Login processing...

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

Engineering

मिलकर कार्बनिक सौर कोशिकाओं में एक Ionically सुरक्षा पूर्ण कार्बन नैनोट्यूब आम कैथोड का उत्पादन के लिए परिवेश विधि

doi: 10.3791/52380 Published: November 5, 2014

Introduction

पॉलिमर अर्धचालकों के कारण तापमान संवेदनशील substrates के साथ उच्च निगलने को योग्यता, अच्छी परिवहन गुण, लचीलापन, और अनुकूलता के लिए अग्रणी जैविक फोटोवोल्टिक (ओपीवी) सामग्री रहे हैं. ओपीवी डिवाइस सत्ता परिवर्तन क्षमता, η, उन्हें एक तेजी से व्यवहार्य ऊर्जा प्रौद्योगिकी, जिससे 9.1% 1 के रूप में उच्च एकल सेल क्षमता के साथ, पिछले कुछ वर्षों में काफी कूद गया है.

Η में सुधार के बावजूद, उपकरणों की पतली इष्टतम सक्रिय परत मोटाई प्रकाश अवशोषण की सीमा और विश्वसनीय निर्माण में बाधा. साथ ही, प्रत्येक बहुलक के प्रकाश के अवशोषण के वर्णक्रमीय चौड़ाई अकार्बनिक सामग्री की तुलना में सीमित है. वर्णक्रमीय संवेदनशीलता भिन्न की जोड़ी पॉलिमर मिलकर आर्किटेक्चर 2 एक आवश्यक नवाचार, जिससे इन कठिनाइयों नजरअंदाज.

सीरीज मिलकर उपकरणों सबसे आम मिलकर वास्तुकला हैं. इस डिजाइन में, एक इलेक्ट्रॉन परिवहन materiअल, एक वैकल्पिक धातु पुनर्संयोजन परत, और एक छेद परिवहन परत उप-कोशिकाओं बुलाया दो स्वतंत्र प्रकाश द्वारा सहज प्रभावित परतों कनेक्ट. एक श्रृंखला विन्यास में उप-कोशिकाओं को जोड़ने संयोजन डिवाइस के खुले सर्किट वोल्टेज बढ़ जाती है. कुछ समूहों degenerately डाल दिया गया परिवहन परतों 3 के साथ सफलता मिली है - 5, लेकिन अधिक समूहों interlayer के 6,7 में छेद और इलेक्ट्रॉनों का पुनर्संयोजन सहायता करने के लिए सोने या चांदी के कणों का इस्तेमाल किया है.

इसके विपरीत, समानांतर tandems दो सक्रिय परतों में शामिल होने के एक उच्च चालकता इलेक्ट्रोड, या तो एनोड या कैथोड, की आवश्यकता होती है. interlayer के धातु कणों से युक्त श्रृंखला मिलकर interlayers सीमा है, और उससे भी ज्यादा पतली, सतत धातु इलेक्ट्रोड से बना समानांतर मिलकर interlayers के लिए है, जो अत्यधिक पारदर्शी होना चाहिए. कार्बन नैनोट्यूब (CNT) शीट धातु परतों की तुलना में अधिक पारदर्शिता दिखाने. नैनोटेक संस्थान तो, Shimane विश्वविद्यालय के साथ सहयोग में, पूर्णांक हैअखंड, समानांतर मिलकर उपकरणों 8 में interlayer के इलेक्ट्रोड के रूप में प्रयोग की अवधारणा roduced.

पिछले प्रयासों interlayer के एनोड 8,9 के रूप में कार्य कर CNT के पत्रक के साथ अखंड, समानांतर, मिलकर ओपीवी उपकरणों छपा. इन विधियों बाद परतें जमा करने जब एक या दोनों कोशिकाओं या हानिकारक पूर्ववर्ती परतों की shorting से बचने के लिए विशेष देखभाल की आवश्यकता होती है. इस पत्र में वर्णित नई विधि दो एकल कक्षों का बहुलक सक्रिय परतों के शीर्ष पर CNT के इलेक्ट्रोड रखकर निर्माण आसान बनाता है, चित्रा 1 में दिखाया गया है तो एक साथ दो अलग उपकरणों laminating. इस पद्धति का एक हवाई सहित, उपकरण के रूप में उल्लेखनीय है -stable CNT के कैथोड, केवल सूखी और समाधान प्रसंस्करण रोजगार परिवेश की स्थिति में पूरी तरह से गढ़े जा सकता है.

वे प्रकाश द्वारा सहज प्रभावित क्षेत्र से इलेक्ट्रॉनों इकट्ठा करने के क्रम में काम समारोह में कमी करने के लिए एन-प्रकार डोपिंग की आवश्यकता के रूप में CNT के चादरें, आंतरिक रूप से अच्छा कैथोड नहीं हैंएक सौर सेल 10 के. 14 - एक इलेक्ट्रोलाइट में चार्ज इलेक्ट्रिक डबल परत, इस तरह के एक ईओण का तरल रूप में, CNT का काम समारोह 11 इलेक्ट्रोड शिफ्ट करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.

फाटक वोल्टेज (वी गेट) बढ़ जाती है जब चित्रा 2, में एक पूर्ववर्ती पेपर 15 में वर्णित और चित्रित, CNT के आम इलेक्ट्रोड का काम समारोह इलेक्ट्रोड विषमता पैदा कमी आई है. इस ओपीवी की स्वीकर्ता से इलेक्ट्रॉनों इकट्ठा करने के पक्ष में ओपीवी के दाता से छेद संग्रह रोकता है, और उपकरणों फोटोडायोड 15 व्यवहार में अक्षम photoresistor से बदल रहा है, पर बारी. यह भी ऊर्जा सौर सेल 15 से उत्पन्न शक्ति को तुच्छ तुलना में है युक्ति और गेट रिसाव धाराओं की वजह से खो बिजली चार्ज करने के लिए प्रयोग किया जाता है कि ध्यान दिया जाना चाहिए. CNT के इलेक्ट्रोड के आयोनिक gating के कारण राज्यों के कम घनत्व और उच्च करने के लिए काम समारोह पर एक बड़ा प्रभाव पड़ता हैCNT के इलेक्ट्रोड में मात्रा के अनुपात में सतह क्षेत्र. इसी तरह के तरीकों एन सी 16 के साथ CNT के इंटरफेस में एक Schottky बाधा को बढ़ाने के लिए इस्तेमाल किया गया है.

Protocol

1. ईण्डीयुम टिन ऑक्साइड (आईटीओ) patterning और सफाई

नोट: उपयोग 15Ω / □ आईटीओ कांच, और खरीद या स्पिन कोटिंग और फोटोलिथोग्राफी के लिए उपयुक्त आकार में आईटीओ कांच काटा. यह संभव के रूप में बड़े कांच के टुकड़े पर कदम 1.1-1.7 प्रदर्शन, और फिर छोटे उपकरणों में कटौती करने के लिए सबसे कारगर है. यह भी कहा कि 1.1-1.7 इतो-पक्ष के साथ उन्मुख होने के लिए आईटीओ कांच की आवश्यकता कदमों ध्यान दें. यह एक मल्टीमीटर के प्रतिरोध की स्थापना के साथ आसानी से जाँच की जा सकती.

  1. 1 मिनट के लिए 3000 आरपीएम की दर से आईटीओ कांच के आईटीओ साइड पर S1813 सकारात्मक photoresist की स्पिन कोट 1 मिलीलीटर. , कांच के बड़े टुकड़े के लिए विरोध अधिक उपयोग पूरे कांच लेपित है, सुनिश्चित करें और स्पिन coater शुरू करने से पहले किसी भी बुलबुले को हटा दें.
  2. 1 मिनट के लिए 115 डिग्री सेल्सियस पर, एक गर्म थाली पर, लेपित गिलास विरोध पानी रखना.
  3. नमूना और संपर्क एलाइनर पर photomask लोड करें.
  4. एक appro के लिए photoresist लेपित आईटीओ कांच का पर्दाफाशpriate समय. जोखिम समय 10 सेकंड के आसपास है, लेकिन यूवी दीपक तीव्रता, photoresist के प्रकार, और मोटाई के आधार पर इस समय अलग-अलग हो.
  5. MF311 डेवलपर में यूवी उजागर substrates के विकास करना. एक स्पिन प्रोसेसर की स्वचालित प्रक्रिया सबसे अच्छा और सबसे repeatable परिणाम पैदा करता है, लेकिन बाद के रूप में विकास मैन्युअल रूप से किया जा सकता है.
    1. डेवलपर में 1 मिनट के लिए यूवी उजागर substrates के डूब, विआयनीकृत (डी) पानी में rinsing और एक नाइट्रोजन बंदूक के साथ सुखाने के द्वारा पीछा किया. डेवलपर जल्दी ताकत खो देता है, क्योंकि नमूने के बीच डेवलपर की जगह, या डेवलपर reusing जब वैकल्पिक रूप से विकास के समय को बढ़ाने.
  6. केंद्रित हाइड्रोक्लोरिक एसिड (एचसीएल) में इतो substrates के खोदना. इस एचसीएल की एकाग्रता के आधार पर 5-10 मिनट के बीच लेता है. शुष्क डि पानी में कुल्ला, और एक मल्टीमीटर के साथ etched भागों की प्रतिरोधकता का परीक्षण करें. किसी भी चालकता रहता है, एक लंबे समय के लिए खोदना.
  7. नक़्क़ाशी पूरा हो गया है एक बार, पी हटानेएसीटोन के साथ hotoresist. Photoresist की कि शीघ्र हटाने के नमूनों इतो नक़्क़ाशी अधिक-से अवशिष्ट एचसीएल रोकता नोट.
  8. यदि आवश्यक हो, डिवाइस आकार में etched इतो substrates कांच काटा.
  9. अंत में isopropyl शराब डि पानी, एसीटोन, टोल्यूनि, मेथनॉल, और - सॉल्वैंट्स के एक दृश्य में एक स्नान ultrasonicator में इतो substrates के साफ करें.

2. ओपीवी उप-सेल फैब्रिकेशन

  1. पीसी 61 बीएम समाधान: P3HT तैयार करें.
    नोट: सबसे लगातार परिणामों के लिए, एक नाइट्रोजन वातावरण में समाधान तैयार करते हैं. यह परिवेश की स्थिति में इस प्रक्रिया का पालन करने के लिए संभव है.
    1. ढूँढें और दो स्वच्छ, ~ 4 मिलीलीटर कांच की शीशी और उनकी टोपी की बड़े पैमाने पर नीचे लिखते हैं, और दूसरे से अलग करने के लिए एक स्थायी मार्कर के साथ उन्हें निशान.
    2. (पी एक नाइट्रोजन या आर्गन दस्ताना बॉक्स में, एक शीशी के लिए पाली (3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) के लगभग 10 मिलीग्राम हस्तांतरण और फिनाइल-सी 61 -butyric एसिड मिथाइल एस्टर के लगभग 10 मिलीग्रामअन्य के लिए सी 61 बी एम).
    3. P3HT और पीसी 61 बीएम की बड़े पैमाने पर लगाने के लिए फिर से शीशियों वजन.
    4. समाधान बनाने की प्रक्रिया के आराम के लिए एक glovebox में P3HT और पीसी 61 बीएम साथ शीशियों स्थानांतरण.
    5. प्रत्येक शीशी में एक चुंबकीय हलचल बार जोड़ें और फिर 45 मिलीग्राम / एमएल समाधान बनाने के लिए प्रत्येक के लिए पर्याप्त chlorobenzene जोड़ें.
    6. लगभग 2 घंटे के लिए या विलेय पूरी तरह से भंग कर दिया है जब तक 55 डिग्री सेल्सियस पर एक चुंबकीय सरगर्मी गर्म थाली पर समाधान रखें.
    7. बी.एम. समाधान एक साथ P3HT और पीसी 61 की बराबर मात्रा मिक्स, और उपयोग करने से पहले एक घंटे के लिए मिश्रित समाधान हलचल करते हैं.
  2. पीसी 71 बीएम समाधान: PTB7 तैयार करें.
    1. दोहराने के साथ 2.1.4 के लिए 2.1.1 कदम 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}) बजाय P3HT और पीसी की (PTB7) और फिनाइल-7,1-butyric एसिड मिथाइल एस्टर (पीसी 71 बीएम)61 बीएम.
    2. Chlorobenzene में मात्रा 1,8-diiodooctane (Dio) से 3% की एक मिश्रण बनाओ. इस मिश्रण DIO-सीबी कहा जाता है.
    3. एक 40 मिलीग्राम / एमएल समाधान करने के लिए पीसी 71 बीएम शीशी को एक 12 मिलीग्राम / एमएल समाधान और पर्याप्त DIO-सीबी है की PTB7 शीशी के लिए पर्याप्त DIO-सीबी जोड़ने तो प्रत्येक शीशी में एक चुंबकीय हलचल बार जोड़ें और.
    4. इन समाधानों दो दिनों के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर एक गर्म थाली पर हलचल करते हैं.
    5. 1.5 पीसी 71 1 बी एम को PTB7 के एक वजन के अनुपात में समाधान मिलाएं.
    6. उपयोग करने के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर एक घंटे के लिए मिश्रित समाधान हलचल से पहले करते हैं.
  3. फ़िल्टर पाली (3,4-ethylenedioxythiophene): पाली (styrenesulfonate) (PEDOT: पी एस एस) एक 0.45 माइक्रोन ताकना आकार नायलॉन फिल्टर के माध्यम से. इस प्रक्रिया पी उपाध्यक्ष AI4083 उपयोग करता है.
  4. स्पिन कोट सक्रिय परतों.
    1. साफ इतो substrates के प्लेस, 5 मिनट के लिए एक यूवी ओजोन क्लीनर में, ऊपर आईटीओ साइड.
    2. स्पिन कोट फ़िल्टर्ड PEDOT के 120 μl: पीएसएस में इलाज यूवी ओजोन पर, ITO- ग्लास सब्सट्रेट नमूनों1 मिनट के लिए 3000 rpm पर है. यह एक 30 एनएम मोटी परत उपज चाहिए.
    3. 180 डिग्री सेल्सियस पर 5 मिनट के लिए पी एस एस लेपित इतो substrates के: PEDOT पानी रखना.
    4. स्पिन कोट मिश्रित P3HT के 70 μl: पीसी 61 बीएम समाधान PEDOT पर: पी एस एस लेपित आईटीओ 1 मिनट के लिए लगभग 1,000 आरपीएम substrates. एक 200 एनएम मोटी सक्रिय परत जमा करने के लिए जरूरत के रूप में की दर अलग-अलग हो.
    5. P3HT पानी रखना: पीसी 61 बीएम लेपित substrates के 170 डिग्री सेल्सियस पर 5 मिनट के लिए. परिणाम इष्टतम annealing तापमान पर भिन्न हो सकते हैं.
    6. स्पिन कोट मिश्रित PTB7 के 70 μl: पीसी 71 बीएम समाधान PEDOT पर: पी एस एस लेपित आईटीओ 1 मिनट के लिए लगभग 700 आरपीएम substrates. एक 100 एनएम मोटी सक्रिय परत जमा करने के लिए जरूरत के रूप में की दर अलग-अलग हो.
    7. PTB7 लोड: पीसी एक उच्च निर्वात में 71 बीएम लेपित substrates के (<2 एक्स 10 -6 Torr) चैम्बर अवशिष्ट DIO दूर करने के लिए. आमतौर पर, कक्ष हे / एन में नमूने छोड़ दें.

3. मिलकर डिवाइस बनाना

<राजभाषा>
  • टुकड़े टुकड़े CNT के इलेक्ट्रोड.
    1. एक मिलकर डिवाइस बनाने के लिए आधे में PTB7 और P3HT substrates के कट. एक विशेष आईटीओ पैटर्न इस कदम की आवश्यकता नहीं होगी. आईटीओ पैटर्न में कम से कम दो समानांतर आईटीओ दूर दूसरे से एक मिमी तक एक छोर से देने इलेक्ट्रोड होना चाहिए.
    2. पहले काँच के किनारों से बहुलक और PEDOT दूर पोंछते द्वारा PTB7 और P3HT लेपित substrates के तैयार है, और चित्रा 1 के पहले पैनल में देखा के रूप में आम इलेक्ट्रोड के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा जो इतो पट्टी बेनकाब.
    3. PTB7 और P3HT इलेक्ट्रोड के शीर्ष पर CNT के आम इलेक्ट्रोड टुकड़े टुकड़े. डिवाइस पर फिल्टर पेपर की CNT के पक्ष रखकर धीरे दबाने, और फिर दूर फिल्टर पेपर छीलने से एक SWCNT फिल्म लागू करें. यह आंकड़ा 1 के दूसरे पैनल में दिखाया गया है.
    4. Methoxy-nonafluorobutane लगाने से सतह पर CNT के इलेक्ट्रोड घना (सी 4 एफ 9 OCH 3) (HFE) और एक छोटे amou साथ CNT के कोटिंग सेतरल के NT और फिर इसे बंद सूखी दे.
    5. . चित्रा 1 के तीसरे पैनल के रूप में दिखाया गेट इलेक्ट्रोड होगा जो आईटीओ के शीर्ष और कांच पर बहुलक और CNT दूर पोंछ एक धार के साथ गेट रिसाव को रोकने के लिए कांच से सभी बहुलक निकालें.
    6. PTB7 और P3HT लेपित substrates के साफ क्षेत्र पर CNT के गेट इलेक्ट्रोड टुकड़े टुकड़े. एक धार के साथ MWCNT जंगल के किनारे से खींच कर MWCNT टुकड़े टुकड़े और चादर कुछ केशिका ट्यूब के बीच स्वतंत्र रूप से खड़े हो जाओ. डिवाइस पर CNT के टुकड़े टुकड़े फ्रीस्टैंडिंग शीट के माध्यम से डिवाइस से गुजरती हैं. आम इलेक्ट्रोड पर रखी रूप गेट इलेक्ट्रोड परतों के 2-3 गुना संख्या होनी चाहिए.
    7. HFE साथ गेट इलेक्ट्रोड घना.
  • आयनिक तरल पदार्थ की एक छोटी सी बूंद (≈10 μl) प्लेस, एन, एन -Diethyl- एन एन -methyl- - (2-methoxyethyl) एक के CNT के इलेक्ट्रोड दोनों के शीर्ष पर अमोनियम tetrafluoroborate, डी इ एम इ-बीएफ 4,substrates की.
  • ध्यान से प्रत्येक-दूसरे के शीर्ष पर आम और गेट इलेक्ट्रोड के साथ ईओण का तरल के साथ सब्सट्रेट के शीर्ष पर आयनिक तरल बिना सब्सट्रेट जगह है. यह आंकड़ा 1 के अंतिम पैनल में दिखाया गया है.
  • सक्रिय क्षेत्र पर इलेक्ट्रोड आकार से छोटा एक छेद के आकार के साथ एक photomask रखें. जगह में photomask पकड़ करने के साथ ही परीक्षण के दौरान एक साथ डिवाइस पकड़ के लिए छोटे क्लिप का प्रयोग करें.
  • 4. डिवाइस उपाय

    1. माप glovebox में डिवाइस स्थानांतरण.
    2. बिजली के कनेक्शन बनाओ.
      1. आम इलेक्ट्रोड और जमीन के रूप में आम के साथ गेट इलेक्ट्रोड के बीच गेट बिजली की आपूर्ति कनेक्ट करें.
      2. एनोड या दोनों एनोड या तो के चयन की अनुमति देता है जो एक स्विच से जुड़े हैं जो तारों को दो इतो एनोड कनेक्ट करें.
      3. स्रोत उपाय इकाई के इनपुट के लिए स्विच के उत्पादन कनेक्ट करें.
      4. स्रोत meas की जमीन कनेक्टआम इलेक्ट्रोड को ure इकाई.
    3. वी गेट आरोही के लिए निम्नलिखित कदम दोहरा द्वारा उपकरण के चतुर्थ विशेषताओं को मापने.
      1. 0.25 वी की वेतन वृद्धि में वी गेट वी गेट से = 2 वी = 0 वी शुरू, अगले मूल्य के लिए वी गेट सेट
      2. 5 मिनट रुको या गेट वर्तमान स्थिर है जब तक. आदर्श रूप में, गेट वर्तमान nanoamperes के 10s के आसपास स्थिर करना चाहिए.
      3. उप-कोशिकाओं दोनों को स्विच सेट.
      4. दीपक शटर खुला.
      5. 100 के बारे में वेतन वृद्धि या अधिक पर +1 वाल्ट -1 वाल्ट से स्रोत उपाय इकाई पर एक वोल्टेज झाडू चलाएँ.
      6. -1 वाल्ट के लिए +1 वाल्ट से एक वोल्टेज झाडू चलाएँ.
      7. दीपक शटर बंद करें.
      8. फिर वोल्टेज से sweeps चलाएँ.
      9. सामने उप-सेल के लिए स्विच सेट.
      10. दोहराएँ 4.3.8 के लिए 4.3.4 कदम.
      11. वापस उप-सेल के लिए स्विच सेट.
      12. दोहराएँ 4.3.8 के लिए 4.3.4 कदम.
    4. डिवाइस मापदंडों की गणना. <राजभाषा>
    5. उप-सेल भर में वोल्टेज 0 वी है जब डिवाइस के द्वारा उत्पादित वर्तमान खोजने के द्वारा प्रत्येक वी गेट पर प्रत्येक उप-सेल के शॉर्ट सर्किट वर्तमान (जम्मू अनुसूचित जाति) का पता लगाएं
    6. उप-सेल के माध्यम से वर्तमान 0 ए है जब डिवाइस के द्वारा उत्पादित वोल्टेज खोजने के द्वारा प्रत्येक वी गेट पर प्रत्येक उप-सेल के खुले सर्किट वोल्टेज (वी ओसी) का पता लगाएं
    7. प्रत्येक वर्तमान मूल्य के साथ एक वोल्टेज मूल्य गुणा और अधिकतम (सबसे नकारात्मक) मूल्य का चयन करके सौर सेल से अधिकतम बिजली उत्पादन का पता लगाएं. यह एक फोटो उत्पन्न वर्तमान के रूप में नकारात्मक वर्तमान उपाय है कि मानता.
    8. इनपुट प्रकाश शक्ति द्वारा अधिकतम शक्ति विभाजित करके सत्ता परिवर्तन दक्षता (η) का पता लगाएं.
    9. जम्मू अनुसूचित जाति और वी आयोजन समिति के उत्पाद द्वारा अधिकतम शक्ति विभाजित करके भरने कारक (एफएफ) का पता लगाएं.

    Representative Results

    इन उपकरणों के प्रकाश में से सबसे बड़ी वर्णक्रमीय रेंज अवशोषित कर सकते हैं के रूप में पॉलिमर, काफी भिन्न बैंड अंतराल के विशेष रूप से पॉलिमर, भिन्न से गठित मिलकर डिवाइस व्यावहारिक ब्याज की है. इस डिवाइस संरचना में, PTB7 उप-सेल वापस सेल है और P3HT सामने उप-सेल है. P3HT उप-सेल PTB7 उप-सेल द्वारा अवशोषित अब तरंगदैर्ध्य के प्रकाश को काफी हद तक पारदर्शी है क्योंकि यह प्रकाश की सबसे बड़ी राशि को अवशोषित करने का इरादा है. मिलकर, सामने या क्रमशः वापस सेल की चर्चा करते हुए जब स्पष्टता, सौर सेल मानकों, वी मैडोना, जम्मू अनुसूचित जाति, एफएफ, और η की खातिर एक अभिलेख टी, एफ, या बी के साथ सजाया जाएगा. तालिका 1 इन संक्षिप्त रूपों से पता चलता है .

    डिवाइस के लिए वर्तमान वोल्टेज घटता का चित्रा 3 में दर्शाया, और चित्रा 4 में सौर सेल मानकों निकाले जाते हैं. यह PTB7 उप-सेल देखा गया है कि(वापस) P3HT उप-सेल (सामने) की तुलना में काफी कम वी गेट पर चालू है. 4 PTB7 सेल वी गेट = में 0.5 वी और वी गेट = 1.5 वी सामने उप आसपास चोटियों पर बारी शुरू होता है कि पता चलता है सेल वी गेट = 1.0 वी चारों ओर मोड़ के लक्षण दिखाता है, लेकिन पूरी तरह से वी गेट = 2.0 वी वी टी मैडोना और एफएफ टी नीचे पर बारी सामने उप से थोड़ा अधिक किया जा रहा है, बदतर उप-सेल के व्यवहार की नकल नहीं करता वी गेट के लिए सेल <2.0 वी और वी गेट के लिए वापस सेल से थोड़ा अधिक> 2.0 वी जे टी अनुसूचित जाति जिसके बाद बिंदु, वी गेट <1.5 वी के लिए जम्मू एफ अनुसूचित जाति और जम्मू बी अनुसूचित जाति की राशि की तुलना में कहीं कम है वर्तमान अलावा काफी अच्छा है. η टी 1.5 वी पर छोड़कर सभी वी गेट के लिए η एफ या η बी के एक से अधिक कम है

    वर्तमान और efficienc के गरीब अलावाकम वी गेट के लिए y के कारण इसके बंद राज्य में एक अलग धकेलना के रूप में सामने उप-सेल अभिनय करने के लिए प्रतीत होता है. यह सामने सेल के उच्च रैखिक घटता है और वी गेट पर मिलकर = 1.5 वी चित्रा 3 में से देखा जाता है. इसके विपरीत, PTB7 वापस सेल अपमानित होने के बाद, (वि गेट = 2.25 वी पर), यह अभी भी एक डायोड विशेषताओं का कहना है , इस प्रकार चित्रा 3 में वक्र से दिखाया गया है, और के रूप में एक अलग धकेलना के रूप में कार्य नहीं करता है. यह जम्मू अनुसूचित जाति के अलावा यह परिणाम है, लेकिन वी टी मैडोना, एफएफ टी और η टी कारण कम वी बी मैडोना को कम कर रहे हैं. प्रक्रिया अपनी सादगी से मजबूती आ रही है, वहीं माल में मैनुअल प्रसंस्करण के कारण विविधताओं और बैच करने वाली बैच बदलाव कर रहे हैं. इस ± 0.5% द्वारा ± 0.25 वी की वोल्टेज और शिखर दक्षता पर बदले में बदलाव हो सकता है. यह परिवर्तन एक अधिक स्वचालित प्रक्रिया के साथ कम किया जा सकता है.

    लेफ्टिनेंट = "चित्रा 1" src = "/ फ़ाइलें / ftp_upload / 52380 / 52380fig1highres.jpg" />
    चित्रा 1. मिलकर युक्ति डिजाइन की प्रक्रिया. निर्माण और फाड़ना प्रक्रिया अनुक्रम चित्रण तीर के साथ, ionically-गेटेड मिलकर ओपीवी के निर्माण में प्रयोग किया जाता है. अंतिम डिवाइस संरचना का एक चित्र नीचे बाएँ कोने पर दिखाया गया है. यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

    चित्रा 2
    चित्रा 2. मिलकर डिवाइस बैंड और बिजली आरेख. मिलकर डिवाइस की अनुमानित बैंड आरेख साथ-पक्ष डिवाइस के बिजली के चित्र में दिखाया गया है. CNT के इलेक्ट्रोड पर तीर के साथ छायांकित क्षेत्रों काम समारोह में बदलाव दिखा. ठोस लाइनों और सर्किट तत्वों नीचे बिजली के कनेक्शन दिखा.jove.com/files/ftp_upload/52380/52380fig1large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

    चित्रा 3
    चित्रा 3. चतुर्थ घटता चयनित. चतुर्थ घटता फ्रंट (P3HT) सेल अपने सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन से पता चलता है जिसमें पीठ (PTB7) सेल अपने सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन से पता चलता है, जिसमें एक वी गेट (1.5 वी) और एक उच्च वी गेट (2.25 वी) के लिए . 'टी' और हलकों मिलकर वक्र, 'एफ' और चौकों सामने, और 'बी' निरूपित और वापस त्रिकोण.

    चित्रा 4
    चित्रा 4. डिवाइस पैरामीटर. वी गेट से चतुर्थ माप से निकाला सौर सेल मानकों = वी गेट को 0.5 वी = 2.25 वी 'टी' और काले चौकोंमिलकर वक्र, 'एफ' और नीला त्रिकोण सामने, और 'बी' और लाल हलकों वापस निरूपित. ठोस लाइनों आरोही परिणाम दिखाने जबकि बिंदीदार रेखा ओपीवी डिवाइस का voltages के sweeps के उतरते लिए परिणाम दिखाते हैं.

    ओपीवी पैरामीटर उप-सेल मापा
    मिलकर सामने वापस
    वी मैडोना वी टी मैडोना वी एफ मैडोना वी बी मैडोना
    जम्मू अनुसूचित जाति जम्मू टी अनुसूचित जाति जम्मू एफ अनुसूचित जाति जम्मू बी एससी
    एफएफ एफएफ टी एफएफ एफ एफएफ बी
    η η टी η एफ η बी

    तालिका 1. पैरामीटर संक्षिप्त. संक्षेप सौर सेल पैरामीटर संक्षिप्त. Superscripts, टी, एफ, और बी वापस क्रमशः मिलकर, सामने और निरूपित.

    Discussion

    समानांतर मिलकर सौर कोशिकाओं को डिजाइन जब परिणाम कुछ विचार पर प्रकाश डाला. उप-कोशिकाओं में से एक खराब प्रदर्शन कर रहा है विशेष रूप से,, मिलकर प्रदर्शन में नकारात्मक रूप से प्रभावित. परिणाम दो मुख्य प्रभाव है कि वहाँ दिखा. एक उप-सेल shorted किया जाता है, जैसे, ओमिक व्यवहार को दर्शाता है, एफएफ टी बुरा उप-सेल के एफएफ कोई अधिक से अधिक हो जाएगा. जम्मू टी अनुसूचित जाति और वी टी मैडोना इसी तरह से प्रभावित हो जाएगा. वी गेट कम है और P3HT उप-सेल चालू नहीं किया गया है जब यह मामला है.

    एक उप-सेल अच्छा डायोड गुण, लेकिन कम वी मैडोना या जम्मू अनुसूचित जाति की है इसके विपरीत, यदि, तो जम्मू टी अनुसूचित जाति लगभग जे एफ अनुसूचित जाति और जम्मू बी अनुसूचित जाति का योग है. प्रत्येक उप-सेल वी आयोजन समिति के बीच एक बड़ा अंतर नहीं है हालांकि, अगर, फिर वी टी मैडोना कम वी आयोजन समिति को लगभग बराबर है. इस प्रदर्शन क प्रदर्शन किया हैएन वी गेट उच्च है और PTB7 सेल बंद कर दिया गया है. η टी मामले में कुछ अधिक हो, लेकिन अभी भी अकेले बेहतर उप-सेल की तुलना में कम होने की संभावना है सकते हैं.

    गेट और आम इलेक्ट्रोड साझा सामने उप सेल से पहले मोड़ पर वापस उप-सेल उप-कोशिकाओं के रूप में अप्रत्याशित था. उनके कैथोड का काम समारोह, और आईटीओ और कैथोड के बीच इलेक्ट्रोड विषमता की इसलिए डिग्री, समान होना चाहिए. इसके अलावा, वापस उप-सेल सामने उप सेल से एक उच्च वी आयोजन समिति से पता चलता है और चालू करने से पहले सामने उप सेल से समारोह, और इस तरह एक बड़ा वी गेट काम करने के लिए सम्मान के साथ अधिक से अधिक इलेक्ट्रोड विषमता की आवश्यकता चाहिए.

    PTB7 बहुलक के निचले होमोसेक्सुअल स्तर को देखते हुए यह छेद इंजेक्शन का दमन / निकालना PTB7 में अधिक तेजी से होता है, और इस प्रकार इस उपकरण में एक कम वी गेट पर चालू हो जाती है कि संभव है. विचार करने के लिए अन्य प्रभाव PTB7 एक तथ्य यह है कि कर रहे हैंदाता और स्वीकर्ता इकाइयों बारी से बना एक बहुलक है जो copolymer,. इस बहुलक और CNT आम इलेक्ट्रोड के बीच उत्पन्न इंटरफ़ेस द्विध्रुव पर असर पड़ सकता है.

    इस पाठ में वर्णित प्रक्रिया के बाद बाधाओं का पालन जो आवेदन करने के लिए लागू है. semiconducting सक्रिय सामग्री घुलनशील या प्रतिकूल आयनिक सामग्री से प्रभावित नहीं होना चाहिए. प्रकाश उत्सर्जक या फोटोवोल्टिक उपकरणों के मामले में, एनोड और semiconducting परतों ही वर्णक्रम क्षेत्रों में अपारदर्शी नहीं होना चाहिए. इन बाधाओं को देखते हुए यह कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड, जैविक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर, और इसी तरह के अकार्बनिक उपकरणों के लिए इन तकनीकों को लागू करने के लिए संभव है.

    अंत में, पारंपरिक प्रसंस्करण के तरीके से अधिक लाभ के पास है कि एक समानांतर मिलकर डिवाइस निर्माण विधि वर्णित है. विधि, कोई वैक्यूम संसाधन की आवश्यकता स्केलेबल है, परिवेश की स्थिति में किया जा सकता है,और प्रत्येक सक्रिय परत शॉर्ट्स की घटनाओं को कम करने और प्रसंस्करण को सरल बनाने, एक इष्टतम तरीके से निर्मित है. मुख्य विशेषताएं समानांतर ओपीवी tandems के संचालन में पहचाने जाते हैं. समग्र क्षमता कुछ हद तक कम हो रहे हैं, और अधिक सुधार प्रकाश द्वारा सहज प्रभावित परतों और CNT इलेक्ट्रोड के अनुकूलन के द्वारा बनाया जा सकता है. उप-सेल एक ही समय पर कर दिया साथ ही, यदि, 3% से अधिक एक η टी मनाया जाएगा.

    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).
    मिलकर कार्बनिक सौर कोशिकाओं में एक Ionically सुरक्षा पूर्ण कार्बन नैनोट्यूब आम कैथोड का उत्पादन के लिए परिवेश विधि
    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