobre a função de trabalho, devido à baixa densidade de estados ea altarazão entre superfície e volume, em eléctrodos CNT. Métodos semelhantes têm sido utilizados para melhorar uma barreira Schottky na interface do CNT com n-Si 16.

<table><tbody><tr><td>Poli(3,4-etilenodioxitiofeno):p olimo-(estirenossulfonato)</td><td>Heraeus</td><td>Clevios PVP AI 4083</td><td></td></tr><tr><td>poli(3-hexiltiofeno-2,5-diil)&nbsp;</td><td>Rieke Metals&nbsp; Inc.</td><td>P3HT:&nbsp; P200</td><td></td></tr><tr><td>fenil-C61-butírico&nbsp; ácido metil&nbsp; éster</td><td>1- Material</td><td>PC61BM</td><td></td></tr><tr><td>Poli({4,8-bis[(2-etilhexil)oxi]benzo[1,2-b:4,5-b&prime;]Ditiofeno-2,6-diil}{3-fluoro-2-[(2-etilhexil)carbonil]tieno[3,4-b]tiofenodiilo})&nbsp;</td><td>1- Material</td><td>PTB7</td><td></td></tr><tr><td>fenil-C61-butírico ácido metil&nbsp; éster</td><td>Solenne</td><td>PC71BM</td><td></td></tr><tr><td>1,8-Diiodooctano</td><td>Sigma Aldrich</td><td>250295</td><td></td></tr><tr><td>Clorobenzeno</td> Vidro Revestido com Óxido de Estanho <td>de Índio Sigma</td><td>Aldrich</td> 284513 <td></td></tr><tr><td>15 Ohm/SQ</td><td>Lumtec</td><td></td><td></td></tr><tr><td>S1813</td><td>UTD Sala Limpa</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MF311</td><td>UTD Sala</td><td></td><td></td>Limpa</tr><tr><td>HCl</td><td>UTD Acetona</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fisher</td><td>Scientific</td><td>A18-20</td><td></td></tr><tr><td>Tolueno</td><td>Fisher Scientific</td><td>T323-20</td><td></td></tr><tr><td>Metanol</td><td>BDH</td><td>BDH1135-19L</td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Fisher Scientific</td><td>A416-20</td><td></td></tr><tr><td>CEE Spincoater</td><td>Brewer Scientific</td><td></td><td>http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/tools/CEESpinCoater.htm</td></tr><tr><td>Impressora de Contato</td><td>Quintel</td><td>Q4000-6</td><td>http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/QuintelPrinter.htm</td></tr><tr><td>CPK Processador</td><td></td><td></td> de Rotação <td>http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/tools/CPKsolvent.htm</td></tr><tr><td>Revestidor de Rotação</td><td>Laurell</td><td>WS-400-6NPP/LITE</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">[header]</td></tr><tr><td>Porta-luvas</td><td>M-Braun</td><td>Lab Master 130</td><td></td></tr><tr><td>Solar</td><td>Simulator Thermo Oriel/Newport</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Keithley 2400 SMU</td><td>Keithley/Techtronix</td><td>2400</td><td></td></tr><tr><td>Keithley 7002 Multiplexador</td><td>Keithley/Techtronix</td><td>7002</td><td></td></tr><tr><td>Limpador Ultrassônico</td><td>Kendal</td><td>HB-S-49HDT</td><td></td></tr><tr><td>Micropipeta</td><td>Eppendorf</td><td>200 &micro; l</td><td></td></tr></tbody></table>

método ambiente para a produção de um common cathode ionicamente fechado de nanotubos de carbono em células solares orgânicas tandem

Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells

Um método de fabricação de tandem fotovoltaicos orgânicos (OPV) que não requer processamento a vácuo é apresentado. Esses dispositivos são compostos por duas células poliméricas processadas em solução conectadas em paralelo por uma camada intermediária de nanotubos de carbono transparente (CNT). Essa estrutura inclui melhorias nas técnicas de fabricação para dispositivos OPV em tandem. Primeiro, a necessidade de cátodos processados em ambiente é considerada. O ânodo CNT no dispositivo tandem é ajustado via gating iônico para se tornar um cátodo comum. O gating iônico emprega carregamento elétrico de dupla camada para diminuir a função de trabalho do eletrodo CNT. Em segundo lugar, a dificuldade de empilhar sequencialmente camadas em tandem por processamento de solução é abordada. Os dispositivos são fabricados por meio de solução e laminação a seco em condições ambientais com etapas de processamento paralelas. O método de fabricação das células poliméricas individuais, as etapas necessárias para laminar Esses resultados demonstram o gating iônico do eletrodo CNT para criar um cátodo comum e adição de corrente e eficiência como resultado do procedimento de laminação.

Um dispositivo conjunto formado a partir de polímeros, particularmente polímeros de lacunas banda significativamente diferenciados, diferindo é de interesse prático como esses dispositivos podem absorver a maior faixa espectral da luz. Nesta estrutura do dispositivo, o sub-celular PTB7 é a célula de volta e P3HT-se do sub-celular da frente. Este destina-se a absorver a maior quantidade de luz como o sub-celular P3HT é em grande parte transparente para a luz de comprimento de onda mais absorvida pelo sub-celular PTB7. Po...

Um método de fabricação, em condições ambientais, de dispositivos tandem fotovoltaicos orgânicos em uma configuração paralela é apresentado. Esses dispositivos apresentam um cátodo comum de nanotubo de carbono semitransparente processado a ar.

Método ambiente para a produção de um Common Cathode ionicamente fechado de Nanotubos de Carbono em Células solares orgânicas Tandem

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two ...

O objetivo geral do experimento a seguir é demonstrar que uma célula solar em tandem pode ser criada completamente em ambiente ambiente, sem a utilização de processos de deposição em alto vácuo. Isso é alcançado pela fabricação de duas subcélulas fotovoltaicas orgânicas em dois substratos separados de vidro com padrão de óxido de índio e estanho; na segunda etapa, eletrodos comuns de nanotubos de carbono e de GA são laminados sobre as superfícies dos dispositivos. O gait permitirá o controle sobre a função de trabalho do eletrodo comum, que atuará como cátodo para as duas subcélulas fotovoltaicas orgânicas.Em seguida, coloque o líquido iônico sobre os eletrodos de nanotubos de carbono e pressione os dois juntos, formando um eletrodo comum de nanotubos de carbono impregnado com líquido iônico. Os resultados mostram que os eletrodos de nanotubos de carbono podem ser eficientemente convertidos em cátodos por meio de carregamento, e o desempenho de células solares tandem em paralelo pode ser observado no dispositivo com base em medições das características corrente-tensão do dispositivo sob iluminação. O principal benefício dessa técnica em relação aos processos existentes, como o processamento a vácuo, é que podemos realizá-la em condições ambientes.Isso economiza dinheiro e também é mais eficiente em termos de energia. Mas, adicionalmente, podemos fazer isso muito mais facilmente porque, em um processo normal, você empilha as camadas umas sobre as outras, enquanto nós fazemos algumas camadas e depois laminamos todo o conjunto. Isso é muito mais fácil.Assim, embora este método possa nos fornecer informações sobre fotovoltaicos orgânicos, ele também pode ser aplicado a outros sistemas. Exemplos incluem transistores de efeito de campo, diodos emissores de luz e combinações de dispositivos, como portas lógicas e células solares orgânicas com armazenamento de energia integrado. Demonstrar visualmente a laminação de nanotubos de carbono é importante porque os nanotubos são leves, resistentes e podem ser difíceis de manipular efetivamente. Este vídeo começa com a fabricação da célula solar em tandem.Antes desta etapa, camadas ativas fotovoltaicas foram depositadas sobre substratos de óxido de índio-estanho ou ITO. Há dois substratos, ambos feitos de vidro com eletrodos de ITO padronizados. Cada substrato possui dois eletrodos paralelos de óxido de índio-estanho que se estendem de uma borda até pelo menos um milímetro da outra borda.Cada substrato também é revestido com 30 nanômetros de pdot. PSS, um substrato possui uma camada com espessura de 200 nanômetros composta por uma mistura na proporção de um para um de P três HT e PC 61 bm. O outro possui uma camada com espessura de 100 nanômetros composta por uma mistura na proporção de dois para três de PTB sete e PC 71 bm.Os próximos passos serão idênticos para as amostras. O vídeo focará em apenas uma delas: pegue um pano de sala limpa e umedeça-o com uma pequena quantidade de tolueno. Use-o para remover as camadas poliméricas, expondo as bordas do substrato e a faixa de óxido de índio e estanho que servirá como eletrodo comum no dispositivo.Tenha cuidado para não expor partes do outro eletrodo de ITO, que será usado em uma etapa posterior. A próxima etapa é laminar o eletrodo comum de nanotubos de carbono. Um lado deste papel de filtro contém nanotubos de carbono de parede simples criados por meio de um processo de deposição química de vapor com catalisador flutuante.Coloque o lado do papel-filtro com nanotubos sobre a camada ativa do substrato, de modo que conecte a camada ao eletrodo de ITO que será usado como eletrodo comum. Aplique suavemente pressão sobre o papel-filtro para transferir os nanotubos de carbono. Em seguida, levante o papel-filtro para deixar os nanotubos de carbono para trás.Para melhorar a adesão do eletrodo de nanotubo de carbono, utilize o metóxi fluoretado hidrofluoro éter, nonafluorobutano com uma pipeta. Aspire um pouco do HFE para colocar nas amostras. Deixe o HFE cair sobre a parte superior dos nanotubos de carbono.Deixe o HFE evaporar antes de prosseguir. Após a secagem dos substratos, identifique a região que receberá o eletrodo de marcha. Use uma gaze umedecida com tolueno para remover qualquer polímero e nanotubos de carbono dessa região.Em seguida, utilize uma lâmina de barbear para remover qualquer polímero remanescente na região. Para prevenir vazamentos no eletrodo, limpe os resíduos de polímero com um jato de nitrogênio, utilizando um multímetro para verificar se os eletrodos estão isolados antes de prosseguir. Neste momento, prepare-se para laminar nanotubos de carbono na região limpa a fim de criar o eletrodo de gait.Esta pastilha de silício contém uma floresta de nanotubos de carbono de múltiplas paredes altamente alinhados, fabricados por um processo de deposição química em fase vapor. Monte a pastilha próxima à borda de uma plataforma elevada, posicionada próxima à pastilha e alinhada com ela. Duas micropipetas paralelas devem protrudir.Um substrato mostrado aqui em um suporte deve ser capaz de se encaixar entre eles. Para iniciar a laminação dos nanotubos, pressione uma lâmina de barbear na borda da floresta e puxe lateralmente para longe da floresta, paralelamente à pastilha e em direção aos tubos. Uma folha auto-sustentável se autoorganiza.Uma vez iniciada a laminação, utilize um tubo capilar para continuar puxando-a sobre os tubos salientes. Em seguida, posicione o dispositivo, segurado com pinças para wafer, de forma a expor a região limpa à lâmina. Transfira a lâmina sustentada entre os tubos para a região limpa do dispositivo, passando o dispositivo através da lâmina.Use um tubo capilar para puxar uma folha adicional, depois adicione outra camada. Repita o processo até que cinco camadas de nanotubos de carbono de paredes múltiplas tenham sido aplicadas. Após a laminação, use uma pipeta para retirar cerca de 100 microlitros de HFE, coloque gotas do HFE no eletrodo de caminhada e deixe secar.Após ambos os substratos P três HT e PTB sete terem recebido eletrodos, o próximo passo é introduzir o líquido iônico. Neste vídeo, deme tetra fluoro bore.Aqui estão o substrato P três HT à esquerda e o substrato PTB sete à direita. Disponha-os de forma simétrica um em relação ao outro. Selecione um eletrodo com o qual trabalhar e use um pedaço de tubo capilar para colocar várias gotas pequenas do fluido sobre o eletrodo comum.Aproximadamente 10 microlitros no total. Faça o mesmo com o eletrodo de passada. Prossiga pegando o substrato sem o líquido iônico e alinhando-o com o outro.Oriente os substratos de modo que ambos os eletrodos comuns e ambos os eletrodos de gait se alinhem e fiquem voltados um para o outro. Em seguida, coloque o substrato sem o líquido iônico por cima do outro. Adicione uma máscara fotográfica sobre a área ativa do P3HT com um tamanho de abertura menor que o tamanho do eletrodo.Use clipes pequenos para manter o dispositivo unido e fixar a máscara fotográfica no lugar para as próximas etapas. O dispositivo foi transferido para uma caixa de medição com luvas equipada com um simulador solar. A caixa com luvas possui um ambiente de nitrogênio, o que ajuda a prevenir a degradação devido à exposição ao ar.Durante o teste, posicione a célula em tandem sob o simulador solar. Oriente o dispositivo de modo que a célula P3HT e a máscara fotográfica fiquem voltadas para a saída do simulador solar. Inicie as conexões elétricas necessárias à fonte de alimentação da porta, à unidade de medição de fonte e ao multiplexador.Primeiro, conecte a fonte de alimentação da porta entre o eletrodo comum e o eletrodo da porta, com o comum como terra. Em seguida, conecte os dois ânodos de ITO a um multiplexador para permitir a seleção do ânodo da célula frontal P3HT, da célula traseira PTB7 ou de ambos. A saída do dispositivo é inserida na unidade de medição de fonte.Por fim, conecte o terra da unidade de medição à fonte ao eletrodo comum. Para a configuração em tandem, as configurações da célula frontal e da célula traseira medem as características IV do dispositivo. Neste experimento, as medições são automatizadas.Para selecionar a subcélula que está sendo medida, alterne o obturador da lâmpada e realize os varrimentos IV. A tensão de porta é variada manualmente entre zero e dois volts. Após selecionar uma tensão de porta e aguardar a estabilização da corrente de porta na faixa de dezenas de nanoampères, inicie as medições selecionando uma subcélula e realizando os varrimentos IV sob luz, de menos um a um volt.Realize o mesmo varredura com a lâmpada do simulador solar desligada. Cada varredura leva aproximadamente 15 segundos. Cada subcélula e a combinação em paralelo das duas devem ser medidas em cada tensão de porta.Continue aumentando a tensão de porta para o próximo valor e realizando os seis pares de varreduras até que toda a faixa de tensão de porta seja explorada. Abaixo estão as curvas IV medidas para a célula em tandem utilizando duas tensões de porta diferentes. As curvas pretas correspondem a uma tensão de porta de 1,5 volts e as curvas vermelhas a uma tensão de porta de 2,25 volts.Os círculos representam dados coletados utilizando ambas as células em tandem; os quadrados estão associados ao uso da célula frontal. Os triângulos representam a célula traseira PTB-7. As curvas altamente lineares para a célula frontal e para as células em tandem em 1,5 volts sugerem que a subcélula P3HT atua como um desvio em seu estado desligado.Em contraste, a célula traseira PTB sete demonstra características de DDE em 1,5 volts e 2,25 volts. Quando seu desempenho é degradado, os dados podem ser utilizados para extrair parâmetros da célula solar como função da tensão de porta. Aqui estão a tensão de circuito aberto, a corrente de curto-circuito, o fator de preenchimento e a eficiência de conversão de potência.As curvas pretas referem-se às células em tandem, as azuis referem-se às células dianteiras. P3HT, e as vermelhas referem-se às células traseiras. Células PTB7, com foco na tensão de circuito aberto.As curvas vermelhas mostram a célula PTB de sete células ligada em 0,5 volts. A célula atinge seu pico em 1,5 volts. As curvas azuis mostram a célula P3HT começando a ligar em torno de um volt.Ele é totalmente ativado acima de dois volts. Ao realizar este procedimento, é necessário medir a resistência de todos os contatos para garantir que não ocorram curtos-circuitos, especialmente nos eletrodos comuns de nanotubos de carbono e nos eletrodos de passo. Em conclusão a todo o excelente trabalho que foi tão elegantemente descrito por meus colegas mais jovens, que na verdade realizaram todos esses belos experimentos, quero mencionar que essa maneira de fabricar dispositivos monolíticos com partes sólidas e líquidas, simplesmente construindo componentes sobre cada pedaço de vidro, adicionando uma camada muito fina de líquido e colocando um vidro em contato com o outro, é um novo design muito interessante que permitirá não apenas construir dispositivos mais complexos sem necessidade de vácuo ou de muitas, muitas, muitas camadas sobrepostas, mas também abrirá caminho para compreender a física por trás do funcionamento de camadas orgânicas.E isso também permitirá otimizar o desempenho de marcadores fotônicos orgânicos no futuro. Após assistir a este vídeo, você deverá ser capaz de usar nanotubos de carbono para fabricar um ânodo sobre um dispositivo orgânico. Em seguida, você deverá ser capaz de montar um dispositivo em tandem a partir de dois dispositivos fabricados separadamente.E, finalmente, você pode usar líquidos iônicos para transformar esse ânodo em um cátodo. Não se esqueça de que trabalhar com nanotubos de carbono e solventes halogenados é extremamente perigoso. Assim, precauções como o uso de caixas de luvas e equipamentos de proteção individual devem ser sempre adotadas ao realizar este procedimento.

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Research

JoVE Journal

Engineering

Engenharia

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Captação de energia solar por meio da carga de separação de nanocristais e seus sólidos

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Integrando um Triplet-triplete Annihilation Sistema Up-conversion para melhorar Dye-sensibilizadas Response célula solar para a Luz Sub-bandgap

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Fazendo Record-eficiência SnS Células solares por evaporação térmica e Deposição Camada Atómica

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Fabricação de Solução totalmente processado inorgânicos nanocristais fotovoltaicos Devices

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Monovalente Cation Doping de CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; For eficientes células solares Perovskita

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Método ambiente para a produção de um Common Cathode ionicamente fechado de Nanotubos de Carbono em Células solares orgânicas Tandem (Vídeo) | JoVE Journal

Método ambiente para a produção de um Common Cathode ionicamente fechado de Nanotubos de Carbono em Células solares orgânicas Tandem

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