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Engineering

Método ambiente para la producción de un cátodo común iónicamente cerrada nanotubos de carbono en las células solares en tándem Orgánica

doi: 10.3791/52380 Published: November 5, 2014

Introduction

Semiconductores de polímero son los fotovoltaicos orgánica (OPV) materiales principales debido a la alta capacidad de absorción, buenas propiedades de transporte, la flexibilidad, y la compatibilidad con sustratos sensibles a la temperatura. Dispositivos OPV eficiencia de conversión de energía, η, se han subido significativamente en los últimos años, con eficiencias de células individuales de hasta 9.1% 1, por lo que una tecnología de energía cada vez más viable.

A pesar de las mejoras en η, los espesores de las capas delgadas activos óptimos de los dispositivos limitan la absorción de luz y dificultan la fabricación confiable. Además, la anchura espectral de absorción de la luz de cada polímero está limitada en comparación con materiales inorgánicos. Polímeros de emparejamiento de diferente sensibilidad espectral no pasa por estas dificultades, por lo que las arquitecturas tándem 2 una innovación necesaria.

Dispositivos en tándem de la serie son la arquitectura tándem más común. En este diseño, un materi de transporte de electronesal, una capa de recombinación metálica opcional, y una capa de transporte de huecos se conectan dos capas fotoactivas independientes llamados sub-células. La vinculación de sub-células en una configuración en serie aumenta la tensión de circuito abierto del dispositivo de combinación. Algunos grupos han tenido éxito con capas de transporte dopadas degeneradamente de 3 - 5, pero más grupos han utilizado partículas de oro o plata para ayudar a la recombinación de huecos y electrones en la capa intermedia 6,7.

En contraste, los tándems paralelas requieren un electrodo de alta conductividad, ya sea ánodo o cátodo, que une las dos capas activas. La capa intermedia debe ser altamente transparente, lo que limita la serie en tándem capas intermedias que contienen partículas metálicas, y más aún para las capas intermedias en tándem paralelas, compuestas de electrodos de metal delgada y continua. Los nanotubos de carbono (CNT) hojas muestran mayor transparencia de capas de metal. Así que el Instituto NanoTech, en colaboración con la Universidad de Shimane, tiene introducido el concepto de usar como el electrodo en capa intermedia, dispositivos en tándem paralelas monolíticos 8.

Los esfuerzos previos del momento, OPV, dispositivos tándem paralelas monolíticas con hojas de la CNT que funcionan como ánodos de capa intermedia 8,9. Estos métodos requieren un cuidado especial para evitar el cortocircuito de una o dos células o capas precedentes perjudiciales al depositar capas posteriores. El nuevo método descrito en este documento facilita la fabricación colocando el electrodo de CNT en la parte superior de las capas activas poliméricos de dos células individuales, a continuación, laminación de los dos dispositivos separados entre sí como se muestra en la Figura 1. Este método es notable como el dispositivo, incluyendo un aire -stable cátodo CNT, puede ser fabricado en su totalidad en las condiciones ambientales que emplea sólo el procesamiento seco y la solución.

Hojas de CNT no son intrínsecamente buenas cátodos, ya que requieren el dopaje de tipo n para disminuir la función de trabajo a fin de recoger los electrones de la región fotoactivade una célula solar 10. Eléctrico de doble capa de carga en un electrolito, tal como un líquido iónico, se puede utilizar para cambiar la función de trabajo de CNT electrodos 11-14.

Como se describe en un documento anterior y 15 representado en la Figura 2, cuando el voltaje de puerta (V GATE) está aumenta, la función de trabajo del electrodo común CNT se disminuye, creando asimetría del electrodo. Esto evita que la colección agujero de donante de la vacuna antipoliomielítica oral en favor de la recogida de electrones del aceptador de la OPV, y los dispositivos de encender, cambiar de fotoresistor ineficiente en fotodiodo 15 comportamiento. También debe tenerse en cuenta que la energía utilizada para cargar el dispositivo y la potencia perdida debido a las corrientes de fuga puerta es trivial en comparación con la energía generada por la célula solar 15. Gating iónica de electrodos CNT tiene un gran efecto sobre la función de trabajo debido a la baja densidad de estados y el altorelación de superficie a volumen en los electrodos de la CNT. Métodos similares se han utilizado para mejorar una barrera Schottky en la interfase de CNT con n-Si 16.

Protocol

1. óxido de estaño e indio (ITO) Patrones y limpieza

NOTA: El uso 15Ω / □ vidrio ITO, y compra o cortar el vidrio ITO en tamaños adecuados para el recubrimiento por rotación y la fotolitografía. Es más eficiente para realizar los pasos 1.1 a 1.7 en un pedazo de vidrio tan grande como sea posible, y luego se corta en dispositivos más pequeños. También tenga en cuenta que los pasos 1.1 a 1.7 requieren el vidrio ITO a orientarse con el ITO-hacia arriba. Esto se puede comprobar fácilmente con el ajuste de la resistencia de un multímetro.

  1. Capa de la vuelta 1 ml de S1813 fotorresistente positivo en el lado ITO-del vidrio ITO a una velocidad de 3.000 rpm durante 1 min. Usar más para resistir grandes piezas de vidrio, asegúrese de que todo el vidrio está recubierta, y eliminar todas las burbujas antes de comenzar el revestidor de giro.
  2. Recocer el vidrio revestido resistir, en una placa caliente, a 115 ° C durante 1 min.
  3. Cargar la muestra y la fotomáscara sobre el alineador de contacto.
  4. Exponga el vidrio ITO fotoprotector recubierto por una aprotiempo proceda. El tiempo de exposición es de alrededor de 10 segundos, pero este tiempo puede variar en base a la intensidad de la lámpara UV, el tipo de resina fotosensible, y grosor.
  5. Desarrollar los sustratos UV-expuesta en desarrollador MF311. Proceso automatizado de un procesador de giro produce los mejores y más resultados repetibles, pero el desarrollo se puede hacer manualmente como sigue.
    1. Sumergir los sustratos expuestas a UV durante 1 min en el revelador, seguido de un enjuague en agua desionizada (DI) de agua y de secar con una pistola de nitrógeno. Debido a que el desarrollador pierde fuerza rápidamente, sustituya el revelador entre las muestras, o, alternativamente, aumentar el tiempo de desarrollo al reutilizar desarrollador.
  6. Etch los sustratos de ITO en ácido clorhídrico concentrado (HCl). Esto tarda entre 5-10 min dependiendo de la concentración del HCl. Enjuague en agua DI, seco, y poner a prueba la resistencia de las partes grabadas con un multímetro. Si cualquiera de conductividad permanece, grabar durante un tiempo más largo.
  7. Una vez que el grabado, retire la photoresist con acetona. Tenga en cuenta que la pronta eliminación de la fotoprotección impide HCl residual de sobre-grabado de la OIC con dibujos.
  8. Si es necesario, cortar los grabados sustratos de vidrio ITO en tamaños de los dispositivos.
  9. Limpiar los sustratos de ITO en un ultrasonicador baño en una secuencia de disolventes - agua DI, acetona, tolueno, metanol, y, finalmente, alcohol isopropílico.

2. OPV Fabricación de células Sub

  1. Preparar P3HT: PC 61 BM solución.
    NOTA: Para obtener los resultados más consistentes, preparar las soluciones en un ambiente de nitrógeno. Es posible seguir este procedimiento en las condiciones ambientales.
    1. Encuentre y anote la masa de dos limpias, ~ 4 ml frasco de vidrio y sus tapas, y marcarlos con un marcador permanente para distinguirlos de los otros.
    2. En una caja de guantes de nitrógeno o argón, transferir aproximadamente 10 mg de poli (3-hexiltiofeno-2,5-diilo) (P3HT) a un vial y aproximadamente 10 mg de fenil-C 61 éster metílico del ácido butírico (PC 61 BM) a la otra.
    3. Pesar los viales otra vez para encontrar la masa de la P3HT y PC 61 BM.
    4. La transferencia de los viales con P3HT y PC 61 BM en una caja de guantes para el resto del proceso de toma de solución.
    5. Añadir una barra de agitación magnética en cada vial y luego agregue suficiente clorobenceno a cada uno para crear soluciones de 45 mg / ml.
    6. Colocar las soluciones sobre una placa de agitación magnética caliente a 55 ° C durante aproximadamente 2 horas o hasta que los solutos se han disuelto completamente.
    7. Mezclar volúmenes iguales de la P3HT y PC 61 BM soluciones juntos, y dejar que la solución mixta de agitación durante otra hora antes de su uso.
  2. Preparar PTB7: PC 71 BM solución.
    1. Repita los pasos 2.1.1 al 2.1.4 con 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) y 7,1-fenil-butírico éster metílico del ácido (PC 71 BM) en lugar de P3HT y PC61 BM.
    2. Haga una mezcla de 3% en volumen 1,8-diiodooctane (DIO) en clorobenceno. Esta mezcla se llama DIO-CB.
    3. Añadir una barra de agitación magnética en cada vial y luego añadir una cantidad suficiente DIO-CB al vial PTB7 tener una solución de 12 mg / ml y lo suficientemente DIO-CB a la PC 71 BM vial tener una solución 40 mg / ml.
    4. Deja que estas soluciones revuelven en un plato caliente a 70 ° C durante dos días.
    5. Mezclar las soluciones en una relación en peso de PTB7 a PC 71 BM de 1 a 1,5.
    6. Deje que la solución mixta de agitación durante otra hora a 70 ° C antes de su uso.
  3. Filtro de poli (3,4-etilendioxitiofeno): poli- (estirenosulfonato) (PEDOT: PSS) a través de un filtro de nylon de tamaño de poro 0,45 micras. Tenga en cuenta este procedimiento utiliza P VP AI4083.
  4. Girar Coat capas activas.
    1. Coloque sustratos ITO limpiados, ITO-hacia arriba, en un limpiador UV-ozono durante 5 min.
    2. Spin-abrigo de 120 l de la PEDOT: PSS se filtraron a los rayos UV tratada con ozono, modelado ITO- sustrato de vidrios a 3.000 rpm durante 1 min. Esto debería producir una capa gruesa 30 nm.
    3. Recocer el PEDOT: PSS sustratos recubiertos de ITO durante 5 min a 180 ° C.
    4. Spin-abrigo de 70 l de la P3HT mixta: PC 61 BM solución sobre PEDOT: PSS recubierto ITO sustratos a aproximadamente 1.000 rpm durante 1 min. Variar la velocidad según sea necesario para depositar una capa activa nm de espesor 200.
    5. Recocer el P3HT: sustratos PC 61 BM recubierto a 170 ° C durante 5 min. Los resultados pueden variar de la temperatura óptima de recocido.
    6. Spin-abrigo de 70 l de la PTB7 mixta: PC 71 BM solución sobre PEDOT: PSS recubierto ITO sustratos a aproximadamente 700 rpm durante 1 min. Variar la velocidad según sea necesario para depositar una capa activa 100 nm de espesor.
    7. Cargue el PTB7: PC 71 BM sustratos recubiertos en un alto vacío (<2 x 10 -6 Torr) para eliminar la cámara de DIO residual. Por lo general, dejar las muestras en la cámara de O / N.

3. Fabrique el dispositivo Tandem

<ol>
  • Electrodos Laminado CNT.
    1. Cortar los sustratos PTB7 y P3HT por la mitad para hacer un dispositivo tándem. Un patrón de ITO especializada no requeriría este paso. El patrón de ITO debe tener al menos dos electrodos ITO paralelo que se extiende desde un borde a un mm de distancia de la otra.
    2. En primer lugar preparar el PTB7 y sustratos recubiertos por P3HT secándose polímero y PEDOT a partir de los bordes del vidrio, y exponer la tira de ITO que se utiliza como electrodo común como se ve en el primer panel de la Figura 1.
    3. Laminar el electrodo común CNT en la parte superior de los electrodos PTB7 y P3HT. Aplique una capa SWCNT colocando el lado de la CNT del papel de filtro en el dispositivo, presionando suavemente, y luego pelar el papel de filtro de distancia. Esto se muestra en el segundo panel de la Figura 1.
    4. Densificar el electrodo de CNT sobre la superficie mediante la aplicación de metoxi-nonafluorobutano (C 4 F 9 OCH 3) (HFE) y recubriendo la CNT con una pequeña amount del líquido y luego dejar que se seque.
    5. Limpie el polímero y CNT en la parte superior de la ITO y vidrio que tendrá el electrodo de puerta como se muestra en el tercer panel de la Figura 1. Retire todo el polímero desde el cristal para evitar fugas de puerta con una hoja de afeitar.
    6. Lamine el electrodo de puerta de la CNT en el área limpiada de los sustratos PTB7 y P3HT recubiertos. Lamine el MWCNT tirando del borde del bosque MWCNT con una hoja de afeitar y dejar que la hoja de pie libremente entre unos tubos capilares. Pase el dispositivo a través de la hoja independiente para laminar la CNT en el dispositivo. El electrodo de puerta debe tener 2-3 veces el número de capas tal como se establece en el electrodo común.
    7. Densificar el electrodo de puerta con HFE.
  • Colocar una pequeña gota (≈10 l) de líquido iónico, N, N -dietil- N-metil-N - (2-metoxietil) tetrafluoroborato de amonio, DEME-BF 4, en la parte superior de ambos electrodos de CNT unode los sustratos.
  • Colocar con cuidado el sustrato sin líquido iónico en la parte superior del sustrato con líquido iónico con los electrodos comunes de puerta y en la parte superior de cada-otro. Esto se muestra en el último panel de la Figura 1.
  • Coloque una fotomáscara con un tamaño de abertura más pequeño que el tamaño del electrodo sobre el área activa. Use pequeños clips para mantener la fotomáscara en su lugar, así como para mantener el dispositivo juntos durante la prueba.
  • 4. Medir el dispositivo

    1. Transferir el dispositivo en la guantera de medición.
    2. Realice las conexiones eléctricas.
      1. Conecte la fuente de suministro de puerta entre el electrodo común y el electrodo de puerta con el común como suelo.
      2. Conectar los dos ánodos de ITO a los cables que están conectados a un conmutador que permite la selección de cualquiera de ánodo o ánodos ambos.
      3. Conecte la salida del interruptor a la entrada de la unidad de medida de fuente.
      4. Conecte el suelo de las meas de origenunidad ure al electrodo común.
    3. Mida las características IV del dispositivo mediante la repetición de los siguientes pasos para ascender V Puerta.
      1. Set V Puerta al siguiente valor, a partir de V = 0 V Puerta a Puerta V = 2 V en incrementos de 0,25 V.
      2. Espere 5 minutos o hasta que se estabiliza la corriente de puerta. Lo ideal sería que la corriente de puerta debería estabilizarse en torno a 10s de nanoamperios.
      3. Ajuste el conmutador en ambas sub-células.
      4. Abra el obturador de la lámpara.
      5. Ejecutar un barrido de tensión en la unidad de medida de voltios fuente de -1 a +1 voltios en incrementos de alrededor de 100 o más.
      6. Ejecutar un barrido de tensión de 1 volt a -1 voltio.
      7. Cierre el obturador de la lámpara.
      8. Ejecute los barridos de tensión de nuevo.
      9. Ajuste el conmutador en la sub-celular frente.
      10. Repita los pasos 4.3.4 al 4.3.8.
      11. Ajuste el conmutador en la sub-celular de vuelta.
      12. Repita los pasos 4.3.4 al 4.3.8.
    4. Calcular los parámetros del dispositivo. <ol>
    5. Encuentra la corriente de cortocircuito (J SC) de cada sub-celular en cada puerta de V mediante la búsqueda de la corriente producida por el dispositivo cuando el voltaje a través de la sub-celular es 0 V.
    6. Encuentra la tensión de circuito abierto (V OC) de cada sub-celular en cada puerta de V mediante la búsqueda de la tensión producida por el dispositivo cuando la corriente a través de la sub-celular es 0 A.
    7. Encuentra la salida de potencia máxima de la célula solar multiplicando cada valor de la tensión con cada valor actual y seleccionando el valor máximo (más negativo). Esto supone que se mide la corriente actual como negativa la foto-generado.
    8. Encuentra la eficiencia de conversión de potencia (η) dividiendo la potencia máxima por la potencia de la luz de entrada.
    9. Calcula el factor de llenado (FF) dividiendo la potencia máxima por el producto de J SC y V OC.

    Representative Results

    Un dispositivo tándem formado a partir de diferentes polímeros, particularmente polímeros de diferentes significativamente las brechas de la banda, es de interés práctico, ya que estos dispositivos pueden absorber el rango espectral de la luz más grande. En esta estructura del dispositivo, el sub-celular PTB7 es la célula hacia atrás y P3HT es la sub-celular frente. Con ello se pretende absorber la mayor cantidad de luz que la sub-celular P3HT es en gran medida transparente a la luz de longitud de onda más larga absorbida por el sub-celular PTB7. En aras de la claridad, los parámetros de las células solares, V OC, J SC, FF, y η se decorado con un superíndice T, F, o B cuando se hace referencia a la tándem, delante o hacia atrás de células respectivamente. La Tabla 1 muestra estas abreviaturas .

    Una selección de las curvas de tensión de corriente para el dispositivo se representan en la Figura 3, y se extrajo parámetros de las células solares en la Figura 4. Se observa que la sub-celular PTB7(De nuevo) en ON en una Puerta V mucho más baja que la sub-celular P3HT (delantero). La figura 4 muestra que la célula PTB7 comienza a encender en V Puerta = 0,5 V y picos alrededor de la Puerta V = 1.5 V. El compartimento frontal células beta muestra signos de girar a su alrededor V Puerta = 1.0 V, pero no se enciende completamente EN debajo Puerta V = 2,0 V. V T OC y FF T imitan el comportamiento de la sub-celular que es peor, siendo ligeramente superior a la sub frontal células beta para V Puerta de <2,0 V y ligeramente superior a la célula posterior para V Puerta> 2,0 V. J T SC es mucho menor que la suma de J y J F SC SC B para V Puerta de <1,5 V, después de lo cual apunte el Además actual es bastante bueno. η T es inferior al mayor de η B F o η para todos V Puerta excepto en 1,5 V.

    Los pobres, además de la corriente y Efficiency para bajo Puerta V parece ser debido a la actuación sub-célula frontal como una derivación en su estado OFF. Esto se ve a partir de las curvas altamente lineales de la célula frontal y el tándem en V Puerta = 1,5 V en la Figura 3. Por el contrario, después de la PTB7 célula posterior se ha degradado, (en V Puerta = 2,25 V), que todavía mantiene una características del diodo , como se muestra por la curva en la Figura 3, y por lo tanto no actúa como una derivación. Esto da como resultado, además de J SC, pero V T OC, FF T y T η se reducen debido a la baja OC V B. Si bien el proceso se basa robustez de su simplicidad, hay variaciones debidas al tratamiento manual de y variaciones de lote a lote en los materiales. Esto puede resultar en cambios en vez de la tensión de ± 0,25 V y la máxima eficiencia de ± 0,5%. Esta variación se puede disminuir con un proceso más automatizado.

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    Figura 1. Proceso de diseño de dispositivos en tándem. El proceso de fabricación y laminación utilizado en la construcción de la VPO tándem iónicamente cerrada, con flechas que representan la secuencia. Un diagrama de la estructura del dispositivo final se muestra en la esquina inferior izquierda. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta cifra.

    Figura 2
    Figura 2. Banda dispositivo Tandem y el diagrama eléctrico. El diagrama de banda aproximada del dispositivo tándem se muestra a lo largo del lado el esquema eléctrico del dispositivo. Las regiones sombreadas con flechas en los electrodos de la CNT muestran el cambio en la función de trabajo. Las líneas continuas y elementos de circuito a continuación muestran las conexiones eléctricas.jove.com/files/ftp_upload/52380/52380fig1large.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta cifra.

    Figura 3
    Figura 3. Seleccionado curvas IV. Curvas IV para una puerta de V (1,5 V) en la que la parte posterior (PTB7) celda muestra su mejor rendimiento y una puerta de V más alta (2,25 V) en la que la parte frontal (P3HT) celda muestra su mejor desempeño . 'T' y los círculos denotan la curva tándem, 'F' y plazas de la parte delantera, y 'B' y triángulos la parte posterior.

    Figura 4
    Figura 4. Parámetros del equipo. Parámetros solares de células extraídas de las mediciones IV de V = 0,5 V Puerta a Puerta V = 2,25 V. 'T' y negro cuadradosdenotar la curva tándem, 'F' y triángulos azules al frente, y 'B' y círculos de color rojo la parte posterior. Las líneas de puntos muestran los resultados para descender tensiones barridos del dispositivo de la OPV, mientras que las líneas continuas muestran los resultados ascendentes.

    OPV Parámetro Medido de células Sub
    Tándem Frente Espalda
    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

    Tabla 1. abreviaturas parámetro. Resumidos abreviaturas de los parámetros de células solares. Superíndices, T, F y B denotan tándem, delante y detrás respectivamente.

    Discussion

    Los resultados ponen de manifiesto algunas consideraciones en el diseño de células solares en tándem paralelo. Cabe destacar que, si uno de los sub-células está realizando mal, el rendimiento en tándem afectada negativamente. Los resultados muestran que hay dos efectos principales. Si está en corto un sub-celular, por ejemplo, muestra un comportamiento óhmico, el FF T no será mayor que el FF de la mala sub-celular. J T SC y V T OC se verán afectados de manera similar. Este es el caso cuando V Puerta es baja y el sub-celular P3HT no ha puesto en ON.

    Por el contrario, si un sub-celular tiene buenas propiedades de diodo, pero bajo OC V o J SC, entonces J T SC es casi la suma de J F SC y J B SC. Sin embargo, si hay una gran diferencia entre cada V OC sub-celular, entonces V T OC es casi equivalente a la V OC menor. Este rendimiento se demuestra quen V Gate es alta y la célula PTB7 ha desactivado. El η T puede ser algo superior en el caso, pero todavía es probable que sea menor que la de la mejor solo sub-celular.

    La parte posterior sub-celular de encender antes de la sub-celular frente era inesperado ya que los sub-células compartir compuerta y comunes electrodos. La función de trabajo de su cátodo, y por lo tanto el grado de asimetría entre el electrodo de ITO y el cátodo, deben ser idénticos. Por otra parte, el sub-celular posterior muestra un OC V más alta que la sub-celular frente y debe exigir una mayor asimetría del electrodo con respecto a la función que la sub-celular frente, y por lo tanto una puerta de V grande trabajar antes de encender.

    Dado el nivel HOMO inferior del polímero PTB7, es posible que la supresión de inyección de huecos / extracción se produce más rápidamente en PTB7, y por lo tanto el dispositivo se enciende en una puerta inferior V. Otros efectos a tener en cuenta son el hecho de que es un PTB7copolímero, que es un polímero compuesto de unidades de donante y aceptor alterna. Esto podría tener un impacto en los dipolos generados interfaz entre el polímero y el electrodo común CNT.

    El procedimiento descrito en este texto se aplica a las aplicaciones que se adhieren a las siguientes limitaciones. El material activo semiconductor no debe ser soluble o afectado adversamente por los materiales iónicos. En el caso de emisión de luz o dispositivos fotovoltaicos, las capas de ánodo y de semiconductores no deben ser opaco en las mismas regiones espectrales. Dadas estas restricciones, es posible aplicar estas técnicas a los diodos orgánicos emisores de luz, transistores de efecto de campo orgánicos, inorgánicos y dispositivos similares.

    En conclusión, un método de fabricación del dispositivo tándem paralelo que posee ventajas sobre metodologías de procesamiento convencionales se describe. El método no requiere procesamiento de vacío, es escalable, se puede realizar en las condiciones ambientales,y cada capa activa se fabrica de una manera óptima, la reducción de la incidencia de cortocircuitos y simplificar el procesamiento. Las características salientes son identificados en la operación de los tándems OPV paralelas. Si bien las eficiencias globales son algo baja, nuevas mejoras se pueden hacer mediante la optimización de las capas fotoactivas y electrodos CNT. Además, si las células sub encendido al mismo tiempo, se observó un η T más del 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).
    Método ambiente para la producción de un cátodo común iónicamente cerrada nanotubos de carbono en las células solares en tándem Orgánica
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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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