Hier präsentieren wir ein Protokoll organischen Dünnschicht-Solarzellen herzustellen mit einem Minischlitzdüsenbeschichtungsvorrichtung und der damit verbundenen In-line-Struktur Charakterisierungen Synchrotron Streuung Techniken.
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Methodenartikel
Printing Herstellung von Bulk-Heterosolarzellen und In Situ Morphologie Charakterisierung
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Polymerbasierte Materialien sind vielversprechend als kostengünstige, flexible, effiziente Photovoltaik-Bauelemente. Bei den meisten Laborbemühungen zur Herstellung von Hochleistungsgeräten wurden Geräte verwendet, die durch Schleuderbeschichtung hergestellt wurden, ein Verfahren, das für die Herstellung in großem Maßstab nicht geeignet ist. Diese Diskrepanz bei der Herstellung von Geräten macht es schwierig, die im Labor erzielten quantitativen Ergebnisse auf kommerzielles Niveau zu übertragen, was die Optimierung erschwert. Mit einem Mini-Slot-Die-Coater kann diese Diskrepanz behoben werden, indem der kommerzielle Prozess auf das Labor übertragen und die Strukturbildung in der aktiven Schicht des Geräts in Echtzeit und in situ charakterisiert wird, während Filme auf ein Substrat aufgetragen werden. Die Evolution der Morphologie wurde unter verschiedenen Bedingungen charakterisiert, was es uns ermöglichte, einen Mechanismus vorzuschlagen, durch den sich die Strukturen bilden und wachsen. Dieser Mini-Slot-Die-Coater bietet einen einfachen, bequemen und materialeffizienten Weg, mit dem die Morphologie in der aktiven Schicht unter industriell relevanten Bedingungen optimiert werden kann. Das Ziel dieses Protokolls ist es, experimentelle Details zu zeigen, wie ein Solarzellenbauelement mit einem Mini-Slot-Die-Coater hergestellt wird, sowie technische Details zur In-situ-Strukturcharakterisierung mit dem Mini-Slot-Die-Coater.
Einleitung
Organische Photovoltaik (OPV) sind eine vielversprechende Technologie kosteneffizienter erneuerbarer Energien in naher Zukunft herzustellen. 1, 2, 3 Enorme Anstrengungen unternommen wurden , photoaktive Polymere und Herstellung hocheffizienten Geräte zu entwickeln. Bisher wurden einschichtige OPV Geräte eine> 10% Wirkungsgrad der Leistungsumwandlung (PCE) erreicht. Diese Wirkungsgrade wurden im Labormaßstab Geräte unter Verwendung von Spin-Coating erreicht, den Film zu erzeugen und die Translation zu größeren Größenskala Geräte hat voll gewesen mit erheblichen Verringerungen....
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Protokoll
1. Photon aktive Mischung Tintenherstellung
- Wiegen 10 mg DPPBT Polymer und 10 mg PC 71 BM Material (chemische Strukturen in Figur 1 gezeigt). Mischen Sie sie in einem 4-ml-Fläschchen.
- 1,5 ml Chloroform und 75 ul 1,2-Dichlorbenzol in die Mischung.
- Setzen Sie einen kleinen Rührstab in das Fläschchen, schließen Sie das Fläschchen mit einem Polytetrafluorethylen (PTFE) Kappe, und übertragen Sie die Fläschchen auf einer heißen Platte. Rühre bei ~ 400 Upm und Wärme bei ~ 50 ° C über Nacht vor dem Gebrauch.
2. ITO und Wafer-Substrat Reinigung und Vorbereitung
- Laden Indiu....
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Ergebnisse
Dargestellt in Figur 3 ist der Minischlitzdüsenbeschichtungssystem. Es besteht aus einer Beschichtungsmaschine, eine Spritzenpumpe und einem zentralen Schaltkasten. Die Beschichtungsmaschine ist der wesentliche Bestandteil, der aus einer Breitschlitzdüse Kopf hergestellt ist, eine horizontale Translationsstufe und eine vertikale Translationsstufe. Die Schlitzdüsenkopf ist mit der Basis eines vertikalen Translationsmotor über ein 2-D Neigungs Manipulator montiert ist.
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Diskussion
Das hier beschriebene Verfahren konzentriert sich eine Filmherstellungsverfahren zu entwickeln, das leicht skaliert in der industriellen Produktion werden kann. Dünnfilmdruck und Synchrotron Morphologie Charakterisierung sind die kritischsten Schritte mit dem Protokoll. In früheren Labor skaliert OPV Forschung wird Spin-Coating als die dominierende Methode zur Dünnschichtvorrichtungen herzustellen. Jedoch verwendet dieses Verfahren hohe Zentrifugalkraft, um sich auszubreiten BHJ-Lösung, die aus der industriellen Basis R.......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Danksagungen
Diese Arbeit wurde unterstützt von Polymer-Based Materials for Harvesting Solar Energy (PHaSE), einem Energy Frontier Research Center, das vom U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences unter der Fördernummer DE-SC0001087 und dem U.S. Office of Naval Research unter dem Vertrag N00014-15-1-2244 finanziert wurde. Teile dieser Forschung wurden an den Beamlines 7.3.3 und 11.0.1.2 an der Advanced Light Source des Lawrence Berkeley National Laboratory durchgeführt, die vom DOE, dem Office of Science und dem Office of Basic Energy Sciences unterstützt wurde.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| PC71BM | Nano-C Inc | nano-c-PCBM-SF | |
| DPPBT | Die Universität von Massachusetts | Maßgeschneidertes | |
| PEDOT:PSS | Heraeus | P VP Al 4083 | |
| Mucasol Flüssigreiniger | Sigma-Aldrich | Z637181 | |
| Aceton | Sigma-Aldrich | 270725 | |
| Isopropylalkohol | BDH | BDH1133 | |
| Chloroform | Sigma-Aldrich | 372978 | |
| 1,2-Dichlorbenzol | Sigma-Aldrich | 240664 | |
| Lithiumfluorid | Sigma-Aldrich | 669431 | |
| Aluminium | Kurt Lesker | EVMAL50QXHD | |
| Glasfläschchen | Fisher Scientific | 03-391-7B | |
| Ultraschallreiniger | Cleanosonic | Branson 2800 | |
| Backofen | WVR | 414005-118 | |
| Reinigungsgestell | Lawrence Berkeley National Lab | Custom | |
| Made Shadow Mask | Lawrence Berkeley National Lab | Custom Made | |
| UV-Ozone Cleaner UVOCS | INC | T16X16 OES | |
| Handschuhfach | MBraun | Custom Made | |
| Verdampfer | MBraun | Custom Made | |
| Slot Die Beschichter | Jema Science Inc | Custom Made | |
| Solar Simulator | Newport | Klasse ABB | |
| Spin Coater | SCS Ausrüstung | SCS G3 | |
| Heizplatte | Thermo Scientific | SP131015Q | |
| Röntgenmessung | Lawrence Berkeley National Lab | Beamline 7.3.3 |
Referenzen
- Brabec, C. J., et al. Polymer-Fullerene Bulk-Heterojunction Solar Cells. Adv. Mater. 22 (34), 3839-3856 (2010).
- Thompson, B. C., Fréchet, J. M. J. Polymer-Fullerene Composite Solar Cells. Angew. Chem. Int. Ed. 47 (1), 58-77 (2008).
- Günes, S., Neugebauer, H., Sariciftci, N. S.
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Nachdrucke und Genehmigungen
