Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

الطريقة المحيطة لإنتاج وIonically عن طريق بوابة الأنابيب الجزيئية الكربونية القطب السالب المشترك جنبا الى جنب في خلايا الشمسية العضوية

doi: 10.3791/52380 Published: November 5, 2014

Introduction

أشباه الموصلات البوليمر هي الرائدة الضوئية العضوية (OPV) المواد بسبب الامتصاصية العالية، وخصائص نقل جيدة، والمرونة، والتوافق مع ركائز الحساسة درجة الحرارة. جهاز OPV كفاءة تحويل الطاقة، η، وقفزت بشكل كبير في السنوات الماضية، مع واحدة من الكفاءة خلية عالية مثل 9.1٪ مما يجعلها تكنولوجيا الطاقة القابلة للحياة على نحو متزايد.

على الرغم من التحسينات في η، وأفضل سمك الطبقة النشطة رقيقة من الأجهزة تحد من امتصاص الضوء وتعيق تصنيع موثوقة. بالإضافة إلى ذلك، فإن العرض الطيفي للامتصاص الضوء من كل البوليمر ومحدودة بالمقارنة مع المواد غير العضوية. البوليمرات المزاوجة بين اختلاف الحساسية الطيفية تجاهلت هذه الصعوبات، مما يجعل أبنية جنبا إلى جنب 2 على الابتكار ضروريا.

أجهزة سلسلة جنبا إلى جنب هي العمارة جنبا إلى جنب الأكثر شيوعا. في هذا التصميم، والعتاد نقل الإلكترونالقاعدة وهو طبقة إعادة التركيب المعدني اختيارية، وطبقة النقل حفرة ربط طبقتين متفاعل للضوء مستقلة تسمى خلايا فرعية. ربط خلايا فرعية في تكوين سلسلة يزيد من الجهد الدائرة المفتوحة من الجهاز الجمع. وكان بعض الجماعات النجاح مع طبقات النقل مخدر degenerately 5 - 3، ولكن قد استخدمت أكثر من مجموعات جزيئات الذهب أو الفضة لمساعدة إعادة التركيب من الثقوب والالكترونات في البينية 6،7.

في المقابل، المقعدين موازية تتطلب عالية التوصيل الكهربائي، إما الأنود أو القطب السالب، والانضمام إلى طبقتين النشطة. يجب أن يكون بين طبقات شفافة للغاية، الأمر الذي يحد من سلسلة interlayers جنبا إلى جنب تحتوي على جزيئات معدنية، وأكثر من ذلك لinterlayers جنبا إلى جنب موازية مؤلفة من رقيقة، وأقطاب معدنية مستمرة. تظهر أنابيب الكربون النانوية (CNT) ورقة شفافية أعلى من طبقات معدنية. لذا معهد تكنولوجيا النانو، بالتعاون مع جامعة شيمان، لديها كثافة العملياتالعمليات roduced مفهوم استخدام مثل القطب البينية في متجانسة والأجهزة جنبا إلى جنب موازية 8.

وتضمنت الجهود السابقة متجانسة، موازية، والأجهزة جنبا إلى جنب مع أوراق OPV CNT تعمل كما الأنودات البينية 8،9. هذه الأساليب تتطلب رعاية خاصة لتجنب التقليل من احد أو كلا خلايا أو طبقات السابقة الضارة عند إيداع طبقات لاحقة. طريقة جديدة وصفها في هذه الورقة يخفف تلفيق عن طريق وضع القطب CNT على رأس الطبقات النشطة البوليمرية من خليتين واحدة، ثم الترقق اثنين من أجهزة منفصلة معا كما هو مبين في الشكل (1). وهذه الطريقة لافت للنظر فيه الجهاز، بما في ذلك الهواء -stable CNT الكاثود، يمكن أن تكون ملفقة تماما في الظروف المحيطة التي تستخدم فقط معالجة الجفاف والحل.

أوراق CNT ليست جيدة اقطاب في جوهرها، لأنها تتطلب من نوع ن المنشطات للتقليل من وظيفة العمل من أجل جمع الإلكترونات من المنطقة متفاعل للضوءمن الخلايا الشمسية 10. طبقة مزدوجة الكهربائية شحن في المنحل بالكهرباء، مثل السوائل الأيونية، ويمكن استخدامها لتحويل وظيفة عمل CNT أقطاب 11-14.

كما هو موضح في ورقة السابقة 15 ومبين في الشكل 2، عندما الجهد البوابة (بوابة V) هو الزيادات، وانخفاض وظيفة عمل من القطب المشترك CNT، وخلق التماثل الكهربائي. هذا يمنع جمع حفرة من الجهات المانحة لقاح شلل الأطفال الفموي لصالح جمع الإلكترونات من متقبل لقاح شلل الأطفال الفموي ل، وأجهزة تشغيل، وتغيير فعال في مقاومة ضوئية من الثنائي الضوئي 15 السلوك. كما تجدر الإشارة إلى أن الطاقة المستخدمة لشحن الجهاز وقوة فقدت بسبب تسرب التيارات البوابة وتافهة بالمقارنة مع الطاقة المولدة من الخلايا الشمسية 15. النابضة الأيونية من الأقطاب الكهربائية CNT له تأثير كبير على وظيفة العمل بسبب كثافة منخفضة من الدول وارتفاعمساحة السطح إلى نسبة الحجم في أقطاب المجلس الوطني الانتقالي. وقد استخدمت أساليب مماثلة لتعزيز حاجز شوتكي في واجهة CNT مع N-سي 16.

Protocol

1. إنديوم أكسيد القصدير (ايتو) الزخرفة والتنظيف

ملاحظة: استخدام 15Ω / □ ايتو الزجاج، وشراء أو قطع زجاج ايتو إلى أحجام مناسبة لطلاء تدور وضوئيه. هو الأكثر كفاءة لتنفيذ الخطوات 1،1-1،7 على قطعة من الزجاج كبيرة بقدر الإمكان، ثم تنخفض في الأجهزة الأصغر حجما. نلاحظ أيضا أن الخطوات 1،1-1،7 تتطلب زجاج ايتو ليكون موجها مع ايتو جانب ما يصل. هذا يمكن التحقق بسهولة مع وضع المقاومة المتعدد ل.

  1. معطف تدور 1 مل من S1813 مقاوم الضوء الإيجابي على جانب ايتو لايتو الزجاج بمعدل 3000 دورة في الدقيقة لمدة 1 دقيقة. استخدام أكثر مقاومة لأكبر قطعة من الزجاج، تأكد من الزجاج المطلي بالكامل، وإزالة أي فقاعات قبل بدء المغطي تدور.
  2. يصلب مقاومة الزجاج المطلي، على طبق ساخن، في 115 درجة مئوية لمدة 1 دقيقة.
  3. تحميل العينة والضوئية على اليجنر الاتصال.
  4. فضح مقاومة للضوء المغلفة ايتو الزجاج لAPPROالوقت priate. الوقت تعرض حوالي 10 ثانية، ولكن هذه المرة تختلف استنادا إلى كثافة الأشعة فوق البنفسجية مصباح، نوع مقاوم الضوء، وسمك.
  5. تطوير ركائز المعرضة للأشعة فوق البنفسجية في MF311 المطور. عملية مؤتمتة أما المعالج تدور لتنتج أفضل وأكثر تكرار النتائج، ولكن يمكن أن يتم تطوير يدويا كما اتباعها.
    1. غمر ركائز المعرضة للأشعة فوق البنفسجية لمدة 1 دقيقة في مطور، تليها الشطف في منزوع الأيونات (DI) المياه وتجفيف بمسدس النيتروجين. لأن المطور يفقد قوته بسرعة، تحل محل المطور بين العينات، أو بدلا من زيادة الوقت اللازم لتطوير إعادة استخدام عندما المطور.
  6. حفر ركائز ايتو في حمض الهيدروكلوريك المركز (حمض الهيدروكلوريك). هذا يستغرق ما بين 5-10 دقيقة اعتمادا على تركيز حمض الهيدروكلوريك. شطف في الماء DI، الجاف، واختبار المقاومة من أجزاء محفورا مع المتعدد. إذا بقي أي الموصلية، حفر لفترة أطول.
  7. بمجرد اكتمال الحفر، وإزالة صhotoresist مع الأسيتون. نلاحظ أن إزالة الفورية للمقاومة للضوء يمنع حمض الهيدروكلوريك المتبقي من الإفراط في الحفر على نمط ايتو.
  8. ، وقطع إذا لزم الأمر محفورا على ركائز الزجاج ايتو إلى أحجام الجهاز.
  9. تنظيف ركائز ايتو في ultrasonicator حمام في سلسلة من المذيبات - مياه DI، الأسيتون، التولوين، الميثانول، وأخيرا ايزوبروبيل.

2. OPV خلية الفرعية التصنيع

  1. إعداد P3HT: PC 61 BM الحل.
    ملاحظة: للحصول على نتائج أكثر اتساقا، وإعداد الحلول في بيئة النيتروجين. ومن الممكن أن يتبع هذا الإجراء في الظروف المحيطة.
    1. البحث وكتابة كتلة من اثنين نظيفة، ~ 4 مل قارورة زجاج وقبعاتهم، ووضع علامة عليها مع علامة دائمة لتمييزها عن آخر.
    2. في النيتروجين أو الأرجون علبة القفازات، ونقل ما يقرب من 10 ملغ من بولي (3-hexylthiophene-2،5-diyl) (P3HT) لقنينة واحدة وحوالي 10 ملغ من فينيل-C 61 حمض -butyric استر الميثيل (PC 61 BM) إلى أخرى.
    3. وزن قنينات مرة أخرى للعثور على كتلة P3HT والكمبيوتر 61 BM.
    4. نقل قوارير مع P3HT والكمبيوتر 61 BM إلى صندوق قفازات لبقية عملية صنع الحل.
    5. إضافة شريط مغناطيسي في كل قارورة ثم إضافة ما يكفي من الكلوروبنزن لكل لخلق 45 ملغ / مل الحلول.
    6. وضع حلول المغناطيسية على طبق ساخن اثارة عند 55 درجة مئوية لمدة 2 ساعة تقريبا أو حتى يذوب تماما والمواد المذابة.
    7. خلط كميات متساوية من P3HT والكمبيوتر 61 BM الحلول معا، والسماح للضجة حل مختلطة لمدة ساعة أخرى قبل استخدامها.
  2. إعداد PTB7: PC 71 BM الحل.
    1. كرر الخطوات من 2.1.1 إلى 2.1.4 مع poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl}) (PTB7) وفينيل-7،1-زبدي استر الميثيل حمض (PC 71 BM) بدلا من P3HT والكمبيوتر61 BM.
    2. جعل مزيج من 3٪ من حيث الحجم 1،8-diiodooctane (DIO) في الكلوروبنزن. ويسمى هذا المزيج DIO-CB.
    3. إضافة شريط مغناطيسي في كل قارورة ثم إضافة ما يكفي من DIO-CB الى القارورة PTB7 أن يكون 12 ملغ / مل حل ويكفي DIO-CB إلى BM 71 قارورة الكمبيوتر لديك 40 ملغ / مل حل.
    4. تسمح هذه الحلول تثير على طبق ساخن عند 70 درجة مئوية لمدة يومين.
    5. مزيج من الحلول في نسبة وزن PTB7 إلى جهاز الكمبيوتر 71 BM بين 1 و 1.5
    6. السماح للضجة حل مختلطة لمدة ساعة أخرى عند 70 درجة مئوية قبل استخدامها.
  3. فلتر بولي (3،4-ethylenedioxythiophene): بولي (styrenesulfonate) (PEDOT: PSS) من خلال 0.45 ميكرون المسام مرشح حجم النايلون. ملاحظة يستخدم هذا الإجراء P نائب الرئيس AI4083.
  4. تدور معطف الطبقات النشطة.
    1. وضع ركائز ايتو تنظيفها، ايتو من جانب يصل، الى نظافة الأوزون للأشعة فوق البنفسجية لمدة 5 دقائق.
    2. تدور معطف 120 ميكرولتر من تصفيتها PEDOT: PSS على الأوزون الأشعة فوق البنفسجية المعالجة، ونمط ITO- الركيزة الزجاجS في 3000 دورة في الدقيقة لمدة 1 دقيقة. وهذا ينبغي أن تسفر عن 30 نانومتر طبقة سميكة.
    3. يصلب PEDOT: PSS ايتو ركائز المغلفة لمدة 5 دقائق على حرارة 180 درجة مئوية.
    4. تدور معطف 70 ميكرولتر من P3HT المختلطة: PC 61 BM حل على PEDOT: PSS المغلفة ايتو ركائز في حوالي 1000 دورة في الدقيقة لمدة 1 دقيقة. تختلف نسبة حسب الحاجة إلى إيداع 200 نانومتر طبقة سميكة النشطة.
    5. يصلب P3HT: ركائز PC 61 BM المغلفة على 170 درجة مئوية لمدة 5 دقائق. قد تختلف النتائج على درجة الحرارة المثلى الصلب.
    6. تدور معطف 70 ميكرولتر من PTB7 مختلطة: PC 71 BM حل على PEDOT: PSS المغلفة ايتو ركائز في حوالي 700 دورة في الدقيقة لمدة 1 دقيقة. تختلف نسبة حسب الحاجة إلى إيداع 100 نانومتر طبقة سميكة النشطة.
    7. تحميل PTB7: PC 71 BM ركائز المغلفة في فراغ عالية (<2 × 10 -6 عربة) غرفة لإزالة DIO المتبقية. عادة، وترك العينات في غرفة O / N.

3. افتعال الجهاز جنبا الى جنب

<OL>
  • أقطاب صفح CNT.
    1. قطع PTB7 وP3HT ركائز في نصف لجعل جهاز جنبا إلى جنب. ومن شأن نمط ايتو المتخصصة لا تتطلب هذه الخطوة. يجب أن يكون نمط ايتو اثنين على الأقل مواز ايتو أقطاب تمتد من الحافة إلى واحد ملم بعيدا عن الآخر.
    2. أولا إعداد PTB7 وP3HT المغلفة ركائز عن طريق محو بعيدا البوليمر وPEDOT من حواف الزجاج، وفضح الشريط ايتو والتي سيتم استخدامها في القطب المشترك كما رأينا في الحلقة الأولى من الشكل 1.
    3. صفح القطب المشترك CNT على رأس PTB7 وP3HT الأقطاب. تطبيق فيلم SWCNT عن طريق وضع الجانب CNT من ورقة الترشيح على الجهاز، والضغط بلطف، ثم تقشر ورقة الترشيح بعيدا. ويظهر هذا في لوحة ثانية من الشكل 1.
    4. Densify القطب CNT على السطح من خلال تطبيق ميثوكسي-nonafluorobutane (C 4 F 9 OCH 3) (HFE) وطلاء CNT مع عمو صغيرالإقليم الشمالي من السائل ومن ثم السماح لها يجف حالا.
    5. يمسح البوليمر والمركز الوطني للاستشعار على رأس ايتو والزجاج الذي سوف يكون البوابة الكهربائي كما هو موضح في اللوحة الثالثة من الشكل 1. إزالة كافة البوليمر من الزجاج لمنع تسرب بوابة بشفرة حلاقة.
    6. صفح بوابة القطب CNT على تنظيف المنطقة من ركائز PTB7 وP3HT المغلفة. صفح MWCNT عن طريق سحب من على حافة الغابة MWCNT بشفرة حلاقة وترك ورقة تقف بحرية بين بعض الأنابيب الشعرية. يمر الجهاز من خلال صفحة قائمة بذاتها لصفح وCNT على الجهاز. وينبغي أن يكون القطب بوابة 2-3 أضعاف عدد طبقات كما هو منصوص على القطب المشترك.
    7. Densify القطب البوابة مع HFE.
  • وضع قطرة صغيرة (≈10 ميكرولتر) من السوائل الأيونية، N، N -methyl- -Diethyl- N N - (2-methoxyethyl) رباعي فلوروبورات الأمونيوم، DEME-BF وعلى رأس كل واحد من أقطاب CNTمن ركائز.
  • وضع بعناية الركيزة دون السائل الأيونية على رأس الركيزة مع السائل الأيونية مع الأقطاب المشتركة وبوابة فوق بعضها البعض،. ويظهر هذا في لوحة الأخيرة من الشكل 1.
  • وضع الضوئية الرئيسية مع حجم فتحة أصغر من حجم الكهربائي على منطقة نشطة. استخدام مقاطع صغيرة لعقد الضوئية في المكان وكذلك لوضع الجهاز معا أثناء الاختبار.
  • 4. قياس الأجهزة

    1. نقل الجهاز إلى صندوق قفازات القياس.
    2. جعل التوصيلات الكهربائية.
      1. توصيل التيار الكهربائي بوابة بين القطب المشترك والقطب البوابة مع نزلات كما الأرض.
      2. ربط اثنين الأنودات ايتو إلى الأسلاك التي ترتبط التحول الذي يتيح اختيار إما الأنود أو كليهما الأنودات.
      3. ربط مخرجات التحول إلى مساهمة وحدة قياس المصدر.
      4. توصيل الأرضي من الاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف مصدرالوحدة لدى عودتهم إلى القطب المشترك.
    3. رابعا قياس خصائص الجهاز عن طريق تكرار الخطوات التالية لبوابة الصعود الخامس.
      1. وضع بوابة V إلى القيمة المقبلة، بدءا من بوابة V = 0 V لبوابة V = 2 V بزيادات 0.25 V.
      2. الانتظار مدة 5 دقائق أو حتى استقرت البوابة الحالية. من الناحية المثالية، ينبغي أن البوابة الحالية يستقر حول 10S من nanoamperes.
      3. تعيين التبديل إلى كل خلايا فرعية.
      4. فتح مصراع مصباح.
      5. تشغيل اكتساح التيار الكهربائي عن وحدة قياس المصدر من فولت -1 إلى +1 فولت بحوالي 100 الزيادات أو أكثر.
      6. تشغيل اكتساح التيار الكهربائي من +1 إلى -1 فولت فولت.
      7. إغلاق مصراع الكاميرا مصباح.
      8. تشغيل الاحتلالات الجهد مرة أخرى.
      9. تعيين التبديل إلى الخلية الفرعية الأمامية.
      10. كرر الخطوات من 4.3.4 إلى 4.3.8.
      11. تعيين التبديل إلى خلية فرعية في الظهر.
      12. كرر الخطوات من 4.3.4 إلى 4.3.8.
    4. حساب المعلمات الجهاز. <OL>
    5. العثور على ماس كهربائى الحالية (J SC) من كل خلية فرعية في كل باب الخامس من خلال إيجاد تيار ينتجها الجهاز عند الجهد عبر خلية فرعية هو 0 V.
    6. العثور على الجهد الدائرة المفتوحة (V OC) من كل خلية فرعية في كل باب الخامس من خلال إيجاد الجهد التي ينتجها الجهاز عند التيار من خلال خلية فرعية هو 0 أ.
    7. تجد أقصى انتاج الطاقة من الخلايا الشمسية بضرب كل قيمة الجهد مع كل القيمة الحالية واختيار القصوى (أكثر سلبية) قيمة. هذا على افتراض أن واحد يقيس ولدت صورة الحالي تيار سلبية.
    8. العثور على كفاءة تحويل الطاقة (η) بقسمة أقصى قدر من السلطة من قبل السلطة ضوء المدخلات.
    9. العثور على عامل التعبئة (FF) بقسمة الحد الأقصى للقوة من قبل المنتج من J SC وV OC.

    Representative Results

    جهاز جنبا إلى جنب تشكلت من البوليمرات، وخاصة البوليمرات اختلاف كبير ثغرات الفرقة، واختلاف هو من مصلحة العملية حيث أن هذه الأجهزة يمكن أن تمتص أكبر مجموعة الطيفي للضوء. في هذا الهيكل الجهاز، الخلية الفرعية PTB7 هي الخلية ذهابا وP3HT هو خلية فرعية الأمامية. ويهدف هذا لاستيعاب أكبر قدر من الضوء مثل خلية فرعية P3HT شفافة إلى حد كبير في ضوء الطول الموجي الأطول تمتصه الخلايا الفرعية PTB7. سيكون من أجل الوضوح والمعلمات الخلايا الشمسية، والخامس OC، J SC، FF، وη تكون مزينة مرتفع T، F، B أو عند الإشارة إلى جنبا إلى جنب، أو خلية الجبهة الخلفية على التوالي. ويبين الجدول رقم 1 هذه الاختصارات .

    وصفت مجموعة مختارة من منحنيات الجهد الحالية للجهاز في الشكل 3، واستخراج المعلمات الخلايا الشمسية في الشكل (4). ويلاحظ أن الخلية الفرعية PTB7تحولت (إلى الوراء) على أقل من ذلك بكثير عند بوابة الخامس من خلية فرعية P3HT (الجبهة). الشكل 4 يوضح أن الخلية PTB7 تبدأ تشغيل في بوابة V = 0.5 V وقمم حول بوابة V = 1.5 خامسا الفرعية الأمامي -cell تظهر علامات تحول على نحو بوابة V = 1.0 V، ولكن لا يتحول بشكل كامل على أقل بوابة V = 2.0 V. V T OC وFF T تقليد سلوك الخلية الفرعية أسوأ، كانت أعلى بقليل من الباطن الأمامي -cell لبوابة V <V 2.0 وأعلى قليلا من خلية إلى الخلف لV بوابة> V. 2.0 J T SC هو أقل بكثير من مجموع J F SC وJ B SC لبوابة V <1.5 V، وبعد هذه النقطة بالإضافة الحالية جيدة جدا. η T هو أقل من أكبر من η η B أو F لجميع بوابة V إلا على 1.5 V.

    إضافة الفقيرة الحالية والكفاءهY لانخفاض V بوابة يبدو أن ذلك يعود إلى واجهة التمثيل خلية فرعية كما تحويلة في حالته OFF. ويعتبر هذا من المنحنيات الخطية للغاية من الخلية الأولى وجنبا إلى جنب في بوابة V = 1.5 V في الشكل (3). وعلى العكس، بعد الظهر PTB7 خلية قد تدهورت، (على بوابة V = 2.25 V)، فإنه لا يزال يحافظ على خصائص الصمام الثنائي ، كما يتضح من المنحنى في الشكل (3)، وبالتالي لا يكون بمثابة تحويلة. هذه النتائج في إضافة J SC، لكن V T OC، يتم تخفيض FF T و T η بسبب انخفاض V ب OC. في حين أن عملية تستمد قوتها من بساطتها، هناك اختلافات بسبب المعالجة اليدوية ودفعة إلى دفعة الاختلافات في المواد. هذا يمكن أن يؤدي إلى نوبات بدوره على الجهد ± 0.25 V وكفاءة الذروة التي كتبها ± 0.5٪. يمكن انخفض هذا الاختلاف مع عملية أكثر الآلي.

    LT = "الشكل 1" SRC = "/ ملفات / ftp_upload / 52380 / 52380fig1highres.jpg" />
    الشكل 1. جنبا الى جنب عملية تصميم الجهاز. عملية التصنيع والتصفيح المستخدمة في بناء بوابات ionically OPV جنبا إلى جنب، مع السهام التي تصور التسلسل. ويظهر رسم تخطيطي للهيكل الجهاز النهائي في الزاوية اليسرى السفلى. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    الرقم 2
    الشكل 2. جنبا إلى جنب الفرقة الجهاز والرسم الكهربائي. ويظهر الرسم البياني الفرقة التقريبي للجهاز جنبا إلى جنب على طول الجانب المخطط الكهربائي للجهاز. المناطق المظللة مع السهام على الأقطاب CNT تظهر تحولا في وظيفة عمل. خطوط الصلبة وعناصر الدائرة تظهر تحت التوصيلات الكهربائية.jove.com/files/ftp_upload/52380/52380fig1large.jpg "الهدف =" _ فارغا "> اضغط هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    الرقم 3
    الشكل 3. المحددة منحنيات الرابع رابعا المنحنيات لباب الخامس (1.5 V) الذي ظهر (PTB7) خلية وتظهر أفضل أداء له وبوابة V أعلى (2.25 V) التي الجبهة (P3HT) خلية وتظهر أفضل أداء له . 'T' والدوائر تدل على منحنى جنبا إلى جنب، 'F' والساحات الأمامية، و'ب' ومثلثات الظهر.

    الرقم 4
    الرقم 4. المعلمات الأجهزة. المعلمات الشمسية خلية المستخرجة من القياسات الرابع من بوابة V = 0.5 V إلى بوابة V = 2.25 V. 'T' والأسود الساحاتدلالة على منحنى جنبا إلى جنب، 'F' ومثلثات زرقاء الجبهة، و'ب' والدوائر الحمراء الظهر. الخطوط المنقطة تشير نتائج تنازلي الفولتية الاحتلالات الجهاز OPV بينما تظهر خطوط الصلبة نتائج تصاعدي.

    OPV معلمة خلية فرعية تقاس
    ترادفيا جبهة إلى الوراء
    V OC V T OC V F OC V ب OC
    J SC J T SC J F SC J B SC
    FF FF T FF F FF ب
    η η T η F η ب

    الجدول 1. الاختصارات المعلمة. الاختصارات المعلمة الخلايا الشمسية تلخيصها. الفوقية، T، F، و B دلالة جنبا إلى جنب، الأمامي والخلفي على التوالي.

    Discussion

    النتائج تسلط الضوء على بعض الاعتبارات عند تصميم الخلايا الشمسية جنبا إلى جنب الموازي. خصوصا، إذا كان أحد الخلايا الفرعية والأداء الضعيف، والأداء جنبا إلى جنب في يتأثر سلبا. بينت النتائج أن هناك نوعان من الآثار الرئيسية. إذا قلل خلية فرعية واحدة، على سبيل المثال، يظهر السلوك أومية، وFF T لن يكون أعلى من FF للخلية فرعية سيئة. ستتأثر J T SC وV T OC بالمثل. هذا هو الحال عند بوابة V منخفضة ولم تحول الخلية الفرعية P3HT ON.

    على العكس، إذا خلية فرعية واحدة لها خصائص جيدة الصمام الثنائي، ولكن انخفاض OC V أو J SC، ثم J T SC ما يقرب من مجموع J F SC وJ B SC. ومع ذلك، إذا كان هناك فرق كبير بين كل OC V خلية فرعية، ثم V T OC ما يعادل تقريبا إلى أقل V OC. ويتجلى هذا الأداء ذوي الخوذات البيضاءEN V بوابة مرتفعة وتحول الخلية PTB7 قبالة. وη T يمكن أن تكون أعلى إلى حد ما في هذه القضية، ولكن لا يزال من المرجح أن يكون أقل من ذلك من خلية فرعية أفضل وحده.

    وكانت الخلية الفرعية الظهر تشغيل في وقت سابق من خلية فرعية الأمامية غير متوقعة مثل خلايا فرعية مشتركة وتبادل بوابة الأقطاب. وظيفة عمل الكاثود بهم، وبالتالي فإن درجة عدم التماثل الكهربائي بين ايتو والكاثود، يجب أن تكون متطابقة. وعلاوة على ذلك، تظهر خلية فرعية الوراء OC V أعلى من خلية فرعية الأمامية، وينبغي تتطلب المزيد من عدم التماثل الكهربائي فيما يتعلق بالعمل وظيفة من الخلية الفرعية الأمامية، وبالتالي أكبر بوابة الخامس قبل تشغيل.

    نظرا لمستوى هومو السفلي من البوليمر PTB7، فمن الممكن أن قمع حقن حفرة / استخراج يحدث بسرعة أكبر في PTB7، وبالتالي يتحول الجهاز في أقل بوابة V. آثار أخرى للنظر هي أن PTB7 هومن البوليمرات، الذي هو بوليمر يتألف من وحدات بالتناوب المانحة ومتقبل. قد يكون هذا له تأثير على ثنائيات الاقطاب واجهة ولدت بين البوليمر والقطب المشترك CNT.

    الإجراء الموضح في هذا النص ينطبق على التطبيقات التي تلتزم القيود التالية. يجب أن لا تكون المواد شبه الموصلة النشطة للذوبان أو تتأثر سلبا من المواد الأيونية. في حالة ينبعث منها ضوء أو الأجهزة الضوئية، يجب على الأنود والطبقات شبه الموصلة لا تكون مبهمة في نفس المناطق الطيفية. ونظرا لهذه القيود، فمن الممكن تطبيق هذه التقنيات للضوء العضوي الثنائيات، الترانزستورات تأثير الحقل العضوية، وغير العضوية والأجهزة المماثلة.

    في الختام، تم وصف مواز جهاز جنبا إلى جنب طريقة التصنيع التي تمتلك المزايا خلال منهجيات المعالجة التقليدية. يتطلب أسلوب معالجة أي فراغ، هو تحجيم، لا يمكن أن يؤديها في الظروف المحيطة،وملفقة كل طبقة نشطة على النحو الأمثل، والحد من انتشار السراويل وتبسيط المعالجة. يتم تحديد السمات البارزة في عملية المقعدين OPV موازية. في حين أن الكفاءة الإجمالية منخفضة إلى حد ما، ويمكن إجراء مزيد من التحسينات عن طريق تحسين طبقات متفاعل للضوء وأقطاب المجلس الوطني الانتقالي. بالإضافة إلى ذلك، إذا تحولت خلية فرعية في نفس الوقت، سوف يلاحظ أي تي η أكثر من 3٪.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly-(styrenesulfonate) Heraeus Clevios PVP AI 4083
    poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)  Rieke Metals  Inc. P3HT:  P200
    phenyl-C61-butyric  acid methyl  ester 1- Material PC61BM
    Poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl})  1- Material PTB7
    phenyl-C61-butyric acid methyl  ester Solenne PC71BM
    1,8-Diiodooctane Sigma Aldrich 250295
    Chlorobenzene Sigma Aldrich 284513
    Indium Tin Oxide Coated Glass 15 Ohm/SQ Lumtec
    S1813 UTD Cleanroom
    MF311 UTD Cleanroom
    HCl UTD Cleanroom
    Acetone Fisher Scientific A18-20
    Toluene Fisher Scientific T323-20
    Methanol BDH BDH1135-19L
    Isopropanol Fisher Scientific A416-20
    CEE Spincoater Brewer Scientific http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/tools/CEESpinCoater.htm
    Contact Printer Quintel Q4000-6 http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/QuintelPrinter.htm
    CPK Spin Processor http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/tools/CPKsolvent.htm
    Spin Coater Laurell WS-400-6NPP/LITE
    Name Company Catalog Number Comments
    Glove Box M-Braun Lab Master 130
    Solar Simulator Thermo Oriel/Newport
    Keithley 2400 SMU Keithley/Techtronix 2400
    Keithley 7002 Multiplexer Keithley/Techtronix 7002
    Ultrasonic Cleaner Kendal HB-S-49HDT
    Micropipette Eppendorf 200 µl

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. He, Z., Zhong, C., Su, S., Xu, M., Wu, H., Cao, Y. Enhanced power-conversion efficiency in polymer solar cells using an inverted device structure. Nature Photonics. 6, 591-595 (2012).
    2. Yuan, Y., Huang, J., Li, G. Intermediate layers in tandem organic solar cells. Green. 1, (1), 65-80 (2011).
    3. Kim, J. Y., et al. Efficient tandem polymer solar cells fabricated by all-solution processing. Science. 317, (5835), 222-225 (2007).
    4. Yu, B., Zhu, F., Wang, H., Li, G., Yan, D. All-organic tunnel junctions as connecting units in tandem organic solar cell. Journal of Applied Physics. 104, (11), (2008).
    5. Schueppel, R., et al. Controlled current matching in small molecule organic tandem solar cells using doped spacer layers. Journal of Applied Physics. 107, (4), (2010).
    6. Hiramoto, M., Suezaki, M., Yokoyama, M. Effect of thin gold interstitial-layer on the photovoltaic properties of tandem organic solar cell. Chemistry Letters. 19, (3), 327-330 (1990).
    7. Xue, J., Uchida, S., Rand, B. P., Forrest, S. R. Asymmetric tandem organic photovoltaic cells with hybrid planar-mixed molecular heterojunctions. Applied Physics Letters. 85, (23), 5757 (2004).
    8. Tanaka, S., et al. Monolithic parallel tandem organic photovoltaic cell with transparent carbon nanotube interlayer. Applied Physics Letters. 94, (11), (2009).
    9. Mielczarek, K., Cook, A., Kuznetsov, A., Zakhidov, A. OPV Tandems with CNTS: Why Are Parallel Connections Better Than Series Connections. Low-Dimensional Functional Materials. 179-204 (2013).
    10. Kim, J. Y., et al. Efficient tandem polymer solar cells fabricated by all-solution processing. Science. 317, (5835), 222-225 (2007).
    11. Kuznetsov, A. A. Physics of electron field emission by self-assembled carbon nanotube arrays. The University of Texas at Dallas. (2008).
    12. Kuznetzov, A. A., Lee, S. B., Zhang, M., Baughman, R. H., Zakhidov, A. A. Electron field emission from transparent multiwalled carbon nanotube sheets for inverted field emission displays. Carbon. 48, (1), 41-46 (2010).
    13. Zakhidov, A. A., Suh, D. -S., et al. Electrochemically Tuned Properties for Electrolyte-Free Carbon Nanotube Sheets. Advanced Functional Materials. 19, (14), 2266-2272 (2009).
    14. Cook, A., Yuen, J. D., Zakhidov, A. Ion-Reconfigurable photovoltaic cells, hybrid tandems and photodetectors with CNT ionic gate. US Patent Application. 61, (2012).
    15. Cook, A. B., Yuen, J. D., Zakhidov, A. Electrochemically gated organic photovoltaic with tunable carbon nanotube cathodes. Applied Physics Letters. 103, (16), (2013).
    16. Wadhwa, P., Liu, B., McCarthy, M. A., Wu, Z., Rinzler, A. G. Electronic Junction Control in a Nanotube-Semiconductor Schottky Junction Solar Cell. Nanoletters. 10, (12), 5001-5005 (2010).
    الطريقة المحيطة لإنتاج وIonically عن طريق بوابة الأنابيب الجزيئية الكربونية القطب السالب المشترك جنبا الى جنب في خلايا الشمسية العضوية
    Play Video
    PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

    Cite this Article

    Cook, A. B., Yuen, J. D., Micheli, J. W., Nasibulin, A. G., Zakhidov, A. Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells. J. Vis. Exp. (93), e52380, doi:10.3791/52380 (2014).More

    Cook, A. B., Yuen, J. D., Micheli, J. W., Nasibulin, A. G., Zakhidov, A. Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells. J. Vis. Exp. (93), e52380, doi:10.3791/52380 (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