Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Engineering

Met behulp van Neutron Spin Echo Opgelost scherende inval Verstrooiing aan organische zonnecellen kunnen onderzoeken

doi: 10.3791/51129 Published: January 15, 2014

Abstract

De spin-echo opgelost scherende inval verstrooiing (Sergis) techniek gebruikt om de lengte-schalen in verband met onregelmatig gevormde kristallieten sonde. Neutronen worden gepasseerd door twee goed gedefinieerde gebieden van magnetisch veld, een voor en een na de monster. De twee magnetische veldgebieden tegengestelde polariteit en zodanig dat neutronen reizen door beide gebieden, zonder verstoord, hetzelfde aantal precessies ondergaan in tegengestelde richtingen afgestemd. In dit geval neutron precessie van de tweede arm wordt gezegd "echo" de eerste en de oorspronkelijke polarisatie van de bundel behouden blijft. Als de neutronen interactie met een monster en elastisch verstrooit het pad door de tweede arm is niet hetzelfde als de eerste en de originele polarisatie niet wordt teruggewonnen. Depolarisatie van de neutronenbundel is een zeer gevoelige probe bij zeer kleine hoeken (<50 micro-radiaal) maar maakt een hoge intensiteit, divergerende bundel te gebruiken. The afname van polarisatie van de lichtbundel gereflecteerd van het monster in vergelijking met die van het referentiemonster kan direct worden gerelateerd aan de structuur in het monster.

In vergelijking met verstrooiing waargenomen in neutron reflectie metingen de Sergis signalen zijn vaak zwak en waarschijnlijk niet kunnen worden waargenomen als de in-plane structuren binnen de onderzochte steekproef zijn verdund, wanordelijke, klein van formaat en polydisperse of het neutron scattering contrast is laag. Derhalve zal goede resultaten hoogstwaarschijnlijk verkregen met de Sergis techniek indien het monster gemeten bestaan ​​uit dunne films op een vlak substraat en bevatten verstrooiing functies die een hoge dichtheid van middelgroot kenmerken (30 nm tot 5 micrometer) bevat die verstrooiing neutronen sterk of de eigenschappen geregeld op een rooster. Een voordeel van het Sergis techniek is dat structuren sonde in het vlak van het monster.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Silicon 2 in silicon substrates Prolog 4 mm thick polished one side
Oxygen plasma Diener Oxygen plasma cleaning system to clean substrates prior to coating
Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) Ossila PEDOT:PSS conductive polymer layer for organic photovoltaic samples
0.45 μm PTFE filter Sigma Aldrich Filer to remove aggregates from PEDOT:PSS and P3HT solutions
Chlorobenzene Sigma Aldrich Solvent for P3HT
Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) Ossila P3HT - polymer used in polymer photovoltaics
Spin Coater Laurell Deposition system for making flat thin polymer films
Vacuum Oven Binder Oven fro annealing samples after preparation
Nikon Eclipse E600 optical microscope Nikon Microscope
Veeco Dimension 3100 AFM Veeco AFM
Tapping mode tips (~275 kHz) Olympus AFM tips
Quartz Disc Refrence samples for SERGIS measurement
Spin Echo off-specular reflectometer OffSpec at the ISIS Pulsed Neutron and Muon Source (Oxfordshire, UK) Produces pulsed neutrons 2-14 Å
Neutron Detector Offspec vertically oriented linear scintillator detector
RF spin flippers Offspec
Magnetic Field Guides Offspec
Data Manipulation Software Mantid http://www.mantidproject.org/Main_Page

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Mezei, F. Neutron spin echo: A new concept in polarized thermal neutron techniques. Zeitschriftfür Physik A Hadrons Nuclei. 255, 146-160 (1972).
  2. Falus, P., Vorobiev, A., Krist, T. Test of a two-dimensional neutron spin analyzer. Physica B Condens. Matter. Mater. Phys. 385-386 (2006).
  3. Ashkar, R., et al. Dynamical theory calculations of spin-echo resolved grazing-incidence scattering from a diffraction grating. J. Appl. Crystallogr. 43, (3), 455-465 (2010).
  4. Ashkar, R., et al. Dynamical theory: Application to spin-echo resolved grazing incidence scattering from periodic structures. J. Appl. Phys. 110, (10), (2011).
  5. Pynn, R., Ashkar, R., Stonaha, P., Washington, A.L.,Some recent results using spin echo resolved grazing incidence scattering. SERGIS). hysica B Condens. Matter. Mater. Phys. 406, (12), 2350-2353 (2011).
  6. Ashkar, R., et al. Spin-Echo Resolved Grazing Incidence Scattering (SERGIS) at Pulsed and CW Neutron Sources. J. Phy. Conf. Ser. 251, (1), (2010).
  7. Vorobiev, A., et al. Phase and microphase separation of polymer thin films dewetted from Silicon-A spin-echo resolved grazing incidence neutron scattering study. J. Phys. Chem. B. 115, (19), 5754-5765 (2011).
  8. Major, J., et al. A spin-echo resolved grazing incidence scattering setup for the neutron interrogation of buried nanostructures. Rev. Sci. Instrum. 80, (12), (2009).
  9. Parnell, A. J., Dalgliesh, R. M., Jones, R. A. L., Dunbar, A. D. F. A neutron spin echo resolved grazing incidence scattering study of crystallites in organic photovoltaic thin films. Appl. Phys. Lett. 102, (2013).
  10. Dalgliesh, R. M., Langridge, S., Plomp, J., De Haan, V. O., Van Well, A. A. Offspec, the ISIS spin-echo reflectometer. hysica B Condens. Matter. Mater. Phys. 406, (12), 2346-2349 (2011).
  11. Krouglov, T., de Schepper, I. M., Bouwman, W. G., Rekveldt, M. T. Real-space interpretation of spin-echo small-angle neutron scattering. J. Appl. Crystallogr. 36, 117-124 (2003).
  12. Brady, M. A., Su, G. M., Chabinyc, M. L. Recent progress in the morphology of bulk heterojunctionphotovoltaics. Soft Matter. 7, (23), 11065-11077 (2011).
  13. Huang, Y. -C., et al. Study of the effect of annealing process on the performance of P3HT/PCBM photovoltaic devices using scanning-probe microscopy. Solar Energy Mater. Solar Cells. 93, (6-7), 888-892 (2009).
  14. Parnell, A. J., et al. Depletion of PCBM at the Cathode Interface in P3HT/PCBM Thin Films as Quantified via Neutron Reflectivity Measurements. Adv. Mater. 22, (22), 2444-2447 (2010).
Met behulp van Neutron Spin Echo Opgelost scherende inval Verstrooiing aan organische zonnecellen kunnen onderzoeken
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Parnell, A. J., Hobson, A., Dalgliesh, R. M., Jones, R. A. L., Dunbar, A. D. F. Using Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering to Investigate Organic Solar Cell Materials. J. Vis. Exp. (83), e51129, doi:10.3791/51129 (2014).More

Parnell, A. J., Hobson, A., Dalgliesh, R. M., Jones, R. A. L., Dunbar, A. D. F. Using Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering to Investigate Organic Solar Cell Materials. J. Vis. Exp. (83), e51129, doi:10.3791/51129 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter