Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Engineering

Bruke Neutron Spin Echo Løst Beite Insidens Spredning å etterforske Organic solcellematerialer

doi: 10.3791/51129 Published: January 15, 2014

Abstract

Den spin ekko løst beite forekomst spredning (Sergis) teknikken har blitt brukt til å sondere lengdeskalaer forbundet med uvanlig form krystallitter. Nøytroner blir ført gjennom to veldefinerte områder av magnetisk felt, en før og en etter prøven. De to magnetiske felt regioner har motsatt polaritet, og er tilpasset slik at nøytroner som reiser gjennom begge regioner, uten å bli opprørt, vil gjennomgå det samme antall precessions i motstridende retninger. I dette tilfellet er nøytron presesjon i den andre armen er sagt å "echo" den første, og den opprinnelige polarisering av strålen blir bevart. Dersom nøytron vekselvirker med en prøve og sprer elastisk banen gjennom den andre arm er ikke den samme som den første og den opprinnelige polarisasjon ikke opptrer. Depolarisering av nøytron-strålen er en svært følsom sonde til meget små vinkler (<50 μrad), men likevel gir en høy intensitet, divergerende stråle som skal brukes. The reduksjon i polarisering av strålen reflektert fra prøven som sammenlignet med den fra referanseprøven kan være direkte relatert til strukturen i prøven.

I forhold til spredning observert i nøytron refleksjonsmålinger de Sergis signalene er ofte svake og er usannsynlig å bli observert dersom in-plane strukturer i prøven under etterforskning er fortynnet, uordnede, liten i størrelse og polydisperse eller nøytron spredning kontrasten er lav. Derfor vil gode resultater sannsynligvis bli oppnådd ved å bruke den teknikk Sergis hvis prøven som skal måles består av tynne filmer på et flatt underlag og inneholder spredningsfunksjoner som inneholder en høy tetthet av moderate funksjoner (30 nm til 5 um), som punkt nøytroner sterkt eller de funksjoner som er anordnet på et gitter. En fordel med den Sergis teknikken er at den kan probe strukturer i planet for prøven.

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).
Bruke Neutron Spin Echo Løst Beite Insidens Spredning å etterforske Organic solcellematerialer
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