Name: Impressão Fabricação de massa Heterojunction células solares e In Situ Morfologia Caracterização (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 32 s
Description: Aprenda a fabricação por impressão de células solares de filme fino orgânico e a caracterização in situ da morfologia usando técnicas de espalhamento de sincrotrão. Este método une processamento industrial com análise avançada.

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Este trabalho foi apoiado pela Polymer-Based Materials for Harvesting Solar Energy (PHaSE), um Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia financiado pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciências Básicas de Energia sob o número de concessão DE-SC0001087 e pelo Escritório de Pesquisa Naval dos EUA sob o contrato N00014-15-1-2244. Partes desta pesquisa foram realizadas na linha de luz 7.3.3 e 11.0.1.2 na Fonte de Luz Avançada, Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, que foi apoiada pelo DOE, Escritório de Ciência e Escritório de Ciências Básicas de Energia.

Preparação Mistura Ink 1. Photon-ativa <ol><li> Pesar 10 mg de polímero DPPBT e 10 mg de material de PC 71 BM (estruturas químicas mostrados na Figura 1). Misturá-los em um frasco de 4 ml. </li><li> Adicionar 1,5 ml de clorofórmio e 75 mL de 1,2-diclorobenzeno na mistura. </li><li> Coloque uma pequena barra de agitação dentro do frasco, feche o frasco com um politetrafluoretileno (PTFE) boné, e transferir o frasco para um prato quente. Agita-se a ~ 400 rpm e aquece-se a ~ 50 ° C durante a noite antes da utilização. </li></ol> 2. ITO e Wafer limpeza e preparação do substrato <ol><li> Carga de pré-modelado substrato índio óxido de estanho (ITO) de vidro (1 polegada por 3 polegadas, com metade removido ITO) ou bolacha de silício num bastidor de limpeza de Teflon e colocar a cremalheira em um recipiente de vidro (Figura 2). Adicionar solução de detergente diluído (300 ml, solução de detergente universal 1%) para dentro do recipiente de vidro e colocar o recipiente de vidro em sonicador e sonicado durante 15 minutos.</li><li> Remover o detergente e lavar o vidro ITO com água deionizada (DI) de água um par de vezes. Em seguida, adicionam-se 300 ml de água Dl para dentro do recipiente, e colocar o recipiente de vidro em sonicador durante mais 15 minutos. </li><li> Remover a água do recipiente. Adicionar 300 ml de acetona para dentro do recipiente, e sonicar durante 15 min. </li><li> Remover a acetona. Adicionar 300 ml de 2-isopranol para dentro do recipiente de vidro, e, em seguida, sonicar durante 15 min. </li><li> Mova a limpeza da cremalheira para fora em um forno. Ajustar a temperatura do forno para 100 ° C, e esperar 3-5 horas até que o vidro ITO é completamente seca. </li><li> Retire substratos limpos. Transferi-los para um UV-ozono produto de limpeza ou de oxigênio líquido de limpeza plasma. Use de alta potência de UV-ozono ou plasma para limpá-los para ~ 15 min de acordo com o protocolo do fabricante. </li><li> Colocar o substrato limpo para um spin-coater, adicionar 150 uL de poli (3,4-etilenodioxitiofeno) de sulfonato de poliestireno (PEDOT: PSS) solução sobre o substrato limpo, e revestimento de centrifugação a 3.000 rpm para revestira ~ 30 nm de espessura PEDOT: PSS (PEDOT: PSS 4083) fina película sobre o vidro de ITO ou de silício wafers. </li><li> Tire substratos de spin revestido. Transferir os substratos revestidos frescas sobre uma placa de aquecimento e recozimento a 150 ° C durante 15 min. </li></ol> 3. Activo camada de impressão <ol><li> substrato de carga. Coloque o PEDOT: PSS substrato de ITO revestido sobre a placa de base da ranhura de revestimento mini-matriz. Ligar a bomba de vácuo que está ligado ao mandril de vácuo da ranhura de revestimento de matriz para segurar firmemente o substrato. (Ver Figura 3 para localizar componentes diferentes). </li><li> Ajuste a posição do substrato para colocá-lo bem debaixo da cabeça de impressão. Isto pode ser feito usando o manipulador linear por baixo da placa do substrato. </li><li> Ajuste a cabeça inclinada usando o manipulador de inclinação 2-D que mantém a cabeça de impressão. Certifique-se de que a cabeça está posicionado verticalmente por cima do substrato carregado. Note-se que neste processo, a cabeça de impressão pode ser reduzido perto do substrate. Use a lacuna entre a cabeça de impressão eo substrato para mostrar se a cabeça está inclinada ou não. Isso será extremamente útil quando um substrato de wafer é usado, uma vez que uma imagem menor da cabeça de impressão vai aparecer e vai ser muito mais fácil de verificar a inclinação. </li><li> Sintonize a distância cabeça-de-substrato para zero. O motor vertical é acoplado com um sensor de força. Quando a cabeça de impressão é flutuante, será obtida uma leitura força constante (a partir do peso de imprimir cabeça e inclinando conjuntos manipulador). Uma vez que a cabeça de impressão toca substrato, a leitura irá reduzir, marcando a posição zero. Veja a Figura 4 para a configuração de distância escalonada. Use o modo jog em ajustar a distância. NOTA: A placa de manipulador de translação vertical é ligado à sua base usando molas e a constante de mola varia ligeiramente. Assim, pequenas alterações no sensor de força são inevitáveis ​​durante a experiência. </li><li> Defina um valor cabeça-de-substrato para executar o experimento. Nesta experiência, a definircabeça ao substrato diferença para 100 mm. </li><li> Ajustar o motor estágio de translação linear, que vai ser utilizado para imprimir. Encontre o ponto de partida e ponto final. Anote esses valores. A distância do curso do motor linear é de 100 mm. Aqui, definir a posição do motor mm 10 como ponto de partida e 80 mm posição do motor como o ponto final. </li><li> Ajuste a velocidade de impressão de 10 mm / seg usando o motor que controla interface de software (Figura 4b). Defina a velocidade de aceleração do motor a 100 m / s. <ol><li> Se o motor não funcionar adequadamente ou o software tem um erro, por favor, reinicie o software e clique em &quot;enable&quot; e depois em &quot;casa&quot; na interface do software. Note-se que durante o processo de impressão, a cabeça de impressão se mantém fixa e o substrato move-se para administrar a solução e imitar o processo de impressão industrial. </li></ol></li><li> Carga DPPBT: solução PCBM (temperatura ambiente) em 1 ml de uma seringa e a montagem de uma seringa à bomba de seringa que é ligada à ranhuramorrer impressora. Defina os parâmetros de impressão no software de controle (diâmetro seringa e velocidade de alimentação de solução, 0,3 ml / min, neste caso). </li><li> Iniciar a experiência de impressão. <ol><li> Mover o substrato para o ponto de partida, escrevendo a posição do ponto de partida na janela posição no controlo de software. Veja a Figura 4c para mais detalhes. </li><li> Comece a bomba de solução na cabeça slot de morrer, clicando no início do software bomba de seringa. Como alternativa, operar manualmente a bomba de seringa. Para cada revestimento, irá ser usado em torno de ~ 100 ul de solução. Normalmente, utilizar solução de 300 ul para a impressão primeira vez e usar ~ solução de 100 ul para a impressão repetida. </li><li> iniciar rapidamente o motor de translação quando a solução começa a sair da cabeça de impressão e o substrato irá se mover para a posição final. Por favor note que este é um passo crítico. Pré-carregar o motor de translação terminando posição para a janela de posição e clique em Enter para iniciar a mov do motorement. </li><li> Pare a bomba de seringa e levante a cabeça de impressão utilizando o motor vertical. Ligue o vácuo e levar o substrato fora da placa de base. Note-se que o volume morto para esta cabeça de impressão é de 250 ul, e enchendo deste modo a primeira vez que leva mais do que 250 ul de solução. </li><li> Carregar o substrato impresso, numa estufa de vácuo durante 3-5 h para remover o solvente residual. </li><li> Coloque uma placa de Petri por baixo da cabeça de impressão. Bombear 10 ml de clorofórmio na cabeça de impressão para limpar a cabeça. Recolhe-se o clorofórmio solução contaminada com a placa de Petri. Use cotonetes para limpar a cabeça de impressão ao bombear a solução de limpeza. Depois de cada execução do revestimento, limpar a cabeça de impressão, especialmente quando uma solução diferente é usado. NOTA: O DPPBT: solução PCBM mostra uma cor verde escuro. Quando a limpeza está completa, sem cor pode ser visto a partir do solvente de clorofórmio. </li></ol></li></ol> 4. Cathode Eletrodo Deposition <ol><li> carregar osubstrato revestido camada activa para máscaras de sombra (Figura 5) e montar a máscara para a câmara de evaporação. </li><li> Coloque dois barcos evaporação térmica entre os pinos de eléctrodo (Figura 6A). Carregar um barco com sal LiF (mal cobrindo o barco, ~ 0,2 g) e um barco com o metal de alumínio (4 pelotas). </li><li> Feche a câmara de evaporação e bombear para baixo da câmara de evaporação de cerca de 2 x 10 -6 Torr. </li><li> Definir a câmara de depósito 1 nm de LiF seguido de 100 nm de alumínio. No caso atual, usar o poder de 20% para a deposição LiF e usar o poder de 26% para a deposição de Al. Mostrado na Figura 6b é a interface do sistema utilizado neste estudo de controlo do evaporador. </li><li> Pare de bombas de evacuação e encher a câmara com azoto. Quando a pressão retorna à pressão ambiente, tomar as substratos para fora. </li></ol> 5. Medição do Desempenho Fotovoltaica <ol><li> Prepara-se uma lâmina de vidro, que é a metadelargura do vidro ITO que é usado na fabricação do dispositivo. Realizar esta etapa em uma caixa de luva. Cole cola epoxi para um lado do substrato de vidro, e cobrir a área do dispositivo através das lâminas de vidro revestidas com cola epóxi (ver Figura 11 para o dispositivo de amostra). Quando o epóxi ter curado, o dispositivo irá ser totalmente selada. </li><li> Comece a lâmpada de simulação solar e definido como AM 1.5 de radiação com 100 mW / cm 2. Estabilizar a lâmpada para cerca de 15 min antes da medição. Mostrado na Figura 7 é o sistema de medição fotovoltaico utilizado no presente estudo. </li><li> Montar o dispositivo sob o simulador solar a uma distância instrumento sugerido. Ligue o ânodo e o cátodo para o circuito de medição. Grave uma curva de corrente-tensão utilizando um multímetro eléctrica utilizando o protocolo do fabricante. </li><li> Determinar o desempenho do dispositivo, como se segue: J sc: corrente de curto-circuito, a corrente máxima que um dispositivo da célula solar pode entregar; V oc </sub&gt;: Tensão de circuito aberto, a tensão máxima que um dispositivo da célula solar pode entregar; FF: fator de preenchimento, a área máxima na curva IV dividido por J sc * V oc; Eficiência de conversão de energia, J sc * V oc * FF / (100mW / cm2): PCE. </li></ol> Medição de raios-X 6. Synchrotron <ol><li> Configurar uma caixa de hélio para suprimir a dispersão do ar na medição de raios-X. Monte o coater die mini-ranhura na caixa de hélio. Mostrado na figura 8 é a configuração da experiência de pastoreio incidência de raios-X de difracção de experiências utilizando hélio a uma caixa Advanced Light Source. </li><li> Montar um interferómetro óptico sobre a máquina de impressão para controlar a variação da espessura através da evaporação do solvente. Nesta experiência, utilizam um modelo UVX (por exemplo, Filmetrix F20). Os materiais que são usados ​​nesta experiência têm a absorção de luz forte 300-900 nm de comprimento. <ol><li> Use uma lâmpada de fonte de interferômetro óptico them evita a absorção do material. Use uma lâmpada de comprimento de onda 1,100-1,700 nm neste experimento. Pré-calibrar o instrumento antes da experiência na sequência dos seus procedimentos de operação. </li></ol></li><li> Coloque o PEDOT: PSS substrato wafer revestido no suporte substrato da impressora e ajustar a posição da cabeça e do substrato passo seguinte 3,2-3,5. Ligar a bomba de vácuo e certificar-se de que o substrato de pastilha adere ao suporte de substrato firmemente. </li><li> Purgar a caixa de hélio para remover o ar. Note-se que o nível de oxigénio deve ser inferior a 0,3% v, que pode ser controlado através do sensor de oxigénio. </li><li> Alinhar o substrato na posição em que o raio-X colide com o substrato (a posição final em impressão), e ajustar o ângulo de incidência, 0,16 ° neste caso. Alinhar acordo com o protocolo de linha de feixe. </li><li> Definir o método de aquisição de raios-X tempo de exposição e dados. Aqui, utilizar 2 seg, como o tempo de exposição, e seguido por 3 segundos do tempo de atraso (para evitar danos feixe servidor). Assim, cada período de experimentoser de 5 seg. Realizar uma fila contínua de 100 repetições; assim, levar 100 imagens. </li><li> Nome do experimento e escolher o caminho de dados para salvar arquivos experimentais. Mostrado na Figura 9 é a interface do usuário avançada Light Source beamline 7.3.3 onde os ajustes mencionados acima podem ser facilmente localizado. </li><li> Mover o substrato para a posição de partida, inserindo a posição de partida no software de controlo do motor. Comece o obturador de raios-X eo detector gravar continuamente sinais de difração / espalhamento. </li><li> Inicie a bomba de seringa para alimentar solução na cabeça de impressão. Quando a solução começa a ejetar da cabeça de impressão (monitorado por uma câmera de vigilância), iniciar rapidamente o processo de impressão. NOTA: Quando a posição de medição pré-escolhido é alcançada, detector de 2-D vai capturar o sinal de dispersão a partir da solução. espessura do filme será monitorado por interferômetro. Assim, a evolução fina morfologia filme será gravado. </li><li> Levante a impressoracabeça e limpar a cabeça quando experimento é feito. </li></ol>

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<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>

Os autores não têm nada a divulgar.

O método descrito aqui concentra-se no desenvolvimento de um método de preparação de película que pode ser facilmente dimensionado para cima na produção industrial. impressão de película fina e caracterização morfologia síncrotron são os passos mais críticos com o protocolo. Em pesquisas de laboratório em escala OPV anterior, revestimento rotativo é usado como o método dominante para fabricar dispositivos de película fina. No entanto, este processo utiliza uma elevada força centrífuga para se espalhar solução BHJ, que é...

células fotovoltaicas orgânicas (OPV) são uma tecnologia promissora para a produção de energias renováveis ​​de baixo custo em um futuro próximo. 1, 2, 3 esforços tremendos foram feitos para desenvolver polímeros foto-activa e fabricar dispositivos de alta eficiência. Até à data, os dispositivos individuais OPV em camadas ter alcançado uma eficiência de conversão de energia&gt; 10% (PCE). Essas eficiências foram alcançados em dispositivos escala laboratorial usando revestimento por rotação para gerar o filme, e tradução para dispositivos escala de tamanho maior tem sido repleta de reduções significativas na PCE. 4, 5 Na indústria, rolo a rolo de revestimento de película fina com base (R2R) é utilizado para gerar fotões películas finas activas sobre substratos condutores, o que é muito diferente dos processos típicos escala laboratorial, em particular na taxa de remoção do solvente. Isto é crítico, pois as morfologias são kinetically preso, que resulta da interacção entre vários processos cinéticos, incluindo a separação de fases, ordenação, orientação e evaporação do solvente. 6, 7 Esta morfologia cineticamente aprisionada, no entanto, determina em grande parte o desempenho dos dispositivos de células solares. Assim, a compreensão do desenvolvimento da morfologia durante o processo de revestimento é de grande importância para manipular a morfologia de modo a optimizar o desempenho. A optimização da morfologia requer a compreensão da cinética associados com o ordenamento do polímero condutor de furo em solução como solvente é removido; 8, 9 quantificar as interações do polímero com o condutor de elétrons baseados em fulereno; 10, 11, 12 compreender os papéis de aditivos na definição da morfologia; 13, 14, 15 e equilibrar as taxas relativas de evaporação do solvente (s) e aditivos. 16 Tem sido um desafio para caracterizar a evolução da morfologia quantitativamente na camada activa em um ambiente industrialmente relevantes. processamento de roll-to-roll tem sido estudado para a fabricação de dispositivos OPV em grande escala. 4, 17 No entanto, estes estudos foram realizados numa configuração de fabrico em que grandes quantidades de materiais são usados, o que reduz eficazmente estudos aos polímeros disponíveis comercialmente. Neste trabalho, os detalhes técnicos de fabricação de dispositivos OPV usando um sistema de revestimento die mini slot são demonstrados. parâmetros de revestimento tais como cinética de secagem filme e controle de espessura de filme são aplicáveis ​​a processos de maior escala, fazendo com que este estudo directamente relacionada com fa indústrialubrificação periódi-. Além disso, uma quantidade muito pequena de material é usado na experiência de revestimento ranhura do cunho mini, tornando este processamento aplicável a novos materiais sintéticos. No desenho, este mini-ranhura do cunho revestidor pode ser montado em estações terminais sincrotrão, e de pastagem, assim, a incidência espalhamento pequeno ângulo de raios X (GISAXS) e difracção de raios-X (GIXD) pode ser utilizado para permitir estudos em tempo real sobre a evolução da morfologia sobre uma ampla gama de escalas de comprimento em diferentes fases do processo de secagem película sob uma gama de condições de processamento. As informações obtidas nestes estudos podem ser transferidos diretamente para um ambiente de fabricação industrial. A pequena quantidade de materiais usados ​​permite um rastreio rápido de um grande número de materiais foto-activa e as suas misturas, em diferentes condições de processamento. O diketopyrrolopyrrole semi-cristalino e quaterthiophene (DPPBT) base de banda de baixa conjugado polímero é usado como material de modelo dador, e (6,6) -fenil-C71 butyric éster metílico do ácido (PC 71 BM) é utilizado como o aceitador electrónico. 18, 19 Mostra-se em estudos anteriores que DPPBT: PC 71 BM formar misturas separação de fases tamanho grande quando se usa clorofórmio como o solvente. A clorofórmio: 1,2-diclorobenzeno mistura de solventes pode reduzir o tamanho da separação de fases e, assim, aumentar o desempenho do dispositivo. A formação morfologia durante o processo de secagem do solvente é investigado in situ por pastagem difracção de incidência de raios X e dispersão. Dispositivos da célula solar fabricada usando o molde revestidor mini slot mostrou um PCE média de 5,2% utilizando as melhores condições de misturas de solventes, 20, que é semelhante ao spin-coating dispositivos fabricados. O coater mini slot die abre uma nova rota para fabricar dispositivos de células solares em um ambiente de laboratório de pesquisa que imita um processo industrial, preenchendo uma lacuna no prevendo a viabilidade destes materiais em uma rel industrialmentedefinição Evant.

<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>A Universidade de 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 Líquido de Limpeza</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z637181</td><td></td></tr><tr><td>Acetona</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>270725</td><td></td></tr><tr><td>Álcool Isopropílico</td><td>BDH</td><td>BDH1133</td><td></td></tr><tr><td>Clorofórmio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>372978&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>1,2-diclorobenzeno</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>240664</td><td></td></tr><tr><td>Fluoreto de lítio</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>669431</td><td></td></tr><tr><td>Alumínio</td><td>Kurt Lesker</td><td>EVMAL50QXHD</td><td></td></tr><tr><td>Frascos de vidro</td><td>Fisher Scientific</td><td>03-391-7B</td><td></td></tr><tr><td>Limpador Ultrassônico</td><td>Cleanosonic</td><td>Branson 2800</td><td></td></tr><tr><td>Forno</td><td>WVR</td><td>414005-118</td><td></td></tr><tr><td>Rack de Limpeza</td><td>Lawrence Berkeley National Lab</td><td>Custom</td><td></td></tr><tr><td>Made Shadow Mask</td><td>Lawrence Berkeley National Lab</td><td>Custom</td><td></td></tr> Made <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></td> Custom <td></td></tr><tr><td>Made Evaporator</td><td>MBraun</td><td></td><td></td></tr> Custom <tr><td>Made Slot Die Coater</td><td>Jema Science Inc</td><td>Simulador Solar Personalizado</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Newport</td><td>Classe ABB</td><td></td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>SCS Equipamento</td><td>SCS G3</td><td></td></tr><tr><td>Placa Quente</td><td>Thermo Scientific</td><td>SP131015Q</td><td></td></tr><tr><td>Medição de Raios-X</td><td>Lawrence Berkeley National Lab</td><td>Beamline 7.3.3</td><td></td></tr></tbody></table>

impressão fabricação de massa heterojunction células solares e in situ morfologia caracterização

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

Os materiais à base de polímeros são promissores como dispositivos fotovoltaicos eficientes e flexíveis de baixo custo. A maioria dos esforços de laboratório para obter dispositivos de alto desempenho usou dispositivos preparados por spin coating, um processo que não é passível de fabricação em larga escala. Essa incompatibilidade na fabricação de dispositivos dificulta a tradução dos resultados quantitativos obtidos em laboratório para o nível comercial, dificultando a otimização. Usando um revestidor de matriz de mini-slot, essa incompatibilidade pode ser resolvida traduzindo o processo comercial para o laboratório e caracterizando a formação da estrutura na camada ativa do dispositivo em tempo real e in situ à medida que os filmes são revestidos em um substrato. A evolução da morfologia foi caracterizada sob diferentes condições, permitindo-nos propor um mecanismo pelo qual as estruturas se formam e crescem. Este revestidor de matriz mini-slot oferece uma rota simples, conveniente e eficiente em termos de material, pela qual a morfologia na camada ativa pode ser otimizada em condições industrialmente relevantes. O objetivo deste protocolo é mostrar detalhes experimentais de como um dispositivo de célula solar é fabricado usando um revestidor de mini-slot e detalhes técnicos da execução da caracterização da estrutura in situ usando o revestidor de mini-slot.

Mostrado na Figura 3 é o sistema de revestimento de molde mini-slot. É constituída por uma máquina de revestimento, uma bomba de seringa e uma caixa de controlo central. A máquina de revestimento é a parte essencial, que é feito de uma cabeça de ranhura do cunho, um estágio de translação horizontal, e um estágio de translação vertical. A cabeça ranhura do cunho está montado na base de um motor de translação vertical através de um manipulador de inclinação 2-D. Fi...

Aqui, apresentamos um protocolo para fabricar células solares orgânicas fina película usando um aplicador die mini-slot e caracterizações estrutura relacionados em-line usando técnicas de síncrotron de dispersão.

Impressão Fabricação de massa Heterojunction células solares e In Situ Morfologia Caracterização

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

O objetivo geral deste experimento é demonstrar a fabricação de impressão de células solares orgânicas de filme fino e observar a evolução da morfologia do filme fino durante a evaporação do solvente. Este método ajuda a responder a perguntas-chave em filmes finos funcionais, como em células solares de filme fino e revestimentos de polímeros. A principal vantagem desta técnica é que as técnicas de processamento da indústria e síncrotron são bem mescladas para demonstrar o aspecto fundamental da ciência dos materiais.A implicação deste método ajuda a entender a evolução da morfologia dos filmes finos adjacentes, o que é crucial para determinar a morfologia final e o desempenho do dispositivo. Portanto, essa técnica pode nos fornecer informações sobre a morfologia da fotovoltaica orgânica de filme fino. Também pode nos fornecer informações em outros materiais, por exemplo, diodos emissores de luz ou materiais funcionais de filme fino.Para carregar o substrato, coloque o substrato de óxido de índio-estanho revestido com PEDOT:PSS preparado na placa de base do revestidor de matriz mini-slot. Usando o manipulador linear abaixo da placa do substrato, ajuste a posição do substrato para colocá-lo logo abaixo do cabeçote da impressora. Ajuste a inclinação da cabeça usando o manipulador de inclinação bidimensional que segura a cabeça de impressão.Certifique-se de que a cabeça fique verticalmente em cima do substrato carregado. Ajuste a distância entre a cabeça e o substrato para zero. O motor vertical é acoplado a um sensor de força.Quando a cabeça de impressão está flutuando, uma leitura de força constante será obtida a partir do peso da cabeça de impressão e dos conjuntos do manipulador basculante. Assim que o cabeçote da impressora tocar o substrato, a leitura será reduzida, marcando a posição zero. Defina um valor de cabeçalho para substrato para executar o experimento.Neste experimento, defina a folga da cabeça ao substrato para 100 mícrons. Em seguida, ajuste o motor de estágio de translação linear que será usado para imprimir. Defina a posição do motor de 10 milímetros como ponto inicial e a posição do motor de 80 milímetros como ponto final.Defina a velocidade de impressão para 10 milímetros por segundo usando a interface do software de controle do motor. Defina a velocidade de aceleração do motor para 100 metros por segundo. Carregue a tinta OPV em uma seringa de um mililitro e monte a seringa na bomba de seringa que está conectada à impressora de matriz de slot.Defina os parâmetros de impressão no software de controle. Para iniciar o experimento de impressão, digite a posição do ponto inicial na janela de posição no software de controle. Esta ação moverá o substrato para o ponto de partida.Comece a bombear a solução para o cabeçote da matriz do slot clicando em iniciar no software da bomba de seringa. Inicie rapidamente o motor de translação quando a solução começar a sair do cabeçote de impressão. O substrato se moverá para a posição final.Pare a bomba da seringa e levante a cabeça de impressão usando o motor vertical. Desligue o aspirador e retire o substrato da placa de base. Coloque o substrato impresso em um forno a vácuo por três a cinco horas para remover o solvente residual.Em seguida, coloque uma placa de Petri sob a cabeça de impressão. Bombeie 10 mililitros de clorofórmio na cabeça de impressão para limpá-la. Colete a solução de clorofórmio contaminada com a placa de Petri.Configure uma caixa de hélio para suprimir a dispersão do ar na medição de raios-x. Monte o mini revestidor de matriz de slot na caixa de hélio. Monte um interferômetro óptico na máquina de impressão para monitorar a mudança de espessura sobre a evaporação do solvente.Coloque o substrato de wafer revestido com PEDOT:PSS no suporte de substrato da impressora e ajuste a posição do cabeçote e do substrato como antes. Purgue a caixa de hélio para remover o ar. O nível de oxigênio deve ser inferior a 0,3%, que pode ser monitorado por um sensor de oxigênio.Alinhe o substrato na posição em que o raio-x colide com o substrato e defina o ângulo de incidência, que é de 0,16 graus neste caso. Defina o tempo de exposição aos raios X no método de aquisição de dados. Aqui, use dois segundos como tempo de exposição, seguidos por três segundos de tempo de atraso para evitar danos ao feixe do servidor.Assim, cada período de experimento é de cinco segundos. Realize uma fila contínua de 100 repetições tirando 100 fotos. Nomeie o experimento e escolha o caminho de dados para salvar os arquivos experimentais.Mova o substrato para a posição inicial inserindo a posição inicial no software de controle do motor. Inicie o obturador de raios-x e o detector registrará continuamente os sinais de difração e dispersão. Em seguida, inicie a bomba de seringa para alimentar a solução na cabeça de impressão.Quando a solução começar a ser ejetada do cabeçote de impressão conforme monitorado por uma câmera de vigilância, inicie rapidamente o processo de impressão. Quando a posição de medição pré-escolhida for alcançada, o detector bidimensional capturará o sinal de espalhamento da solução. A espessura do filme será monitorada por um interferômetro.Assim, a evolução da morfologia do filme fino será registrada. Levante o cabeçote da impressora e limpe-o quando o experimento terminar. Aqui é mostrado um substrato ITO revestido com misturas de PCBM de polímero conjugado.O filme é bastante suave visualmente. O início e o fim do filme revestido nem sempre são uniformes devido ao menisco formado e ao ressecamento das bordas. O substrato recém-revestido é eventualmente carregado em máscaras de sombra.A máscara é carregada em um evaporador para depositar a camada fina do cátodo. Aqui é mostrado um dispositivo completo após a deposição da camada catódica. O desempenho do dispositivo é medido usando um simulador solar abaixo de 100 miliwatts por centímetro quadrado.Aqui está uma curva de tensão de corrente representativa de um dispositivo revestido com matriz de mini-slot. Uma eficiência média de conversão de energia de 5,2% é alcançada para dispositivos revestidos com matriz de slot, que é próxima à alcançada pelo revestimento giratório. Esta figura representa um experimento típico de espalhamento de pequeno ângulo de incidência de pastejo in situ durante a secagem por solvente.A evolução do tempo é codificada por cores. No estágio inicial de secagem, onde existia excesso de solvente, uma curva de espalhamento vermelha é vista e as misturas se misturam bem. Um pico de espalhamento desenvolveu-se gradualmente em torno de 0,02 angstroms inversos, indicando aproximadamente 60 nanômetros de separação de fases.Essas informações, quando combinadas com os resultados de difração de raios X in situ, revelam a cinética da cristalização do polímero e da separação de fases. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em cerca de cinco minutos, se conduzida corretamente. Ao tentar esses experimentos, é importante lembrar que, para cada sistema material, temos que encontrar a condição ideal.Isso deve ser otimizado para cada experimento. Este método abriu o caminho para os pesquisadores em células solares de filme fino explorarem a estrutura e a relação de propriedade na fabricação industrial. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma compreensão muito boa de como conduzir um experimento de impressão in situ em uma linha de luz síncrotron.

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Engenharia

Foram feitos progressos na utilização do spin echo resolveu a dispersão da incidência de pastagem (SERGIS) como uma técnica de dispersão de nêutrons para sondar as escalas de comprimento em amostras irregulares. Cristalitas de [6,6]-fenil-C61-butírico ácido metil ester foram sondados usando a técnica SERGIS e os resultados confirmados por microscopia óptica e de força atômica.

Usando neutron spin echo resolvi a dispersão da incidência de pastagem para investigar materiais orgânicos de células solares

O sulfeto de estanho (SnS) é um material candidato a células solares não tóxicas e abundantes na Terra. Aqui, demonstramos o procedimento de fabricação das células solares SnS empregando deposição de camada atômica, que produz 4,36% de eficiência de conversão de energia certificada, e evaporação térmica que rende 3,88%.

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

A fabricação de grades de alto contraste como o elemento dispersivo de divisão de espectro paralelo em um sistema fotovoltaico concentrado é demonstrada. Processos de fabricação, incluindo litografia de nanoimpressão, pulverização catódica de TiO2 e gravação de íons reativos são descritos. Os resultados da medição de refletância são usados para caracterizar o desempenho óptico.

Fabricação de grades de alto contraste para o Splitting Spectrum dispersivo Elemento em um sistema fotovoltaico concentrado

Uma metodologia viável baseada em impressão de transferência para introduzir nanoestruturas de metal plasmônico em células solares é descrita.  Usando selos de poli (dimetilsiloxano) de nanopilares, uma matriz de nanodisco ordenada baseada em Ag foi integrada com células solares de Si microcristalinas hidrogenadas padrão, o que levou a um melhor desempenho do dispositivo devido ao aprisionamento de luz plasmônica.

Integração da luz Interceptação de prata Nanoestruturas em células solares de silício hidrogenado microcristalina por Transferência de impressão

Este artigo investiga a adequação da impressão a jato de tinta para a fabricação de células solares sensibilizadas por corantes. Uma tinta de nanopartículas de TiO2 sem aglutinante foi formulada e impressa em um substrato de vidro FTO. A camada impressa foi fabricada em uma célula com área ativa de 0,25cm2 e eficiência de 3,5%.

Impressão digital de dióxido de titânio para células solares Dye sensibilizados

Este protocolo descreve a síntese e deposição de camada de solução de nanocristais inorgânico por camada para produzir electrónica de película fina sobre as superfícies não condutoras. tintas solventes estabilizada pode produzir dispositivos fotovoltaicos completos sobre substratos de vidro por meio de revestimento por rotação e pulverização seguintes troca de ligantes pós-deposição e sinterização.

Fabricação de Solução totalmente processado inorgânicos nanocristais fotovoltaicos Devices

Um método para, células totalmente imprimíveis, livre de fulereno, altamente estável ao ar bulk-heterojunção solares com base em alcóxidos de Ti como o receptor de elétrons e a fabricação do polímero dador de electrões é descrito aqui. Além disso, um método para controlar a morfologia da camada de fotoactivo através da grosseria molecular das unidades de Ti-alcóxido é relatado.

Controle de morfologia para células solares Bulk-heterojunção orgânico-inorgânico totalmente Printable Baseado em um Ti-alcóxido e semicondutores Polymer

Nós apresentamos um extenso estudo sobre os efeitos de diferentes métodos de fabricação de filmes orgânicos / inorgânicos perovskita finas comparando estruturas cristalinas, densidade de estados, níveis de energia, e, finalmente, o desempenho da célula solar.

Influência do híbrido Métodos perovskita Fabricação na formação do filme, Estrutura Eletrônica e desempenho da célula solar

Aqui, apresentamos um protocolo para desenvolver alta performance GaP/Si heterojunction células solares com uma vida de minoria-portador de Si elevada.

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Este artigo é uma demonstração e uma diretriz para executar e analisar internamente (com um instrumento de raio-X de laboratório) em experimentos gisaxs in situ de tintas de secagem em rolo-a-rolo slot-die revestido, não-fullerene orgânico fotovoltaica.

In situ Pastando Incidência Pequeno Ângulo de Raio-X Dispersão em Revestimento Roll-To-Roll de Células Solares Orgânicas com Instrumentação de raios-X de laboratório

Descrevemos um método de ressarcamento infravermelho flash usado para a síntese de filmes perovskite e mesoscópico-TiO2. Os parâmetros de renascimento são variados e otimizados para o processamento em vidro de óxido de estanho dopado por flúor (FTO) e tereftalato de polietileno revestido de óxido de lítio (ITO PET), dando aos dispositivos eficiências de conversão de energia &gt;20%.

Recozimento de infravermelho flash para processamento de células solares perovskite

Aprenda a fabricação por impressão de células solares de filme fino orgânico e a caracterização in situ da morfologia usando técnicas de espalhamento de sincrotrão. Este método une processamento industrial com análise avançada.

Impressão Fabricação de massa Heterojunction células solares e In Situ Morfologia Caracterização

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