Органические фотоэлектрические (ОПВ) являются перспективной технологией для создания экономически эффективных возобновляемых источников энергии в ближайшем будущем. 1, 2, 3 Колоссальные усилия были предприняты для разработки фотоактивного полимеров и изготовления устройств высокой эффективности. На сегодняшний день однослойное устройства ОПВ достигается эффективность преобразования энергии в> 10% (ОФП). Эти эффективности были достигнуты на лабораторных опытах с использованием устройств спинового покрытия для создания пленки, а также для перевода масштабных устройств большего размера был сопряжен со значительным снижением в PCE. 4, 5 В промышленности, катиться к рулону (R2R) на основе тонкой пленки покрытия используется для генерации фотонов активных тонких пленок на проводящих подложках, которые довольно сильно отличается от типичных лабораторных масштабных процессов, особенно в скорости удаления растворителя. Это очень важно, так как являются морфологию кировские в ловушке, в результате взаимодействия между несколькими кинетических процессов, в том числе разделения фаз, упорядочения, ориентации и испарения растворителя. 6, 7 В этом кинетически захваченный морфологию, хотя, в значительной степени определяет производительность устройства солнечных батарей. Таким образом, понимание развития морфологии в процессе нанесения покрытия имеет большое значение для манипулирования морфологию, с тем, чтобы оптимизировать производительность.
Оптимизация морфологии требует понимания кинетики, связанных с упорядочением дырочной проводимостью полимера в растворе, удаляют растворитель; 8, 9 количественной оценки взаимодействия полимера с фуллерена на основе электронного проводника; 10, 11, 12 понимания роли добавок в определении морфология; 13, 14, 15 и балансирование относительных скоростей испарения растворителя (ов) и добавок. 16 Это было непростой задачей охарактеризовать эволюцию морфологии количественно в активном слое в промышленно соответствующей обстановке. обработка с рулона на рулон был изучен для изготовления крупномасштабных ОПВ устройств. 4, 17 Тем не менее, эти исследования проводились в условиях производства , где используются большие количества материалов, эффективно ограничивая исследования коммерчески доступные полимеры.
В данной работе, технические детали изготовления ОПВ устройств с использованием системы нанесения покрытия головкой минислот демонстрируются. Параметры покрытия, такие как кинетика сушки пленки и контроля толщины пленки применимы к более масштабных процессов, что делает данное исследование непосредственно связанным с развитием промышленности фаbrication. Кроме того, очень небольшое количество материала, используется в мини-щелевой экструзионной головки эксперимента для нанесения покрытия, что делает эту обработку, применимый к новым синтетическим материалам. В дизайне, этот мини-слот штампа для нанесения покрытий могут быть установлены на концевых синхротронное станций, и, таким образом, скользящем падении небольшой угол рентгеновского рассеяния (GISAXS) и рентгеновской дифракции (GIXD) может быть использован для того, чтобы исследования в режиме реального времени на эволюцию морфологии в широком диапазоне длины шкалы на различных этапах процесса сушки пленки при различных условиях обработки. Информация, полученная в этих исследованиях могут быть непосредственно перенесены на установке промышленного производства. Небольшое количество используемых материалов позволяет быстро скрининга большого количества фото-активных веществ и их смесей при различных условиях обработки.
Полукристаллический diketopyrrolopyrrole и quaterthiophene (DPPBT) на основе низкой полосы, конъюгированный полимер используют в качестве модели донорского материала, и (6,6) фенил С71-butyriC кислоты метиловый эфир (ПК 71 БМ) используется в качестве электронного акцептора. 18, 19 показано в предыдущих исследованиях , что DPPBT: PC 71 BM смеси образуют большое разделение фаз размера при использовании хлороформа в качестве растворителя. В хлороформе: 1,2-дихлорбензол смесь растворителей может уменьшить размер разделения фаз и тем самым увеличить производительность устройства. Формирование морфологии в процессе сушки растворителя исследована на месте путем скользящем падении рентгеновской дифракции и рассеяния. Солнечные устройства клеток , изготовленных с использованием штампа для нанесения покрытий минислот показал среднюю PCE на 5,2% с использованием лучших растворителей условия смеси 20 , который похож на спин-покрытия , изготавливаемых устройств. Для нанесения покрытий мини-слот штампа открывает новый маршрут для изготовления устройств солнечных элементов в лабораторных условиях исследования, который имитирует производственный процесс, заполняя пробел в предсказании жизнеспособности этих материалов в промышленно отнустановка Эвант.