Параллельно Количественные проводимости и механических измерений свойств органических фотогальванических материалов с помощью АСМ

Общая цель данного эксперимента состоит в том, чтобы понять механизмы проводимости в фазово разделенных полимерных смесях фуллеренов через корреляцию морфологии с электрическими характеристиками. Морфология и электрические свойства полимерных смесей являются двумя основными факторами, которые контролируют их работу внутри органических солнечных батарей. Корреляция морфологии с электрическими характеристиками образцов достигается за счет одновременных измерений механических и электрических свойств образца с помощью атомно-силового микроскопа с самодельным контроллером и системой сбора данных.

Это используется для сбора пространственно разрешенных данных о зависимости силы по расстоянию между датчиком A FM и поверхностью образца, а также о зависимости тока от расстояния между датчиком A FM и образцом в качестве второго шага, выполнения автоматического анализа кривых расстояния силы и текущего расстояния, собранных в каждой точке сканирования. Это позволяет создавать карты контакта, жесткости, силы отрыва и тока с высоким разрешением. Затем примените приближенную модель механики контакта для выполнения математического преобразования данных о контакте, жесткости и токе с целью получения модуля Юнга и сопротивления образца.

Результаты определяют химическую природу доменов в образце на основе механической сигнатуры, а также количественные различия в проводимости богатых полимерами и последующих богатых полимеров фаз смеси на основе одновременных измерений механических и электрических свойств. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области разработки органических солнечных элементов, такие как эффективность и стабильность этих элементов за счет понимания влияния морфологии активного слоя на производительность исходной ячейки, а также корреляция лицевого состава активного слоя с электрическими свойствами. Кроме того, этот метод может быть применен к другим системам, таким как органические электронные материалы и аккумуляторы.

Основное преимущество этого метода перед другими методами картирования проводимости заключается в том, что практически исключается неопределенность в области контакта образца зонда. Это означает, что у вас есть гораздо более четкое представление о свойствах межфазных поверхностей. Подготовьте образец для получения сигнала.

Начните с образца полимерного солнечного элемента P three H-T-P-C-B-M без верхнего электрода. Установите его в держатель для образцов с внешними электрическими разъемами для атомно-силового микроскопа. Затем подключите держатель образца к коммерческому многорежимному атомно-силовому микроскопу, оснащенному контроллером nano scope five.

Установите проводящий зонд в держатель зонда A FM и установите держатель в микроскоп. Теперь подключите узел пробника к внешнему усилителю тока. Выходной сигнал усилителя тока встроен в цифровую плату сбора данных.

Просто зонд для установления электрического соединения между датчиком A FM, образцом и источником напряжения A FM. Обязательно подключите выход отклонения A FM, сигнал силы, выход высоты выборки и сигнал расстояния к цифровой карте сбора данных. Установите скорость сбора данных на цифровых картах сбора данных равной 250 000 выборок в секунду, а время сбора данных — одну секунду.

Затем примените желаемое смещение между датчиком A FM и образцами электродов солнечного элемента. В данном эксперименте изучались как при положительных 6 вольтах, так и при отрицательных 10 вольтах. Теперь установите FM для работы в режиме пиковой силы, собирая данные топографии с заданным значением пиковой силы 30 нано-ньютонов, амплитудой опорных колебаний 300 нанометров, частотой опорных колебаний два килогерца, частотой сканирования одним герцом и разрешением пять 12 на пять 12 пикселей.

Уровень шума на текущем сигнале от FM-пробника A может мешать правильному получению сигнала. Если это проблема, попробуйте разные схемы подключения усилителя тока FM-щупа и источника напряжения Собирайте кривые расстояния силы и расстояния тока одновременно со сбором данных топографии. В данном случае это делается с помощью лабораторного представления.

Контроль эксперимента Matlab. Анализ данных начинается со считывания сигналов силы и расстояния с метками времени в MATLAB. Для используемых настроек создаем 2000 силовых дистанций и текущих кривых расстояний.

Для первой линии сканирования количество кривых является функцией частоты колебаний опоры и скорости сканирования. Здесь показана репрезентативная кривая с данными о принудительном расстоянии, показанными синим цветом, жесткость контакта определяется углом альфа, определенным на диаграмме, значением силы отрыва. Первый минимум силы при реакции также показывается из каждой кривой, определяют жесткость контакта и усилие отрыва.

Красная кривая на диаграмме предназначена для данных о силовом токе, среднее значение тока, когда опора начинает втягивающую часть своего колебания до тех пор, пока зонд не отделится от поверхности, называется током, показано его значение. Для этих данных определите этот ток для каждой кривой, которую необходимо завершить. Первая линия сканирования для контактной жесткости, силы отрыва и карт тока интерполирует 2000 равноудаленных точек данных для каждой из этих величин на 512 точек в соответствии с сигналом топографии.

Повторите эти действия для каждой из 512 строк сканирования. Примеры полученных изображений показаны в левом верхнем углу с результатами топографических измерений. В правом верхнем углу измерены пространственно разрешенные измерения силы отрыва.

В левом нижнем углу показана жесткость контакта. Внизу справа показан ток: образец представлял собой полимерный солнечный элемент P three HT PCBM без верхнего электрода при отрицательном напряжении 10 вольт, размер изображения 10 микрометров на 10 микрометров. Корреляция между силой отрыва, жесткостью контакта и текущими изображениями может быть устранена за счет учета изменения площади контакта между датчиком A FM и поверхностью.

Во время эксперимента используйте данные и отображаемые уравнения для нахождения E, модуля Юнга и уравнения удельного сопротивления. Переменные определены в показанном здесь текстовом протоколе как вычисленный модуль Юнга показанной ранее выборки. Напряжение смещения составляет минус 10 вольт.

Очевидны два типа доменов с разными молодыми ModuLite. Богатые полимером проявляются в синих доменах, богатые фуллингом – темно-красными. Карты удельного сопротивления предоставляют информацию об электрической связи между слоями солнечного элемента.

Здесь представлены пространственно разрешенные модули Юнга и удельное сопротивление из другой области того же образца. На этот раз с напряжением смещения в шесть вольт белые стрелки указывают на области полностью обогащенных доменов. Обратите внимание, что удельное сопротивление переключается в зависимости от полярности напряжения смещения.

Области имеют низкое удельное сопротивление при отрицательном смещении и высокое удельное сопротивление при положительном смещении После этой процедуры. Другие методы, такие как преобразование энергии, измерение эффективности всего солнечного элемента, могут быть выполнены для того, чтобы ответить на дополнительные вопросы, такие как корреляция корреляции морфологии активного слоя в органических солнечных элементах с производительностью устройства.