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Engineering

Ambient Verfahren zur Herstellung eines ionisch Gated Carbon Nanotube Gemeinsame Kathode in Tandem Organische Solarzellen

doi: 10.3791/52380 Published: November 5, 2014

Introduction

Polymerhalbleitern sind die führenden organischen Photovoltaik (OPV) Materialien durch hohe Saugfähigkeit, gute Transporteigenschaften, Flexibilität und Kompatibilität mit temperaturempfindlichen Substraten. OPV Gerätestromumwandlungseffizienzen, η, haben sich in den vergangenen Jahren sprang, mit Einzelzellwirkungsgrade bis zu 9,1% ein, so dass sie zu einem immer lebensfähige Energietechnologie.

Trotz der Verbesserungen in η, die dünnen optimale aktive Schichtdicken der Geräte beschränken Lichtabsorption und behindern zuverlässige Fertigung. Zusätzlich wird die spektrale Breite der Lichtabsorption von jedem Polymer wird begrenzt im Vergleich zu anorganischen Materialien. Pairing Polymere unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit umgeht diese Schwierigkeiten, so dass Tandem-Architekturen 2 eine notwendige Innovation.

Serie Tandemvorrichtungen sind die häufigste Tandemarchitektur. In dieser Konstruktion kann eine Elektronentransport Material, eine optionale Metallic Rekombination Schicht und eine Lochtransportschicht verbinden zwei unabhängige photoaktiven Schichten genannt Unterzellen. Verknüpfen Unterzellen in einer Reihenkonfiguration erhöht die Leerlaufspannung des Kombinationsgerätes. Einige Gruppen haben Erfolg mit entartet dotierten Transportschichten 3 hatte - 5, aber mehr Gruppen Teilchen aus Gold oder Silber verwendet, um die Rekombination von Löchern und Elektronen in der Zwischenschicht 6,7 unterstützen.

Im Gegensatz dazu parallel Tandems erfordern ein hohes Leitfähigkeitselektrode, entweder Anode oder Kathode, die Verbindung der beiden aktiven Schichten. Die Zwischenschicht muss sehr transparent sein, was Serie Tandem Zwischenschichten metallische Partikel enthalten, begrenzt, und mehr noch für die parallelen Tandemzwischenschichten aus dünnen, kontinuierlichen Metallelektroden zusammensetzt. Carbon Nanotubes (CNT) Blätter zeigen höhere Transparenz als Metallschichten. Also der NanoTech Institute in Zusammenarbeit mit Shimane University, hat introduced das Konzept der Verwendung als Zwischenschicht-Elektrode in monolithischer, parallel Tandemvorrichtungen 8.

Frühere Bemühungen vorge monolithischen, parallel, Tandem OPV Geräte mit CNT Blätter, die als Zwischenschicht Anoden 8,9. Diese Verfahren erfordern besondere Sorgfalt, um ein Kurzschließen einer oder beiden Zellen oder schädlichen vorhergehenden Schichten zu vermeiden, wenn Abscheiden späteren Schichten. Die in diesem Papier beschriebene neue Verfahren erleichtert die Herstellung, indem die CNT-Elektrode auf der Oberseite des polymeren aktiven Schichten aus zwei Einzelzellen, und Laminieren der zwei Geräte miteinander, wie in Figur 1 gezeigt. Dieses Verfahren ist wie die Vorrichtung bemerkenswert, eine Luft -stable CNT Kathode, kann vollständig in den Umgebungsbedingungen Verwendung nur trocken und Lösungsverarbeitung hergestellt werden.

CNT Blätter sind nicht eigen gute Kathoden, wie sie erforderlich n-Dotierung, um die Arbeitsfunktion, um Elektronen aus der photoaktiven Bereich zu sammeln verringerneiner Solarzelle 10. Elektrischer Doppelschichtlade in einem Elektrolyten, wie beispielsweise einer ionischen Flüssigkeit ist, kann verwendet werden, um Verschiebung der Arbeitsfunktion der CNT-Elektroden 11 - 14.

Wie in einem vorhergehenden Papier 15 beschrieben und in Figur 2, wenn die Gatespannung (V Gate) ist erhöht dargestellt, wird die Arbeitsfunktion der CNT gemeinsamen Elektrode verringert, wodurch Elektroden Asymmetrie. Dies verhindert, dass Loch Sammlung aus der OPV die Spender zugunsten der Sammel Elektronen aus der OPV der Akzeptor und die Geräte einschalten, Wechsel von ineffizienten Fotowiderstand in Photodiode 15 Verhalten. Es sollte auch darauf hingewiesen, dass die Energie verwendet wird, um das Gerät und die Macht, Gate-Leckströme verloren wegen Ladung trivial im Vergleich zu der von der Solarzelle 15 erzeugten Strom werden. Ionic Gating von CNT-Elektroden hat eine große Wirkung auf die Austrittsarbeit aufgrund der geringen Dichte der Zustände und die hoheOberfläche zu Volumen-Verhältnis im CNT-Elektroden. Es wurden ähnliche Verfahren verwendet, um eine Schottky-Barriere an der Grenzfläche CNT mit n-Si 16 zu verbessern.

Protocol

1. Indium-Zinn-Oxid (ITO) Strukturieren und Reinigung

HINWEIS: Verwenden Sie 15Ω / □ ITO-Glas, und Kauf oder schneiden Sie die ITO-Glas in Größen passend zu Schleuderbeschichtung und Photolithographie. Es ist am effizientesten, Schritte auf einem Stück Glas möglichst groß auszuführen 1,1-1,7, und dann schneiden sie in kleinere Geräte. Beachten Sie auch, dass die Schritte 1,1-1,7 bedürfen der ITO-Glas mit der ITO-Seite nach oben ausgerichtet sein. Dies kann leicht mit Widerstandseinstellung eines Multimeter überprüft werden.

  1. Schleuderbeschichtungs 1 ml S1813 positive Photoresists auf der ITO-Seite des ITO-Glas mit einer Geschwindigkeit von 3.000 rpm für 1 min. Verwenden Sie mehr wider für größere Glasstücke, sicherzustellen, dass das gesamte Glas beschichtet und keine Luftblasen zu entfernen, bevor Sie den Spin-Coater.
  2. Annealing der Resist beschichtetes Glas, auf einer heißen Platte bei 115 ° C für 1 min.
  3. Legen Sie die Probe und die Photomaske auf die Kontaktausrichter.
  4. Setzen Sie das Fotolack beschichteten ITO-Glas für eine entsprefalls Zeit. Die Belichtungszeit beträgt etwa 10 sec, variieren aber diesmal auf der Basis der UV-Lampenintensität, Photoresist-Typ und Dicke.
  5. Entwickeln Sie die UV-belichteten Substrate in MF311-Entwickler. Ein Spin Prozessors automatisierten Prozess produziert die besten und wiederholbare Ergebnisse, aber die Entwicklung kann manuell erfolgen, wie gefolgt werden.
    1. Tauchen Sie die UV-belichteten Substrate für 1 min in den Entwickler, durch Spülen in deionisiertem (DI) Wasser und Trocknen mit Stickstoffpistole gefolgt. Da der Entwickler verliert Stärke schnell, tauschen Sie die Entwickler zwischen den Proben, oder alternativ erhöhen die Entwicklungszeit bei der Wiederverwendung Entwickler.
  6. Ätzen der ITO-Substrate in konzentrierter Salzsäure (HCl). Dies dauert zwischen 5-10 min, je nach der Konzentration des HCl. Spülen in DI-Wasser, trocken, und testen Sie die Widerstand der geätzten Abschnitte mit einem Multimeter. Wenn eine Leitfähigkeit bleibt, Etch für eine längere Zeit.
  7. Sobald das Ätzen abgeschlossen ist, entfernen Sie die photoresist mit Aceton. Beachten Sie, dass die schnelle Entfernen des Photolacks verhindert Rest HCl aus Over-Ätzen des gemusterten ITO.
  8. Bei Bedarf schneiden Sie die geätzte ITO Glassubstrate in Gerätegrößen.
  9. Reinigen der ITO-Substrate in einem Bad Ultraschallgerät in einer Sequenz von Lösungsmitteln - DI-Wasser, Aceton, Toluol, Methanol und schließlich Isopropylalkohol.

2. OPV Teilzellenherstellung

  1. Bereiten P3HT: PC 61 BM-Lösung.
    HINWEIS: Für die meisten konsistente Ergebnisse, bereiten Sie die Lösungen in einer Stickstoffumgebung. Es ist möglich, dieses Verfahren unter Umgebungsbedingungen zu folgen.
    1. Suchen und notieren Sie sich die Masse von zwei saubere, ~ 4 ml-Glasgefäß und die Mützen, und markieren Sie diese mit einem Permanent-Marker, um sie von anderen zu unterscheiden.
    2. In einer Stickstoff- oder Argon-Glovebox übertragen ungefähr 10 mg des Poly (3-hexylthiophen-2,5-diyl) (P3HT), um eine Ampulle und etwa 10 mg Phenyl-C 61 -buttersäuremethylester (PC 61 BM) in die andere.
    3. Wiegen Sie die Fläschchen erneut, um die Masse des P3HT und PC 61 BM finden.
    4. Übertragen Sie die Fläschchen mit P3HT und PC 61 BM in ein Handschuhfach für den Rest der Lösung Prozess.
    5. Fügen Sie einen magnetischen Rührstab in jedem Fläschchen und fügen Sie dann genug Chlorbenzol zu jeweils 45 mg / ml-Lösungen erstellen.
    6. Legen die Lösungen auf einem Magnetrührstab heißen Platte bei 55 ° C für ca. 2 h, oder bis die gelösten Stoffe vollständig gelöst haben.
    7. Mix gleichen Volumina des P3HT und PC 61 BM-Lösungen zusammen, und lassen Sie die Mischlösung rühren noch eine Stunde vor der Verwendung.
  2. Bereiten PTB7: PC 71 BM-Lösung.
    1. Wiederholen Sie die Schritte 2.1.1 bis 2.1.4 mit 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) und Phenyl-7,1-buttersäure-methylester (PC 71 BM) anstelle von P3HT und PC61 BM.
    2. Machen Sie eine Mischung von 3 Vol% 1,8-diiodooctane (DIO) in Chlorbenzol. Diese Mischung wird als DIO-CB.
    3. Fügen Sie einen magnetischen Rührstab in jedem Fläschchen und fügen Sie genug DIO-CB zum PTB7 Fläschchen, eine 12 mg / ml Lösung und genügend DIO-CB an den PC 71 BM Fläschchen, eine 40 mg / ml Lösung haben dann haben.
    4. Lassen diese Lösungen zu rühren auf einer heißen Platte bei 70 ° C für zwei Tage.
    5. Mischen der Lösungen in einem Gewichtsverhältnis von PTB7 zum PC 71 BM von 1 bis 1,5.
    6. Lassen Sie die gemischte Lösung eine weitere Stunde rühren bei 70 ° C vor der Verwendung.
  3. Filter Poly (3,4-ethylendioxythiophen): Poly (styrolsulfonat) (PEDOT: PSS) durch einen 0,45 & mgr; m Porengrße Nylonfilter. Hinweis: Dieses Verfahren nutzt P VP AI4083.
  4. Spin Coat Aktive Schichten.
    1. Zeigen gereinigt ITO-Substrate, ITO-Seite nach oben, in eine UV-Ozon-Reiniger für 5 min.
    2. Spin-coat 120 ul des gefilterten PEDOT: PSS auf UV-Ozon behandelt, gemusterte ITO Glassubstrats bei 3.000 rpm für 1 min. Dies sollte eine 30 nm dicke Schicht ergeben.
    3. Annealing der PEDOT: PSS beschichtete ITO Substrate für 5 min bei 180 ° C.
    4. Spin-Mantel 70 ul des gemischten P3HT: PC 61 BM-Lösung auf PEDOT: PSS beschichteten ITO-Substrate bei ca. 1.000 rpm für 1 min. Variieren Sie die Geschwindigkeit je nach Bedarf, um eine 200 nm dicke aktive Schicht abzuscheiden.
    5. Annealing des P3HT: PC 61 BM beschichteten Substrate bei 170 ° C für 5 min. Die Ergebnisse können auf die optimale Anlagerungstemperatur variieren.
    6. Spin-Mantel 70 ul des gemischten PTB7: PC 71 BM-Lösung auf PEDOT: PSS beschichteten ITO-Substrate bei ca. 700 rpm für 1 min. Variieren Sie die Geschwindigkeit je nach Bedarf, um eine 100 nm dicke aktive Schicht abzuscheiden.
    7. Laden Sie das PTB7: PC 71 BM beschichteten Substrate in ein Hochvakuum (<2 x 10 -6 Torr) Kammer, um die Rest DIO entfernen. Typischerweise lassen die Proben in der Kammer O / N.

3. Fabrizieren das Tandem Geräte

<ol>
  • Laminat CNT-Elektroden.
    1. Schneiden Sie die PTB7 und P3HT Substrate in die Hälfte auf ein Tandem-Gerät zu machen. Ein spezialisiertes ITO Muster würde diesen Schritt nicht erforderlich. Die ITO-Muster sollten mindestens zwei ITO-Elektroden parallel zu einem mm, die sich von einer Kante von der anderen weg.
    2. Vorbereitung der ersten PTB7 und P3HT beschichteten Substrate durch Abwischen entfernt Polymer und PEDOT von den Kanten des Glases, und setzen die ITO-Streifen, die als gemeinsame Elektrode verwendet wird, wie im ersten Teil von Abbildung 1 zu entnehmen.
    3. Laminieren der CNT gemeinsame Elektrode auf der Oberseite der PTB7 und P3HT Elektroden. Tragen Sie eine SWCNT Film, indem der CNT Seite des Filterpapier auf dem Gerät, mit leichtem Druck, und dann Ablösen des Filterpapier entfernt. Dies wird in der zweiten Platte von Fig. 1 gezeigt
    4. Verdichten der CNT-Elektrode auf der Oberfläche durch Aufbringen Methoxy-Nonafluorbutan (C 4 F 9 OCH 3) (HFE) und durch Beschichten des CNT mit einem kleinen amount der Flüssigkeit und dann lassen es trocknen.
    5. Wegzuwischen das Polymer und CNT auf der ITO und Glas, die die Gate-Elektrode erhalten wird, wie im dritten Teil der Abbildung 1 dargestellt. Beseitigen des Polymers aus dem Glas, um Gate-Leck mit einer Rasierklinge zu verhindern.
    6. Laminieren die CNT-Gate-Elektrode auf die gereinigte Fläche der PTB7 und P3HT beschichtete Substrate. Laminieren die MWCNT durch Ziehen von der Kante des MWCNT Wald mit einer Rasierklinge und lassen das Blatt frei stehen zwischen einigen Kapillaren. Übergeben Sie das Gerät durch die freistehende Blatt, um die CNT auf das Gerät zu laminieren. Die Gate-Elektrode ist 2-3 mal die Anzahl der Schichten so auf der gemeinsamen Elektrode angelegt.
    7. Verdichten der Gate-Elektrode mit HFE.
  • Eine kleine Tropfen (≈10 ul) der ionischen Flüssigkeit, N, N -Diethyl- N-Methyl-N - (2-methoxyethyl) ammonium-tetrafluoroborat, DEME-BF 4, auf der Oberseite der beiden Elektroden eines CNTder Substrate.
  • Legen Sie das Substrat ohne ionische Flüssigkeit auf der Oberseite des Substrats mit ionischen Flüssigkeit mit den gemeinsamen und Gate-Elektroden auf der jeweils anderen-. Dies wird in dem letzten Teil der Abbildung 1 dargestellt.
  • Legen Sie eine Fotomaske mit einer Maschenweite kleiner als der Elektrodengröße über dem aktiven Bereich. Verwenden Sie kleine Clips, um die Fotomaske in Position zu halten sowie um das Gerät während des Tests zusammen zu halten.
  • 4. Messen Sie den Geräte

    1. Bringen Sie das Gerät in den Mess Glovebox.
    2. Die elektrischen Anschlüsse.
      1. Schließen Sie das Tor Stromversorgung zwischen der gemeinsamen Elektrode und der Gate-Elektrode mit dem Gemeinsamen als Boden.
      2. Verbinden die beiden ITO-Anoden, Drähte, die zu einem Schalter, der die Auswahl entweder Anode oder beide Anoden erlaubt verbunden sind.
      3. Den Ausgang des Schalters mit dem Eingang des Source Measure Unit.
      4. Schließen Sie die Masse der Quellmessure Einheit mit der gemeinsamen Elektrode.
    3. Messen IV Eigenschaften des Geräts durch Wiederholung der folgenden Schritte für aufsteigend V Gate.
      1. Set V-Tor auf den nächsten Wert, ausgehend von V-Tor = 0 V bis V Tor = 2 V in Schritten von 0,25 V.
      2. Warten 5 min oder bis die Gate-Strom stabilisiert wird. Idealerweise sollte der Gate-Strom zu stabilisieren Umgebung 10s Nanoampere.
      3. Den Schalter auf beide Teilzellen.
      4. Öffnen Sie die Lampen Shutter.
      5. Führen Sie einen Spannungsdurchlauf auf der Source Measure Unit von -1 Volt bis 1 Volt bei etwa 100 Schritten oder mehr.
      6. Führen Sie einen Spannungsdurchlauf von 1 Volt bis -1 Volt.
      7. Schließen Sie die Lampen Shutter.
      8. Führen Sie die Spannungs Sweeps wieder.
      9. Stellen Sie den Schalter an der Vorderseite Unterzelle.
      10. Wiederholen Sie die Schritte 4.3.4 bis 4.3.8.
      11. Stellen Sie den Schalter auf der Rückseite Unterzelle.
      12. Wiederholen Sie die Schritte 4.3.4 bis 4.3.8.
    4. Berechnen Geräteparameter. <ol>
    5. Finden der Kurzschlussstrom (J SC) jeder Unterzelle an jeder V-Tor durch Auffinden der vom Gerät erzeugt wird, wenn die Spannung an der Unterzelle gleich 0 V.
    6. Finden die Leerlaufspannung (V OC) jeder Unterzelle an jeder V-Tor durch Finden des von der Vorrichtung erzeugten Spannung, wenn der Strom durch die Unterzelle ist 0 A.
    7. Finden der maximalen Leistungsabgabe der Solarzelle durch Multiplizieren jeder Spannungswert bei jedem Stromwert und Auswählen der maximalen (negativsten) Wert ist. Dies setzt voraus, dass man misst lichterzeugten Strom als negativer Strom.
    8. Finden Sie die Energieumwandlungseffizienz (η), indem die maximale Leistung durch die Eingangslichtleistung.
    9. Finden Sie die Füllfaktor (FF), indem die maximale Leistung durch das Produkt von J SC und V OC.

    Representative Results

    Ein Tandem-Gerät aus unterschiedlichen Polymeren, insbesondere Polymere von signifikant unterschiedlichen Bandlücken, gebildet ist von praktischem Interesse, da diese Geräte können die größten Spektralbereich des Lichts absorbieren. In dieser Vorrichtungsstruktur, die PTB7 Unterzelle ist die Zelle zurück und P3HT ist die Frontunterzelle. Dies ist beabsichtigt, um die größte Menge an Licht zu absorbieren, das P3HT Unterzelle weitgehend transparent für die von der PTB7 Unterzelle absorbiert Licht mit längerer Wellenlänge ist. Aus Gründen der Klarheit der Solarzellenparameter, V OC, J SC, FF und η wird mit einem hochgestellten T, F oder B, wenn auf die Tandem, vorne oder hinten Zelle jeweils eingerichtet werden. Tabelle 1 zeigt diese Abkürzungen .

    Eine Auswahl von Stromspannungskurven für die Vorrichtung sind in Figur 3 dargestellt und in Figur 4 entnommen Solarzellenparameter. Es wird beobachtet, daß die Unterzelle PTB7(Rückseite) eingeschaltet zu einem viel niedrigeren V-Tor als das P3HT Unterzelle (vorne). Figur 4 zeigt, dass die PTB7 Zelle einzuschalten beginnt am V-Tor = 0,5 V und V Gate-Peaks bei etwa = 1,5 V. Der vordere Unter -Zelle zeigt Anzeichen Einschalten der Umgebung V-Tor = 1,0 V, aber nicht vollständig auf EIN unterhalb V gate = 2,0 V V T OC und FF T simulieren das Verhalten verschlechtert Unterzellen, etwas höher ist als der vordere Teil -Zell für V-Tor <2,0 V und etwas höher als der Rückzelle für Gate-V> 2,0 V. J T SC ist weit weniger als die Summe der J F SC und SC J B für V-Tor <1,5 V, nach welchem ​​Punkt das Stromaddition ist ziemlich gut. η T kleiner als der größere der η F oder η B für alle V-Tor, außer bei 1,5 V.

    Die Armen neben der aktuellen und efficiency für niedrige V-Tor zu sein scheint, durch den vorderen Unterzelle, die als eine Nebenschluß in seinem AUS-Zustand. Dies wird von den hochlineare Kurven der vorderen Zelle und der Tandem bei V = 1,5 V Gatter in Figur 3 zu sehen. Umgekehrt, nachdem die PTB7 zurück Zelle abgebaut (bei ​​V-Tor = 2,25 V), es immer noch eine Diodeneigenschaften beibehält , wie durch die Kurve in Figur 3 gezeigt, und somit nicht als Shunt wirken. Dies führt neben der J SC, aber V T OC, FF-T und η T sind aufgrund der niedrigen V B OC reduziert. Während der Prozess zieht Robustheit aus seiner Einfachheit es Variationen aufgrund der manuellen Verarbeitung und von Charge zu Charge Schwankungen in der Material. Dies kann in Schichten wiederum auf Spannung von ± 0,25 V und Spitzenwirkungsgrad von ± 0,5% führen. Diese Variante kann mit einem automatisierten Prozess verringert werden.

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    Abbildung 1. Tandem-Gerät Design-Prozess. Die Herstellung und Laminierung Prozess beim Aufbau der ionisch-gesteuerten Tandem OPV, mit Pfeilen zeigt die Abfolge verwendet. Ein Diagramm des endgültigen Gerätestruktur wird in der linken unteren Ecke angezeigt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

    Figur 2
    Abbildung 2. Tandem Vorrichtung Band und elektrisches Diagramm. Die ungefähre Banddiagramm der Tandemvorrichtung wird der neben dem elektrischen Schaltbild der Vorrichtung dargestellt. Die schattierten Bereiche mit Pfeilen auf den CNT-Elektroden zeigen die Verschiebung der Arbeitsfunktion. Die durchgezogenen Linien und Schaltungselemente unten zeigen die elektrischen Anschlüsse.jove.com/files/ftp_upload/52380/52380fig1large.jpg "target =" _ blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

    Figur 3
    Figur 3. Ausgewählte IV Kurven. IV-Kurven für einen V-Tor (1,5 V), in welcher der Rücken (PTB7) Zelle zeigt seine beste Leistung und eine höhere Gate-V (2,25 V), in welcher der vordere (P3HT) Zelle zeigt seine beste Leistung . 'T' und Kreise bezeichnen die Tandem-Kurve, 'F' und Plätze der vorne und 'B' und Dreiecke den Rücken.

    Figur 4
    Abbildung 4. Geräteparameter. Solarzellenparameter von IV-Messungen von V-Tor extrahiert = 0,5 V bis V Tor = 2.25 V. "T" und schwarze Quadratebezeichnen die Tandem-Kurve, 'F' und blauen Dreiecken die vorne und 'B' und rote Kreise der Rückseite. Die gestrichelten Linien zeigen Ergebnisse für absteigend Spannungen Sweeps des OPV Gerät, während die durchgezogenen Linien zeigen die aufsteigenden Ergebnisse.

    OPV Parameter Sub-Zelle gemessen
    Tandem Front Zurück
    V OC V T OC V F OC V B OC
    J SC J T SC J F SC J B SC
    FF FF T FF F FF B
    η η T η F η B

    Tabelle 1. Parameter Abkürzungen. Zusammengefasst Solarzellenparameter Abkürzungen. Hoch-, T, F und B bezeichnen Tandem, vorne und hinten jeweils.

    Discussion

    Die Ergebnisse unterstreichen einige Überlegungen bei der Gestaltung parallel Tandemsolarzellen. Insbesondere, wenn eine der Unterzellen schlecht funktioniert, tandem Leistung negativ beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen, dass es zwei Haupteffekte. Wenn ein Unterzelle kurzgeschlossen ist, zB zeigt ohmsches Verhalten, das FF-T wird nicht höher als die FF des schlechten Unterzelle. J T SC und V T OC wird in ähnlicher Weise betroffen sein. Dies ist der Fall, wenn V Gate ist gering und die P3HT-Unterzelle nicht eingeschaltet.

    Umgekehrt, wenn ein Sub-Zelle hat eine gute Diode Eigenschaften, aber niedrige V OC oder J SC, dann J T SC ist fast die Summe von J F SC und J B SC. Jedoch, wenn es eine große Differenz zwischen jeder Unterzelle V OC, dann V T OC ist nahezu äquivalent zu der geringeren V OC. Diese Leistung wird wh nachgewiesenen V Gate ist hoch und die PTB7 Zelle ausgeschaltet. Der η T kann in dem Fall etwas höher, aber immer noch wahrscheinlich weniger als die der besseren Unterzelle allein.

    Der Rücken-Unterzellen Einschalten früher als das vordere Unterzelle war unerwartet, da die Unterzellen teilen Gate und gemeinsamen Elektroden. Die Austrittsarbeit der Kathode und somit der Grad der Asymmetrie zwischen den Elektroden ITO und Kathode identisch sein. Ferner die Rückteilzelle einen höheren V OC als der vordere Teilzelle und sollte größer Elektrode Asymmetrie bezüglich erfordern Funktion als der vordere Teilzelle und damit eine größere V-Tor arbeiten vor dem Einschalten.

    Angesichts der niedrigeren HOMO-Niveau des PTB7 Polymers ist es möglich, daß die Unterdrückung der Lochinjektions / Extraktions tritt schneller in PTB7 und somit die Vorrichtung schaltet bei einer niedrigeren V Gate. Andere Effekte zu berücksichtigen sind die Tatsache, dass PTB7 ist einCopolymer, das ein Polymer aus alternierenden Donator- und Akzeptor-Einheiten zusammengesetzt ist. Dies könnte einen Einfluss auf die Schnitt Dipole zwischen dem Polymer und dem CNT gemeinsamen Elektrode erzeugt.

    Die in diesem Text beschriebenen Methode gilt für die Anwendungen, die auf die folgenden Einschränkungen einhalten. Die halbleitenden aktiven Materials darf nicht löslich oder negativ von den ionischen Materialien betroffen sein. Im Fall von lichtemittierenden oder photovoltaischen Vorrichtungen sollten die Anode und die halbleitenden Schichten nicht opaken in den gleichen Spektralbereichen sein. Angesichts dieser Beschränkungen ist es möglich, diese Techniken auf organische Leuchtdioden, organischen Feldeffekttransistoren, und ähnliche anorganische Geräte.

    Abschließend wird ein parallel Tandemvorrichtungsherstellungsverfahren, das Vorteile gegenüber herkömmlichen Verarbeitungsverfahren beschrieben, besitzt. Das Verfahren benötigt keine Vakuumverarbeitung ist skalierbar, kann bei Umgebungsbedingungen durchgeführt werden,und jede aktive Schicht in einer optimalen Art und Weise hergestellt, wodurch die Häufigkeit von Kurzschlüssen und vereinfacht die Verarbeitung. Hauptmerkmale sind im Betrieb parallel OPV Tandems identifiziert. Während die Gesamtwirkungsgrade etwas niedrig sind, können weitere Verbesserungen durch die Optimierung photoaktiven Schichten und CNT-Elektroden durchgeführt werden. Darüber hinaus, wenn Sub-Zelle einge gleichzeitig würde ein η T über 3% beobachtet werden.

    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

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    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).

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