Login processing...

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

Engineering

Tandem Organik Güneş Pilleri bir iyonik Geçitli Karbon Nanotüp Ortak Katot Üretimi için ortam Yöntemi

doi: 10.3791/52380 Published: November 5, 2014

Introduction

Polimer yarı iletkenler nedeniyle ısıya hassas yüzeylerde yüksek ekstensiyonu iyi ulaşım özellikleri, esneklik ve uyumluluk önde gelen organik fotovoltaik (OPV) malzemelerdir. OPV aygıt, güç dönüşüm verimliliği, η, onları giderek sürdürülebilir bir enerji teknolojisi, yapım 9.1% 1 gibi yüksek tek hücre verimleri ile, son yıllarda önemli ölçüde atladı.

Η gelişmelere rağmen, cihazların ince optimum etkin katman kalınlıkları ışık emilimini sınırlamak ve güvenilir imalat engel. Buna ek olarak, her bir polimerin ışık emiliminin spektrum genişliği, inorganik malzemelere kıyasla oldukça sınırlıdır. Spektral duyarlılığı, farklı eşleştirme polimerleri tandem mimarileri 2 gerekli bir yenilik yaparak, bu zorlukları atlar.

Serisi tandem cihazlar en yaygın tandem mimarisi vardır. Bu tasarımda, bir elektron nakil malzemelerve arkadaşları, isteğe bağlı bir metal rekombinasyon tabakası ve bir delik taşıma katmanı alt-hücreler olarak adlandırılan iki ayrı foto katman bağlanır. Bir seri konfigürasyonda bir alt-hücre bağlama kombine aygıtın açık devre gerilimi arttırır. Bazı gruplar degenerately katkılı taşıma katmanları 3 ile başarı vardı - 5, ama daha grupları katlarında 6,7 delik ve elektronların rekombinasyon yardım etmek için altın veya gümüş parçacıkları kullandık.

Bunun aksine, paralel tandemler iki aktif tabakasının birleştirilmesi, yüksek iletkenlik elektrotu ya anot ya da katot gerektirir. Ara katman metalik parçacıklar içeren seriye ait ardışık arakatmanlarının azaltır ve daha da çok ince, sürekli metal elektrotlar oluşan paralel ardışık ara katmanları için bulunacak şekilde oldukça şeffaf olmalıdır. Karbon nanotüpler (CNT) yaprak metal tabakalardan daha yüksek şeffaflık gösteriyor. Nanotech Enstitüsü Yani, Shimane Üniversitesi ile işbirliği içinde, int varMonolitik, paralel ardışık cihazlarda 8 ara kat elektrot olarak kullanma yaklaşımını ortaya roduced.

Önceki çabaları interlayer anot 8,9 olarak işlev CNT levhalar ile monolitik, paralel, tandem OPV cihazlar özellikli. Bu yöntemler daha sonra paso bir veya hücrelerden ya da zararlı önceki tabakaların kısa devre önlemek için özel bakım gerektirir. Bu yazıda tarif edilen yeni bir yöntem, iki tek hücre polimerik aktif tabakalarının üstüne CNT elektrot yerleştirilerek imalatı kolaylaştırır, Şekil 1 'de gösterildiği gibi daha sonra iki ayrı cihaz lamine. Bu yöntem, bir hava dahil olmak üzere, cihaz olarak dikkat çekicidir -Kararlı CNT katot, sadece kuru ve çözüm işleme istihdam ortam koşullarında tamamen imal edilebilir.

Bunlar, fotoaktif bölgeden elektronları toplamak amacıyla çalışma fonksiyonu azaltmak için N-tipi katkılama gerektiren CNT sayfaları, gerçekte iyi katot değildirBir güneş hücresinin 10. 14 - Bir elektrolit içinde şarj çift katmanlı elektrik, bu tür bir iyonik sıvı, CNT iş fonksiyonlu 11 elektrotlar kaydırmak için kullanılabilir.

Kapı voltajı (V Kapı) artar, Şekil 2, bir önceki kağıt 15'te açıklandığı ve gösterildiği gibi, CNT ortak elektrotun iş fonksiyonlu elektrot asimetri yaratmak, azaltılır. Bu OPV en alıcısı elektronları toplama lehine OPV en donörden delik toplanmasını engeller ve cihazlar fotodiyot 15 davranış içine verimsiz photoresistor değişen, AÇIK. Aynı zamanda, enerji güneş pili 15 tarafından üretilen enerji önemsiz karşılaştırılır cihazı ve kapak kaçak akımlar nedeniyle kaybedilen enerji şarj etmek için kullanılabilir olduğunu belirtmek gerekir. CNT elektrotlar iyonik yolluk nedeniyle devletlerin düşük yoğunluk ve yüksek için çalışma fonksiyonu üzerinde büyük bir etkiye sahiptirCNT elektrot hacim oranı yüzey alanı. Benzer yöntemler, N-Si 16 CNT ara yüzeyinde bir Schottky bariyerini geliştirmek üzere kullanılmaktadır.

Protocol

1. İndiyum Kalay Oksit (ITO) Desenlendirme ve Temizlik

NOT: 15Ω / □ İTO cam ve satın alma ya da spin kaplama ve fotolitografiyle için uygun boyutlarda ITO cam kesti. Mümkün olduğunca büyük bir cam parçası üzerinde adımları 1,1-1,7 gerçekleştirmek, ve sonra daha küçük cihazların içine kesmek için en etkili yöntemdir. Ayrıca 1.1-1.7 ITO-tarafı yukarı dönük olmak üzere İTO cam gerektiren adımları unutmayın. Bu multimetrenin direnç ayarı ile kolayca kontrol edilebilir.

  1. 1 dakika boyunca 3000 rpm hızında İTO camın İTO-yüzüne S1813 pozitif fotodirenç Spin kat 1 mi. , Büyük cam parçaları için direnmek daha kullanın tüm cam kaplı olduğundan emin olun ve sıkma kaplayıcıyı başlamadan önce varsa kabarcıkları.
  2. 1 dakika boyunca 115 ° C de, sıcak bir plaka üzerinde, kaplanmış cam karşı yeniden birleşir.
  3. Örnek ve temas hizalayıcısı üzerine fotomaske yükleyin.
  4. Bir onaylama için ışığa dirençli kaplanmış İTO cam Açığauygun zaman. Maruz kalma süresi 10 saniye civarındadır, ancak UV lambası yoğunluğu, fotorezist Çeşidi ve kalınlığına göre, bu zaman değişir.
  5. MF311 geliştirici UV maruz kalan yüzeylerde geliştirin. Bir dönüş işlemcinin otomatik işlemleri en iyi ve en tekrarlanabilir sonuçlar üretir, ancak takip kalkınma elle yapılabilir.
    1. Geliştirici 1 dakika boyunca UV maruz kalan tabakaları daldırın, deiyonize (Dİ) su içinde durulama ve bir azot tabancası ile kurutuldu. Geliştirici hızlı gücünü kaybeder, çünkü örnekler arasındaki geliştirici değiştirin, ya da geliştirici yeniden ne zaman alternatif geliştirme süresini artırın.
  6. Konsantre edilmiş hidroklorik asit (HCI) İTO substratlar etch. Bu, HCl konsantrasyonuna bağlı olarak, 5-10 dakika arası sürer. Kuru DI su içinde durulayın ve bir multimetre ile kazınmış kısımlarının mukavemetliliğini test edin. Herhangi bir iletkenlik kalırsa, daha uzun bir süre aşınmaya.
  7. Aşındırma işlemi tamamlandıktan sonra, p kaldırmaAseton ile hotoresist. Fotorezist bu istemi çıkarılması desenli ITO gravür fazla kalıntı HCl engeller.
  8. Gerekirse, aygıt boyutları içine kazınmış İTO cam yüzeylerde kesti.
  9. Son olarak izopropil alkol DI su, aseton, tolüen, metanol, ve - çözücülerin bir dizisinde bir banyo ultrasonikatör içinde İTO yüzeylerin temizlenmesi.

2. OPV Alt hücre Fabrikasyon

  1. PC 61 BM çözüm: P3HT hazırlayın.
    NOT: En tutarlı sonuçlar için, bir azot ortamında çözümleri hazırlamak. Bu ortam koşullarında bu prosedürü takip etmek mümkündür.
    1. Bul ve iki temiz, ~ 4 ml cam şişe ve kapaklar kütlesini yazmak ve başka onları ayırmak için kalıcı bir kalem ile işaretleyin.
    2. (P, bir nitrojen veya argon eldiven kutusu içinde, bir şişeye poli (3-hexylthiophene-2,5-diil) (P3HT) yaklaşık olarak 10 mg transferi ve fenil-Cı 61 -butirik asit metil esterin sadece yaklaşık olarak, 10 mgDiğer C 61 BM).
    3. P3HT ve PC 61 BM kütlesini bulmak için tekrar şişeleri tartılır.
    4. Çözüm verme sürecinin geri kalanı için bir torpido gözü içine P3HT ve PC 61 BM ile şişeleri aktarın.
    5. Her bir şişeye manyetik bir karıştırma çubuğu ilave edin ve daha sonra 45 mg / ml çözeltinin oluşturmak için her kadar klorobenzen ekleyin.
    6. Yaklaşık 2 saat boyunca ya da çözücüler tamamen çözülene kadar 55 ° C'de manyetik karıştırma sıcak bir plaka üzerinde çözüm yerleştirin.
    7. BM solüsyonları birbirine P3HT ve PC 61 eşit hacimlerini karıştırın ve kullanımdan önce, bir saat daha karıştırılmış solüsyon karışmaya bırakıldı.
  2. PC 71 BM çözüm: PTB7 hazırlayın.
    1. Tekrar ile 2.1.4 için 2.1.1 adımları 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}) Bunun yerine P3HT ve PC (PTB7) ve fenil-7,1-butirik asit metil ester (PC 71 BM)61 BM.
    2. Klorobenzen hacim 1,8-diiodooctane (DIO) ile% 3 arasında bir karışımını yapın. Bu karışım, DIO-Cs olarak adlandırılır.
    3. 40 mg / ml solüsyon için PC 71 BM şişeye, bir 12 mg / ml çözelti ve yeterli, DIO-CB için PTB7 şişeye kadar, DIO-CB eklemek daha sonra her bir şişeye manyetik bir karıştırma çubuğu ilave edin ve.
    4. Bu çözüm, iki gün boyunca 70 ° C'de bir sıcak plaka üzerinde karıştırılmıştır edelim.
    5. 1.5 PC 71 1 BM için PTB7 bir ağırlık oranında çözümler karıştırın.
    6. Kullanmak için 70 ° C'de bir saat daha karıştırılmış çözelti, karıştırma öncesinde izin verin.
  3. Filtre poli (3,4-etilendioksitiyofen) poli (sitiren) (PEDOT: PSS), bir 0.45 um gözenek boyutlu naylon filtre yolu ile. Bu prosedür P VP AI4083 kullanır.
  4. Spin Coat Aktif katmanları.
    1. Temizlenmiş İTO alt tabakalar yer 5 dakika boyunca UV-Ozon süpürge içine kadar İTO-yan.
    2. Spin-ceket filtrelenmiş PEDOT 120 ul: PSS tedavi UV-ozon üzerine, ITO- cam tabakanın desenli1 dakika için 3000 rpm'de s. Bu, 30 nm kalınlığında bir tabaka vermesi gerekir.
    3. 180 ° C'de 5 dakika boyunca, PSS kaplanmış İTO substratlar: PEDOT tavlanması.
    4. Spin-kat karışık P3HT 70 ul: PC 61 BM çözeltisi PEDOT üzerine: PSS kaplanmış İTO 1 dakika boyunca yaklaşık 1000 rpm'de alt tabakalar. 200 nm kalınlığında olarak aktif bir tabakanın kaplanması için gerekli olarak oranını değişir.
    5. P3HT tavlanması: Bilgisayar 61 BM kaplanmış alt tabakaları, 170 ° C'de 5 dakika daha karıştırıldı. Sonuçlar, uygun tavlama sıcaklığında değişebilir.
    6. Spin-kat karışık PTB7 70 ul: PC 71 BM çözeltisi PEDOT üzerine: PSS kaplanmış İTO 1 dakika boyunca yaklaşık 700 rpm'de alt tabakalar. 100 nm kalınlığında olarak aktif bir tabakanın kaplanması için gerekli olarak oranını değişir.
    7. PTB7 yükleyin: PC, yüksek vakum 71. BM kaplı yüzeylerde (<2 x 10 -6 Torr) odasını artık DIO çıkarmak için. Tipik haliyle, bölme O / N örneklerini bırakın.

3. Tandem Cihazı Üretiyor

<ol>
  • Laminat CNT elektrotlar.
    1. Bir tandem cihaz yapmak için ikiye PTB7 ve P3HT yüzeylerde kesin. Bir uzman İTO desen bu adımı ihtiyaç olmaz. İTO modeli, en az iki paralel İTO uzakta diğerinden mm bir kenarından uzanan elektrodlardır olmalıdır.
    2. Birinci cam kenarlarından polimer ve PEDOT uzak silerek PTB7 ve P3HT kaplanmış alt-tabakaların hazırlanması, ve Şekil 1 'deki birinci panel görüldüğü gibi ortak bir elektrot olarak kullanılır İTO şeridi maruz bırakmaktadır.
    3. PTB7 ve P3HT elektrotların üstüne CNT ortak bir elektrot Laminat. , Cihaz üzerindeki filtre kağıdının CNT tarafına yerleştirerek hafifçe bastırarak ve sonra uzak filtre kağıdı soyulması ile bir SWCNT sürün. Bu, Şekil 1 'deki ikinci panelde gösterilmektedir.
    4. Metoksi-nonaflorobütan uygulayarak yüzeye CNT elektrot yoğunlaştırılması (C4 F 9 OCH3) (HFE) ve küçük Amou ile CNT kaplayaraksıvının nt ve sonra kapalı kurumasına izin.
    5. . Şekil 1 'de, üçüncü panelinde gösterildiği gibi, kapı elektroduna sahip olacak İTO üst ve cam, polimer ve CNT silin bir tıraş bıçağı ile kapı sızıntıyı önlemek için camın tüm polimer çıkarın.
    6. PTB7 ve P3HT kaplanmış alt-tabakaların temizlenmiş alanı üzerine CNT kapı elektroduna Laminat. Bir jilet ile MWCNT orman kenarından çekerek MWCNT lamine ve sac bazı kılcal tüpler arasında serbestçe bekletin. Cihaza CNT laminat bağlantısız tabaka içinden cihazı geçirin. Ortak elektrot üzerine belirtildiği gibi kapı elektrot tabakalar 2-3 kat daha fazla olması gerekir.
    7. HFE'nin ile kapı elektrodu yoğunlaştırmak.
  • Iyonik sıvının küçük bir damla (≈10 ul) yerleştirin N, N -dietil-N N-metil-- (2-metoksietil) biri CNT elektrotların her ikisininde en üstüne amonyum tetrafluoroborat, deme-BF4Substratların.
  • Dikkatle her-üst üste yaygın ve kapı elektrot iyonik sıvı ile alt-tabakanın üzerine iyonik sıvı olmadan yerleştirilmesidir. Bu, Şekil 1 'in son panelinde gösterilir.
  • Aktif bir alanı üzerinde, elektrot boyutundan daha küçük bir delik boyutu olan bir ışık-maskesi yerleştirin. Yerinde fotomaske tutmak yanı sıra test sırasında birlikte cihazı tutmak için küçük klipleri kullanın.
  • 4. Cihazı ölçün

    1. Ölçüm izolasyon kutusu içine cihazı aktarın.
    2. Elektrik bağlantılarını yapın.
      1. Ortak elektrot ve toprak gibi ortak ile kapı elektrot arasındaki kapı güç kaynağını bağlayın.
      2. Anot veya her iki anot birinin seçilmesini sağlayan anahtarı bağlı tellere iki İTO tutyaları bağlayın.
      3. Kaynak ölçü biriminin girişine anahtarının çıkışını bağlayın.
      4. Kaynak beden ölçüsü zeminini bağlayınOrtak elektrot URE birimi.
    3. V Gate artan için aşağıdaki adımları yineleyerek cihazın IV özelliklerini ölçün.
      1. 0.25 V. artışlarla V Gate V Kapısı'ndan = 2 V = 0 V başlayarak, bir sonraki değere V Gate ayarlayın
      2. 5 dakika bekleyin ya da kapı akımı stabilize olana kadar. İdeal olarak, kapı akımı nanoamper 10s civarında istikrar gerekir.
      3. Alt-hücrelerinin her ikisi için anahtarını ayarlayın.
      4. Lamba deklanşöre açın.
      5. Yaklaşık 100 artışlarla veya daha fazla 1 volt -1 volt kaynak ölçü birimi üzerinde bir gerilim taraması çalıştırın.
      6. -1 Volt 1 volt gerilim taraması çalıştırın.
      7. Lamba deklanşöre kapatın.
      8. Yeniden gerilim süpürür çalıştırın.
      9. Ön alt hücreye getirin.
      10. Tekrar 4.3.8 için 4.3.4 adımları.
      11. Arka alt hücreye getirin.
      12. Tekrar 4.3.8 için 4.3.4 adımları.
    4. Cihaz parametreleri hesaplamak. <ol>
    5. Alt hücre üzerindeki gerilim 0 V olduğu zaman, cihaz tarafından üretilen akım bularak her V Gate her alt hücrenin kısa devre akımı (J SC) bulun
    6. Alt-hücre üzerindeki akım 0 A olduğunda, cihaz tarafından üretilen voltaj bularak her V Gate her alt hücrenin açık devre gerilimi (V OC) bulun
    7. Her akım değeri, her voltaj değerini çarparak ve maksimum (en olumsuz) değer seçerek güneş hücresinden maksimum güç çıkışı bulun. Bu bir fotoğraf oluşturulan akım gibi olumsuz akımını ölçen varsayar.
    8. Giriş ışık gücü ile maksimum güç bölünmesi ile güç dönüşüm verimliliği (η) bulabilirsiniz.
    9. J SC ve V OC ürünün maksimum güç bölünmesi ile doldurma faktörü (FF) bulabilirsiniz.

    Representative Results

    Bu cihazlar ışık büyük bir aralığa emebilen polimerler, önemli ölçüde farklı bant aralıkları özellikle polimerleri, farklı meydana gelen bir ikili cihaz pratik bir ilgi çekmektedir. Bu cihaz yapıda, PTB7 alt hücre arka hücredir ve P3HT ön alt-hücresidir. P3HT alt hücre PTB7 alt hücre tarafından emilen daha uzun dalga boyu ışık için büyük ölçüde saydam olduğu için bu ışık büyük miktarını emmek üzere tasarlanmıştır. Tandem, ön veya sırasıyla geri hücreye atıfta zaman netlik, güneş pili parametreleri, V OC, J SC, FF, ve η uğruna bir simge T, F veya B ile dekore edilecek. Tablo 1 bu kısaltmalarını gösterir .

    Aygıtın akım voltajı eğrileri bir seçim, Şekil 3'te gösterilen ve Şekil 4 'de solar hücre parametreleri ekstre edilmiştir. Bu PTB7 alt hücre görülmektedir(Arka) P3HT alt-hücre (ön) çok daha düşük bir V Kapısı'nda AÇIK. 4 PTB7 hücre V Gate = 0.5 V ve V Kapısı = 1.5 V ön alt uydurulacak AÇMAK başlar ki göstermektedir cell V Gate = 1.0 V civarında AÇIK belirtileri gösterir, ancak tam V Kapısı = 2.0 V V T OC ve FF T aşağıda AÇIK ön alt biraz daha yüksek olması, kötü alt hücrenin davranışı taklit etmez V Gate cell <2.0 V ve V Kapısı için geri hücrenin biraz daha yüksek> 2.0 V. J T SC sonra gelin, V Kapısı <1,5 V J F SC ve J B SC toplamından daha azdır Geçerli ek oldukça iyidir. η T 1.5 V hariç tüm V Gate η F ya da η B daha az

    Mevcut ve efficienc kötü eklenmesiDüşük V Gate y nedeniyle kapalı durumda bir şant olarak ön alt-hücre oyunculuğa görünmektedir. Bu, ön hücrenin yüksek ölçüde doğrusal eğrileri ve V, Gate tandem = 1,5 V, Şekil 3'te de görüldüğü. Bunun tersi olarak, PTB7 arka cep bozulmuş sonra, (V Gate = 2.25 V'ta), yine de bir diyot özelliklerini muhafaza böylece Şekil 3'te eğri ile gösterildiği üzere, ve bir şönt olarak hareket etmez. Bu J SC ek olarak sonuçlanır, ancak V T OC, FF T ve η T nedeniyle düşük V B oc indirgenir. Sürecin basitliğinden sağlamlığı çekerken, malzeme elle işleme bağlı varyasyonları ve parti-parti farklılıklar bulunmaktadır. Bu ±% 0.5 ± 0.25 V gerilim ve en yüksek verimlilik da kaymalar olabilir. Bu varyasyon daha otomatik bir işlemi ile azaltılabilir.

    lt = "Şekil 1" src = "/ files / ftp_upload / 52.380 / 52380fig1highres.jpg" />
    Şekil 1. Tandem cihaz tasarım süreci. Imalat ve laminasyon işleminde sıralamasını gösteren oklar ile, iyonik-kapılı tandem OPV yapımında kullanılan. Nihai cihaz yapısının bir diyagramı sol alt köşesinde gösterilir. Bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

    Şekil 2,
    Şekil 2. Tandem cihazı bandı ve elektrik diyagramı. Tandem cihazının yaklaşık bant şeması boyunca tarafı aygıtının elektrik diyagramı gösterilmiştir. CNT elektrotlar üzerinde oklarla gölgeli bölgeler çalışma fonksiyonu içinde değişim göstermektedir. Katı çizgiler ve devre elemanları aşağıda elektrik bağlantılarını gösterir.jove.com/files/ftp_upload/52380/52380fig1large.jpg "target =" _ blank "> Bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

    Şekil 3,
    Şekil 3. IV eğrileri Seçilen. IV eğrileri ön (P3HT) hücre en iyi performansı göstereceği arka (PTB7) hücre en iyi performansı gösteren bir V Gate (1.5 V) ve daha yüksek bir V Gate (2.25 V) . "T" ve çevreleri tandem eğrisi, 'F' ve kareler ön ve 'B' göstermek ve geri üçgenler.

    Şekil 4,
    Şekil 4. Cihaz parametreleri. V Kapısı'na IV ölçümlerinden çıkarılan Güneş hücre parametreleri = V Kapısı'na 0,5 V = 2.25 V. 'T' ve siyah karelertandem eğrisi, 'F' ve mavi üçgenler ön ve 'B' ve kırmızı daireler geri göstermek. Kalın çizgiler çıkan sonuçları gösterir ise noktalı çizgiler OPV cihazın gerilimleri temizleyicileri azalan sonuçlarını gösterir.

    OPV Parametre Alt hücre ölçüldü
    Tandem Ön Geri
    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

    Tablo 1. Parametre kısaltmalar. Özet güneş pili parametre kısaltmalar. Superscripts, T, F ve B geri sırasıyla tandem, ön ve belirtmektedir.

    Discussion

    Paralel tandem güneş hücreleri tasarlarken sonuçları birkaç hususlar vurgulayın. Alt-hücrelerinin bir kötü çalışıyorsa Özellikle, tandem performans olumsuz etkilenir. Sonuçlar iki ana etkisi olduğunu göstermektedir. Bir alt-hücre kısa devre ise, örneğin, ohmik davranış gösterir, FF T kötü alt hücre FF daha yüksek olacaktır. J T SC ve V T OC benzer etkilenecektir. V Kapı düşüktür ve P3HT alt hücre üzerinde açık olmadığı zaman bu geçerlidir.

    Bir alt-hücreli iyi diyot özellikleri, ama düşük V OC veya J SC varsa Tersine, daha sonra J T SC neredeyse J F SC ve J B SC toplamıdır. Her alt-hücre V OC arasında büyük bir fark varsa Ancak, daha sonra V T OC daha az V oc neredeyse eşdeğerdir. Bu performans wh gösterilmiştirtr V Gate yüksek ve PTB7 hücre kapattı. Η T durumda bir şekilde daha yüksek olduğu, ama yine de tek başına iyi bir alt-hücre daha düşük olması muhtemeldir olabilir.

    Kapı ve ortak elektrotları paylaşan ön alt-hücre daha önceki açmadan arka alt-hücre alt-hücreleri gibi beklenmedik oldu. Bunların katodun iş fonksiyonlu ve İTO ve katot arasında elektrot asimetri nedenle derecesi, aynı olmalıdır. Bundan başka, arka alt-hücresi ön alt hücreden daha yüksek bir V OC gösterir ve açmadan önce ön alt-hücre dışında işlev, ve böylece daha büyük bir V Gate çalışmaya göre daha büyük elektrod asimetri gerektirir.

    PTB7 polimerin alt HOMO seviyesi göz önüne alındığında, bu delik enjeksiyon bastırılması / ekstraksiyon PTB7 daha hızlı bir şekilde oluşur, ve bu cihaz küçük V Gate açar mümkündür. Dikkate alınması gereken diğer etkiler PTB7 bir olduğu gerçeğidirverici ve alıcı birimler dönüşümlü biçimde oluşan bir polimerdir kopolimeri. Bu polimer ve CNT ortak elektrod arasında oluşturulan ara dipollerin üzerinde bir etkiye sahip olabilir.

    Bu metinde açıklanan prosedür aşağıdaki kısıtlamalara bağlı uygulamalara da uygulanabilecektir. Yarı iletken aktif madde çözünür ya da olumsuz iyonik malzemelerden etkilenmez olmamalıdır. Işık yayan veya fotovoltaik cihaz durumunda, anod ve yarı iletken tabakalar, aynı spektral bölgelerde opak olmamalıdır. Bu kısıtlamaları göz önüne alındığında, organik ışık yayan diyotlar, organik alan etkili transistörler ve benzeri inorganik cihazlara bu teknikleri uygulamak mümkündür.

    Sonuç olarak, geleneksel işlem yöntemleri üzerine avantajları sahip olan bir paralel bir ikili cihaz imalat yöntemi tarif edilmektedir. Bu yöntem, herhangi bir vakum işlem gerektirmektedir ölçeklenebilir, ortam koşullarında gerçekleştirilebilir,ve her bir aktif tabaka, şort vakalarının azaltılması ve işleme basitleştirilmesi, optimal bir şekilde imal edilir. Belirgin özellikleri paralel OPV tandemler operasyonda belirlenmiştir. Genel verimliliği biraz daha düşük olsa da, daha başka gelişmeler fotoaktif katman ve CNT elektrotlar optimize ederek yapılabilir. Alt-hücre, aynı zamanda açık, ayrıca,% 3 üzerinden bir η t gözlenmelidir.

    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).
    Tandem Organik Güneş Pilleri bir iyonik Geçitli Karbon Nanotüp Ortak Katot Üretimi için ortam Yöntemi
    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