Login processing...

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

Engineering

שיטת אמביינט לייצור ionically המגודר פחמן Nanotube הנפוץ קטודה בתאים סולריים האורגנית טנדם

doi: 10.3791/52380 Published: November 5, 2014

Introduction

מוליכים למחצה פולימרים הם פוטו האורגני חומרים (OPV) המובילים עקב גבוהות ספיגות, מאפייני תחבורה טובים, גמישות, ותאימות עם מצעים רגישים לטמפרטורה. יעילות המרת כוח OPV מכשיר, η, קפצה באופן משמעותי בשנים האחרונות, עם יעילות תא בודדת גבוהה ככל 9.1% 1, מה שהופך אותם בטכנולוגית אנרגיה בת-קיימא יותר ויותר.

למרות השיפורים בη, עוביים הדקים אופטימליים הפעילים השכבה של המכשירים להגביל קליטת אור ולעכב ייצור אמין. בנוסף, רוחב הספקטרום של אור קליטה של ​​כל פולימר מוגבל בהשוואה לחומרים אי-אורגניים. פולימרים זיווג של שונה רגישות ספקטרלית עוקף את הקשיים הללו, מה שהופך את ארכיטקטורות טנדם 2 חדשנות הכרחית.

מכשירי טנדם הסדרה הם הארכיטקטורה בד בבד הנפוצה ביותר. בעיצוב זה, materi העברת אלקטרוניםאל, שכבת רקומבינציה מתכתית אופציונלית, ושכבת תעבורת חור לחבר את שתי שכבות photoactive עצמאיות שנקראו תת-תאים. קישור תת-תאים בתצורת סדרה מגדיל את מתח המעגל הפתוח של מכשיר שילוב. חלק מהקבוצות היו הצלחה עם שכבות תחבורה מסוממת degenerately 3 - 5, אבל יותר קבוצות השתמשו בחלקיקים של זהב או כסף כדי לסייע רקומבינציה של חורים ואלקטרונים בinterlayer 6,7.

בניגוד לכך, בשורה העורפית במקביל דורשת אלקטרודה מוליכות גבוהות, או האנודה או קתודה, שהצטרפה שתי שכבות פעילה. Interlayer חייב להיות שקוף מאוד, אשר מגביל interlayers טנדם סדרה המכיל חלקיקי מתכת, ועוד יותר מכך לinterlayers טנדם המקביל מורכב מאלקטרודות מתכת דקות, רציפות. צינורות פחמן גיליונות (CNT) להראות שקיפות גבוהה יותר משכבות מתכת. אז מכון ננוטק, בשיתוף עם האוניברסיטה שימאנה, יש introduced את הרעיון של שימוש כמו האלקטרודה interlayer במכשירי מונוליטי, מקבילים מקביל 8.

מאמצים קודמים בהשתתפות מכשירי מונוליטי, מקבילים, OPV בד בבד עם גיליונות CNT מתפקדים כאנודות interlayer 8,9. שיטות אלו דורשות טיפול מיוחד כדי למנוע shorting של תא אחד או שניהם או שכבות שקדמו מזיקות בעת הפקדת שכבות מאוחרות יותר. השיטה החדשה שתוארה במאמר זה מקלה על ייצור על ידי הצבת אלקטרודה CNT על גבי השכבות הפעילים פולימריים של שני תאים בודדים, ולאחר מכן למינציה שני המכשירים נפרדים יחד כפי שמוצג באיור 1. שיטה זו ראויה לציון כמכשיר, כולל מיזוג קתודת CNT -stable, יכולה להיות מפוברקת לחלוטין בתנאי סביבה המעסיקה רק עיבוד יבש ופתרון.

גיליונות CNT אינם קתודות טובות מיסודם, כפי שהם דורשים סימום מסוג n כדי להקטין את פונקצית העבודה כדי לאסוף את אלקטרונים מאזור photoactiveשל תאים סולריים 10. שכבה כפולה חשמלית לחייב באלקטרוליט, כגון נוזל יוני, יכולה לשמש כדי להעביר את פונקצית העבודה של CNT אלקטרודות 11-14.

כפי שתואר במאמר הקודם 15 ומתוארים באיור 2, כאשר מתח השער (V השער) הוא עולה, פונקצית העבודה של האלקטרודה הנפוצה CNT הוא ירד, יצירת הסימטריה אלקטרודה. זה מונע אוסף חור מהתורם של OPV לטובת איסוף אלקטרונים מacceptor של OPV, וההתקנים מפעילים את, משתנים מפוטורזיסטור יעיל לפוטודיודה 15 התנהגות. כמו כן יש לציין כי האנרגיה המשמשת להטענת המכשיר והכוח איבד בשל זרמי זליגת שער בהשוואה של מה בכך לכח שנוצר על ידי התא הסולרי 15. gating היוני של אלקטרודות CNT יש השפעה גדולה על תפקוד העבודה בשל הצפיפות הנמוכה של מדינות וגבוהותשטח פן יחס נפח באלקטרודות CNT. שיטות דומות שימשו כדי לשפר את המחסום שוטקי על הממשק של ה- CNT עם n-Si 16.

Protocol

1. אינדיום טין אוקסיד (איטו) דפוסים וניקוי

הערה: זכוכית איטו / □ שימוש 15Ω, ורכישה או לחתוך את זכוכית איטו בגדלים מתאימים לציפוי ספין וphotolithography. זה יעיל ביותר כדי לבצע שלבים 1.1-1.7 על חתיכת הזכוכית גדולה ככל האפשר, ולאחר מכן לחתוך אותו למכשירים קטנים יותר. כמו כן שימו לב שעל שלבים 1.1-1.7 דורשים זכוכית איטו להיות מכוון עם איטו בצד עד. זה ניתן לבדוק בקלות עם הגדרת ההתנגדות של מודד.

  1. מיליליטר מעיל ספין 1 של photoresist החיובי S1813 על איטו בצד של זכוכית איטו בשיעור של 3,000 סל"ד דקות 1. השתמש יותר להתנגד לחתיכות גדולות של זכוכית, לוודא את כל הזכוכית מצופה, והסר את כל בועות לפני שמתחיל coater הספין.
  2. לחשל להתנגד זכוכית מצופה, על פלטה חשמלית, ב 115 מעלות צלזיוס במשך דקות 1.
  3. טען את המדגם וphotomask על aligner הקשר.
  4. לחשוף את זכוכית איטו photoresist מצופה לapproזמן priate. זמן החשיפה הוא כ -10 שניות, אבל להשתנות הפעם מבוסס על עוצמת מנורת UV, סוג photoresist, ועובי.
  5. לפתח את מצעים חשופים UV במפתח MF311. התהליך של מעבד ספין האוטומטי מייצר את התוצאות הטובות ביותר לשחזור ביותר, אבל פיתוח יכול להיעשות באופן ידני וכאחרי.
    1. להטביע את מצעים חשופים UV למשך דקה 1 במפתח, ואחריו שטיפה במים ללא יונים (DI) וייבוש עם אקדח חנקן. מכיוון שהמפתח מאבד את הכוח במהירות, להחליף את המפתח בין דגימות, או להגדיל לחלופין זמן פיתוח, כאשר שימוש חוזר מפתח.
  6. לחרוט מצעי איטו בחומצה מרוכזת הידרוכלורית (HCl). זה לוקח בין 5-10 דקות בהתאם לריכוז של HCl. יש לשטוף במי DI, יבשים, ולבדוק את ההתנגדות של החלקים חרוטים עם מודד. אם כל מוליכות נשארה, לחרוט לזמן ארוך יותר.
  7. ברגע שהתחריט הוא מלא, להסיר את photoresist עם אצטון. שים לב שההסרה המיידית של photoresist מונעת HCl שייר מהתחריט-על איטו בדוגמת.
  8. במידת הצורך, לחתוך את מצעי זכוכית איטו חרוטים בגדלי מכשיר.
  9. נקה את מצעי איטו בultrasonicator אמבטיה ברצף של ממסים - מים DI, אצטון, טולואן, מתנול, ולבסוף איזופרופיל אלכוהול.

ייצור תת-תא 2. OPV

  1. הכן P3HT: מחשב 61 פתרון BM.
    הערה: לקבלת התוצאות העקבית ביותר, להכין את הפתרונות בסביבת חנקן. אפשר לעקוב אחר הליך זה בתנאי סביבה.
    1. מצא ורשום את המסה של שני, ~ 4 בקבוקון זכוכית מיליליטר נקי והכובעים שלהם, ולסמן אותם עם סמן קבוע כדי להבדילם מאחר.
    2. בתא כפפות חנקן או ארגון, להעביר כ -10 מ"ג של פולי (3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) לבקבוקון אחד וכ -10 מ"ג של 61 התיל אסטר חומצת -butyric פניל-C (PC 61 BM) לשנייה.
    3. לשקול את הבקבוקונים שוב כדי למצוא את המסה של P3HT והמחשב 61 BM.
    4. העבר את הצלוחיות עם P3HT ומחשב 61 BM לתא כפפות לשאר תהליך פתרון קבלת.
    5. הוסף סרגל מערבבים מגנטי לכל בקבוקון ולאחר מכן להוסיף מספיק chlorobenzene לכל ליצור מ"ג / מיליליטר פתרונות 45.
    6. הנח את הפתרונות על פלטה חשמלית ערבוב מגנטית על 55 מעלות צלזיוס למשך כ 2 שעות או עד שהמומסים שנמסו לגמרי.
    7. לערבב כמויות שווה של P3HT ומחשב 61 ביחד BM פתרונות, ולתת מערבבים פתרון המשולבים לעוד שעה לפני השימוש.
  2. הכן PTB7: מחשב 71 פתרון BM.
    1. חזור על השלבים 2.1.1 ל2.1.4 עם 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) ופניל-7,1-butyric תיל אסטר חומצה (PC 71 BM) במקום P3HT ומחשב61 BM.
    2. הפוך תערובת של 3% בנפח 1,8-diiodooctane (DIO) בchlorobenzene. תערובת זו נקראת DIO-CB.
    3. הוסף סרגל מערבבים מגנטי לכל בקבוקון ולאחר מכן להוסיף DIO-CB מספיק כדי בקבוקון PTB7 יש מ"ג 12 / מיליליטר פתרון וDIO-CB מספיק כדי בקבוקון BM מחשב 71 יש פתרון 40 מ"ג / מיליליטר.
    4. בואו פתרונות אלה לעורר על פלטה חשמלית ב 70 מעלות צלזיוס במשך יומיים.
    5. מערבבים את הפתרונות ביחס משקל של PTB7 למחשב 71 BM של 1 עד 1.5.
    6. בואו מערבבים הפתרון המשולבים לעוד שעה על 70 מעלות צלזיוס לפני השימוש.
  3. פולי מסנן (3,4-ethylenedioxythiophene): רַב (styrenesulfonate) (PEDOT: PSS) דרך מסנן ניילון גודל 0.45 מיקרומטר נקבובית. הערה הליך זה משתמש בP סמנכ"ל AI4083.
  4. שכבות פעילים מעיל ספין.
    1. הניחו מצעי איטו ניקו, איטו כלפי מעלה, למנקת UV-אוזון במשך 5 דקות.
    2. ספין-מעיל 120 μl של PEDOT המסונן: PSS על UV-אוזון טופל, דוגמת מצע זכוכית ITO-של בסל"ד 3000 דקות 1. זה אמור להניב שכבה עבה ננומטר 30.
    3. לחשל PEDOT: מצעי איטו PSS מצופים 5 דקות בחום של 180 מעלות.
    4. ספין-מעיל 70 μl של P3HT המעורב: מחשב 61 BM פתרון על PEDOT: איטו PSS המצופה מצעים בכ -1,000 סל"ד דקות 1. להשתנות השיעור לפי צורך להפקיד רובד פעיל עבה ננומטר 200.
    5. לחשל P3HT: מצעי מחשב 61 BM מצופה ב 170 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות. התוצאות עשויות להשתנות על חישול בטמפרטורה אופטימלית.
    6. ספין-מעיל 70 μl של PTB7 המעורב: מחשב 71 BM פתרון על PEDOT: איטו PSS המצופה מצעים בכ -700 סל"ד דקות 1. להשתנות השיעור לפי צורך להפקיד רובד פעיל עבה ננומטר 100.
    7. טענת את PTB7: PC קאמרי 71 מצעים BM מצופים לואקום גבוה (<2 x 10 -6 Torr) כדי להסיר את DIO השייר. בדרך כלל, לעזוב את הדגימות בN / התא O.

3. לפברק התקני טנדם

<ol>
  • אלקטרודות רבד CNT.
    1. חותך את מצעי PTB7 וP3HT במחצית הפיכת התקן לטנדם. דפוס איטו מיוחד לא היה דורש את הצעד הזה. דפוס איטו צריך לפחות שני איטו המקביל אלקטרודות המשתרע מקצה אחד למ"מ אחד מהשני.
    2. ראשית להכין PTB7 ומצעי P3HT המצופה על ידי מנגב את הפולימר וPEDOT מקצות הזכוכית, ולחשוף את רצועת איטו אשר תשמש כאלקטרודה הנפוצה כפי שניתן לראות בלוח הראשון של איור 1.
    3. רבד האלקטרודה הנפוצה CNT על גבי אלקטרודות PTB7 וP3HT. החל סרט SWCNT על ידי הנחת צד CNT של נייר הסינון במכשיר, לחיצה בעדינות, ולאחר מכן מקלף את נייר סינון משם. זו מוצגת בלוח השני של איור 1.
    4. Densify אלקטרודה CNT על פני השטח על ידי יישום methoxy-nonafluorobutane (C 4 F 9 och 3) (HFE) ועל ידי ציפוי CNT עם amou קטןNT של הנוזלים ולאחר מכן לתת לה להתייבש.
    5. למחות את הפולימר וCNT על גבי איטו וזכוכית אשר תהיה אלקטרודה השער כפי שמוצג בלוח השלישי של איור 1. הסר את כל הפולימר מהזכוכית כדי למנוע זליגת שער בסכין גילוח.
    6. רבד אלקטרודה שער CNT על האזור הנקי במצעים PTB7 וP3HT המצופים. רבד MWCNT על ידי משיכת מקצה יער MWCNT בסכין גילוח ולתת הגיליון לעמוד בחופשיות בין כמה צינורות נימים. להעביר את המכשיר דרך הגיליון בודד לרקע CNT על המכשיר. אלקטרודה השער צריכה להיות 2-3 פעמים מספר השכבות כפי שנקבע על האלקטרודה הנפוצה.
    7. Densify אלקטרודה השער עם HFE.
  • מקום טיפה קטנה (≈10 μl) של נוזל יוני, N, N -Diethyl- N -methyl- N - (2-methoxyethyl) tetrafluoroborate אמוניום, Deme-BF 4, על גבי שתי אלקטרודות CNT של אחדשל מצעים.
  • בזהירות להניח את המצע ללא נוזל יוני על גבי המצע עם נוזל יוני עם אלקטרודות משותפות ושער זה על גבי זה-אחר. זו מוצגת בפנל האחרון של איור 1.
  • הנח photomask עם גודל צמצם קטן יותר מגודל האלקטרודה על האזור הפעיל. השתמש בקטעים קטנים כדי להחזיק את photomask במקום, כמו גם להחזיק את המכשיר יחד במהלך בדיקה.
  • 4. למדוד את המכשיר

    1. העבר את המכשיר לתא כפפות המדידה.
    2. לעשות את החיבורים החשמליים.
      1. חבר את כוח שער האספקה ​​בין האלקטרודה הנפוצה ואלקטרודה השער עם משותף כקרקע.
      2. חיבור שני אנודות איטו לחוטים שמחוברים למתג המאפשר בחירה של אחד האנודה או שניהם אנודות.
      3. חבר את היציאה של המתג לקלט של יחידת מידת המקור.
      4. חבר את הקרקע של שקילת משקל הג המקוריחידת יור לאלקטרודה הנפוצה.
    3. למדוד מאפייני IV של המכשיר על ידי חזרה על השלבים לעולים V השער הבאים.
      1. הגדר V שער לערך הבא, החל מV שער = 0 V לV שער = 2 V במרווחים של 0.25 V.
      2. חכה 5 דקות או עד נוכחי השער הוא התייצב. באופן אידיאלי, נוכחי השער צריך לייצב סביב 10s של nanoamperes.
      3. העבר את המתג לשני תת-תאים.
      4. לפתוח את תריס המנורה.
      5. הפעל לטאטא מתח על יחידת מידת המקור מוולט -1 ל+1 וולט בכ -100 מרווחים או יותר.
      6. הפעל לטאטא מתח מ+1 וולט ל -1 וולט.
      7. סגור את תריס המנורה.
      8. הפעל את מטאטא המתח שוב.
      9. העבר את המתג למשנה התא הקדמי.
      10. חזור על השלבים 4.3.4 ל4.3.8.
      11. העבר את המתג למשנה התא האחורי.
      12. חזור על השלבים 4.3.4 ל4.3.8.
    4. חישוב פרמטרים מכשיר. <ol>
    5. מצא מזרם הקצר (J SC) של כל תת-תא בכל V שער על ידי מציאת הנוכחית המיוצר על ידי המכשיר בעת המתח על פני תת-התא הוא 0 V.
    6. מצא את מתח המעגל הפתוח (OC V) של כל תת-תא בכל V שער על ידי מציאת המתח המיוצר על ידי המכשיר בעת הנוכחי דרך תת-התא הוא 0 א
    7. מצא את כוח התפוקה מקסימלית מהתא הסולרי על ידי הכפלת כל ערך מתח עם כל ערך נוכחי ובחירת הערך המרבי (השלילי ביותר). זאת בהנחה שאחד מודד זרם שלילי כשוטפת-תמונה שנוצרה.
    8. מצא את יעילות המרת הכח (η) על ידי חלוקת הכח המרבי על ידי כוח קלט האור.
    9. מצא את גורם המילוי (FF) על ידי חלוקת הכח המרבי על ידי המוצר של SC J וOC V.

    Representative Results

    מכשיר בד בבד נוצר מפולימרים שונים, פולימרים במיוחד של פערי להקה שונים באופן משמעותי, הוא עניין מעשי כמו התקנים אלה יכולים לספוג את טווח הספקטרום הגדול של אור. במבנה התקן זה, תת-תא PTB7 הוא חזרה התא וP3HT הוא תת-התא הקדמי. זה נועד לקלוט את הכמות הגדולה ביותר של אור כמשנת תא P3HT הוא במידה רבה שקוף לאור באורך הגל הארוך יותר נספג על ידי תת-תא PTB7. למען בהירות, הפרמטרים תאים הסולריים, OC V, SC J, FF, וη יהיה מקושט עם כתב עילי T, F, או B, כאשר הם מתייחסים לטנדם, קדמי או אחורי תא בהתאמה. טבלת 1 מציגה קיצורים אלה .

    בחירה של עקומות מתח הנוכחיות למכשיר מתואר באיור 3, והוציאה פרמטרים תאים סולריים באיור 4. הוא ציין כי משנה תא PTB7(חזרה) מופעל בV שער נמוך בהרבה מזו של תת-תא P3HT (הקדמית). איור 4 מראה כי תא PTB7 מתחיל להפעיל בV שער = 0.5 V ופסגות סביב V שער = 1.5 V. תת הקדמיים -cell מראה סימנים של הדלקת סביב V שער = 1.0 V, אבל לא נדלק באופן מלא מתחת V שער = OC 2.0 V. V T וFF T לחקות את התנהגותם של התאים תת גרועים, להיות גבוהה במעט מזו של תת הקדמית -cell לV שער <2.0 V וגבוה במעט מהתא האחורי לV השער> 2.0 V. J T SC הוא הרבה פחות מהסכום של SC J F ו- J B SC עבור V שער <1.5 V, לאחר שיצביעו בנוסף נוכחי הוא די טוב. η T הוא פחות מ יותר של B F או η η לכל V השער חוץ ב1.5 V.

    בנוסף העניים של נוכחי וefficiency לנמוך V שער כנראה, על רקע למשחק תת-תא הקדמי כמחלף במצבו כבוי. הדבר בא לידי הביטוי מהעקומות ליניארי מאוד של התא הקדמי והבד בבד בV השער = 1.5 V באיור 3. לעומת זאת, לאחר PTB7 גב תא יש מושפל, (בV שער = 2.25 V), זה עדיין שומר על מאפייני דיודה , כפי שמוצג על ידי העקומה באיור 3, ובכך אינו משמש כמחלף. התוצאה היא תוספת של SC J, אבל OC V T, T FF וη T מופחת בשל V B OC הנמוך. בעוד התהליך שואב חוסן מהפשטות שלו, יש וריאציות בשל העיבוד הידני ווריאציות אצווה לתצווה בחומרים. זה יכול לגרום לשינויים בתורו על מתח של ± 0.25 V ושיא יעילות ב- ± 0.5%. וריאציה זו יכולה להיות ירידה בתהליך אוטומטי יותר.

    LT = "איור 1" src = "/ קבצים / ftp_upload / 52,380 / 52380fig1highres.jpg" />
    איור 1. תהליך עיצוב מכשיר טנדם. תהליך הייצור ולמינציה ששמש לבניית OPV טנדם ionically מגודרת, עם חצים המתארים את הרצף. תרשים מבנה המכשיר הסופי מוצג בפינה השמאלית התחתונה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

    איור 2
    איור 2. להקת מכשיר טנדם ותרשים חשמלי. תרשים הלהקה המשוער של המכשיר בד בבד מוצג יחד בצד התרשים החשמלי של המכשיר. האזורים המוצלים עם חצים על האלקטרודות CNT להראות השינוי בעבודת פונקציה. הקווים מוצקים ורכיבי המעגל להלן מציגים את חיבורי החשמל."Target =" jove.com/files/ftp_upload/52380/52380fig1large.jpg _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

    איור 3
    איור 3. נבחרים עקומות IV. IV עקומות לשער V (1.5 V) שבחלקו האחורי (PTB7) תא מראה הביצועים הטובים ביותר שלה וV שער גבוה יותר (2.25 V) שבו הקדמי (P3HT) תא מראה הביצועים הטובים ביותר שלה . 'T' וחוגים לציין את העקומה בד בבד, 'F' וריבועי החזית, ו'ב 'ומשולשות בגב.

    איור 4
    איור 4. פרמטרים התקן. פרמטרים שמש תא מופקים ממדידות IV מV שער = 0.5 V לV שער = 2.25 ריבועים 'T' V. והשחורנסמן את העקומה בד בבד, 'F' ומשולשים כחולים בחזית, ו'ב 'ועיגולים אדומים בגב. הקווים מקווקווים להראות תוצאות ליורדים מטאטא מתח של מכשיר OPV ואילו הקווים מוצקים יציגו את התוצאות עולה.

    OPV פרמטר תת-תאים נמדדו
    טנדם מול חזור
    V OC V T OC V F OC V B OC
    SC J J T SC J F SC J B SC
    FF FF T FF F FF B
    η η T η F η B

    1. קיצורים פרמטר. קיצורים שולחן תמציתי שמש פרמטר תא. Superscripts, T, F, ו- B מציינים בד בבד, קדמי ואחורי בהתאמה.

    Discussion

    התוצאות מדגישות כמה שיקולים בעת תכנון תאים סולריים טנדם המקביל. יש לציין, אם אחד ממשנה התאים מציג ביצועים גרועים, ביצועים מקביל בהושפעו לרעה. התוצאות מראות שיש שתי השפעות עיקריות. אם תת-תא אחד הוא לקצר, למשל, מציג התנהגות ohmic, T FF לא יהיה גבוה יותר מאשר FF של תת-התא הרע. J T SC וOC V T יהיה מושפע באופן דומה. זהו המקרה כאשר V השער נמוך ותת-תא P3HT לא דולק.

    לעומת זאת, אם יש תת-תא אחד תכונות טובות דיודה, אבל OC V הנמוך או SC J, אז J T SC הוא כמעט הסכום של SC J F ו- J B SC. עם זאת, אם יש הבדל גדול בין כל OC V תת-תא, אז V T OC הוא כמעט שווה ערך לOC V פחותים. ביצועים זה הוכיח ש"שen V השער גבוה ותא PTB7 ייכבה. T η יכול להיות קצת גבוה יותר במקרה, אבל עדיין צפויה להיות פחות מזה של תת-התא טוב יותר לבד.

    תת-התא האחורי הפעלה מוקדם יותר מאשר תת-התא הקדמי היה בלתי צפוי כמו תת-התאים לשתף אלקטרודות שער ונפוצים. פונקצית העבודה של הקתודה שלהם, ולכן המידה של א-סימטריה בין האלקטרודה איטו והקתודה, צריכה להיות זהות. יתר על כן, תת-התא האחורי תערוכות OC V גבוה יותר מאשר תת-התא הקדמי וצריך לדרוש סימטריה אלקטרודה גדולה יותר ביחס לעבודה פונקציה מזו של תת-תא הקדמי, ובכך V שער גדול יותר לפני ההפעלה.

    בהתחשב ברמת HOMO התחתונה של פולימר PTB7, זה אפשרי, כי דיכוי של הזרקת חור / חילוץ מתרחש במהירות רבה יותר בPTB7, ובכך המכשיר הופעל בV שער נמוך. השפעות נוספות שיש לשקול הן העובדה שPTB7 הואקופולימר, אשר הוא פולימר המורכב מיחידות לסירוגין תורם acceptor. זה עלול להיות השפעה על הדיפולים הממשק שנוצרו בין הפולימר ואת האלקטרודה הנפוצה CNT.

    ההליך המתואר בטקסט זה חל על יישומים שלדבוק באילוצים הבאים. החומר פעיל המוליכים למחצה לא חייב להיות מסיס או נפגע מהחומרים היוניים. במקרה של פולטות אור או התקני פוטו, שכבות האנודה ומוליכות למחצה לא צריכים להיות אטומות באותו אזורי רפאים. בהתחשב באילוצים אלה, ניתן ליישם את הטכניקות הללו לדיודות אורגניות פולטות אור, טרנזיסטורים אפקט שדה אורגני, והתקנים אורגניים דומים.

    לסיכום, שיטת ייצור מכשיר טנדם מקבילה שיש לה יתרונות על פני שיטות עיבוד קונבנציונליות מתוארת. השיטה לא דורשת עיבוד ואקום, הוא ניתנת להרחבה, יכול להתבצע בתנאי סביבה,וכל שכבה פעילה מפוברקת באופן אופטימלי, הפחתת השכיחות של מכנסיים קצרים ופישוט עיבוד. מאפיינים בולטים מזוהים בהפעלת tandems OPV המקביל. בעוד היעילות הכוללת היא קצת נמוכה, שיפורים נוספים יכולים להתבצע על ידי אופטימיזציה של שכבות photoactive ואלקטרודות CNT. בנוסף, אם תת-תא מופעל באותו הזמן, T η מעל 3% יהיה ציין.

    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).
    שיטת אמביינט לייצור ionically המגודר פחמן Nanotube הנפוץ קטודה בתאים סולריים האורגנית טנדם
    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