Eşzamanlı Sayısal İletkenlik ve AFM kullanarak Organik Fotovoltaik Malzemeler Mekanik Özellikleri Ölçümleri

Aşağıdaki deneyin genel amacı, morfolojinin elektriksel performans ile korelasyonu yoluyla faz ayrılmış fulleren polimer karışımlarındaki iletkenlik mekanizmalarını anlamaktır. Polimer karışımlarının morfolojisi ve elektriksel özellikleri, organik güneş pilleri içindeki performanslarını kontrol eden iki temel faktördür. Morfolojinin numunelerin elektriksel performansı ile korelasyonu, ev yapımı bir kontrolör ve veri toplama sistemi ile bir atomik kuvvet mikroskobu kullanılarak numunenin mekanik ve elektriksel özelliklerinin eşzamanlı ölçümleri ile elde edilir.

Bu, A FM probu ile numune yüzeyi arasındaki kuvvetin mesafe bağımlılığının yanı sıra A FM probu ile numune arasındaki akımın mesafe bağımlılığı hakkında uzamsal olarak çözümlenmiş verileri toplamak için kullanılır, ikinci adım olarak taramanın her noktasında toplanan kuvvet mesafesi ve akım mesafesi eğrilerinin otomatik analizini gerçekleştirir. Bu, yüksek çözünürlüklü temas, sertlik, çekme kuvveti ve akım haritaları üretir. Daha sonra, numunenin young modülünü ve direncini elde etmek için temas, sertlik ve mevcut verilerin matematiksel bir dönüşümünü gerçekleştirmek için yaklaşık bir temas mekaniği modeli uygulayın.

Sonuçlar, mekanik imzaya dayalı olarak numune içindeki alanların kimyasal doğasının yanı sıra, eşzamanlı mekanik ve elektriksel özellik ölçümlerine dayalı olarak karışımın polimer açısından zengin ve sonraki zengin fazlarının iletkenliğindeki nicel farklılıkları tanımlar. Bu yöntem, aktif katman morfolojisinin kaynak hücre performansı üzerindeki performans üzerindeki etkilerini ve aktif katmanın yüz bileşiminin elektriksel özelliklerle korelasyonunu anlayarak, bu hücrelerin verimliliği ve stabilitesi gibi organik güneş pili geliştirme alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Ayrıca bu yöntem, organik elektronik malzemeler ve piller gibi diğer sistemlere de uygulanabilir.

Bu tekniğin diğer iletkenlik haritalama yöntemlerine göre en büyük avantajı, uç numunesi temas alanındaki belirsizliğin neredeyse tamamen ortadan kaldırılmasıdır. Bu, arayüzey özelliklerinin çok daha net bir resmine sahip olduğunuz anlamına gelir. Sinyali almak için örneği hazırlayın.

Üst elektrotu olmayan bir P üç H-T-P-C-B-M polimer güneş pili numunesi ile başlayın. Bunu, atomik kuvvet mikroskobu için harici elektrik konektörlerine sahip bir numune tutucuya monte edin. Ardından, numune tutucuyu bir nano kapsam beş kontrolör ile donatılmış ticari bir çok modlu atomik kuvvet mikroskobuna bağlayın.

A FM prob tutucusuna iletken bir prob takın ve tutucuyu mikroskoba monte edin. Şimdi prob düzeneğini harici bir akım amplifikatörüne bağlayın. Akım amplifikatörünün çıkışı, bir dijital toplama kartına köklenmiştir.

A FM probu, numune ve A FM voltaj kaynağı arasında elektrik bağlantısı yapmak için sadece prob. A FM sapma çıkışını, kuvvet sinyalini, s yükseklik çıkışını ve mesafe sinyalini bir dijital toplama kartına bağladığınızdan emin olun. Dijital alım kartlarındaki alım oranını saniyede 250.000 örneğe ve alım süresini bir saniyeye ayarlayın.

Ardından, A FM probu ile güneş pili elektrot örnekleri arasında istenen önyargıyı uygulayın. Bu deneyde hem pozitif altı voltta hem de negatif 10 voltta incelenmiştir. Şimdi, 30 nano Newton'luk bir tepe kuvveti ayar noktası, 300 nanometrelik bir destek salınım genliği, iki kilohertz'lik bir destek salınım frekansı, bir hertz'lik bir tarama hızı ve beş 12'ye beş 12 piksel çözünürlüğe sahip topografya verilerini toplayarak bir FM'yi tepe kuvvet modunda çalışacak şekilde ayarlayın.

A FM probundan gelen akım sinyalindeki gürültü seviyesi, iyi sinyal alımını engelleyebilir. Bu bir sorunsa, A FM probu akım amplifikatörünü ve voltaj kaynağını bağlamak için farklı kablolama şemaları deneyin Topografya verilerinin alınmasıyla eş zamanlı olarak kuvvet mesafesini ve akım mesafesi eğrilerini toplayın. Burada, bu laboratuvar görünümü kullanılarak yapılır.

Deneyin Matlab kontrolü. Veri analizi, zaman damgalı akım kuvveti ve mesafe sinyallerinin MATLAB'a okunmasıyla başlar. Kullanılan ayarlar için 2000 kuvvet mesafesi ve mesafe akımı eğrileri oluşturun.

İlk tarama satırı için, eğri sayısı, destek salınım frekansının ve tarama hızının bir fonksiyonudur. Burada gösterilen, mavi ile gösterilen zorlanmış mesafe verileri ile temsili bir eğridir, temas sertliği, diyagramda tanımlanan alfa açısı ile çekilir kuvvetin değeri ile verilir. Reaksiyon sırasındaki kuvvetin ilk minimumu da her eğriden gösterilir, temas sertliğini ve çekme kuvvetini belirler.

Diyagramdaki kırmızı eğri kuvvet akımı verileri içindir, destek geri çekilmeye başladığında akımın ortalama değeri, prob yüzeyden ayrılana kadar salınımının geri çekilme kısmına atıfta bulunulur ve değeri akım olarak adlandırılır. Bu veriler için, tamamlanacak her eğri için bu akımı belirleyin. Temas sertliği, çekme kuvveti ve akım haritaları için ilk tarama hattı, topografya sinyaliyle eşleşmesi için bu miktarların her biri için 2000 eşit aralıklı veri noktasını 512 nokta enterpolasyon yapar.

512 tarama çizgisinin her biri için bu adımları tekrarlayın. Elde edilen görüntülerin örnekleri sol üstte topografik ölçüm sonuçlarıdır. Sağ üstte, uzamsal olarak çözülmüş bir çekme kuvveti ölçümleri.

Sol alt kısım temas sertliğini gösterir. Sağ alt, numunenin negatif 10 voltta üst elektrotsuz bir P üç HT PCBM polimer güneş pili olduğu akımı gösterir, görüntü boyutu 10 mikrometreye 10 mikrometredir. Çekme kuvveti temas sertliği ile mevcut görüntüler arasındaki korelasyonlar, A FM probu ile yüzey arasındaki temas alanındaki değişiklik dikkate alınarak ortadan kaldırılabilir.

Deney sırasında, E'yi, Young modülünü bulmak ve direnci kürek çekmek için verileri ve görüntülenen denklemleri kullanın. Değişkenler, burada gösterilen metin protokolünde, daha önce gösterilen örneğin hesaplanan Young modülü olarak tanımlanır. Öngerilim voltajı eksi 10 volttur.

Farklı gençlerin ModuLite'ına sahip iki tür alan belirgindir. Polimer bakımından zengin olanlar mavi alanlarda görünür, dolgunluk açısından zengin olanlar koyu kırmızıdır. Direnç haritaları, güneş pilinin katmanları arasındaki elektriksel bağlantı hakkında bilgi sağlar.

İşte aynı örneğin farklı bir bölgesinden uzamsal olarak çözülmüş genç modülü ve direnci. Bu sefer altı voltluk bir önyargı voltajı ile beyaz oklar tam zenginleştirilmiş alanların bölgelerine işaret ediyor. Direncin, önyargı voltajı polaritesinin bir fonksiyonu olarak değiştiğine dikkat edin.

Bu prosedürü takiben, negatif bir yanlılık olduğunda bölgeler düşük bir dirence ve pozitif bir yanlılık olduğunda yüksek bir dirence sahiptir. Güç dönüşümü gibi diğer yöntemler, organik güneş pillerindeki aktif katmanın morfolojisinin korelasyonunun cihaz performansı ile ilişkilendirilmesi gibi ek soruları yanıtlamak için tüm güneş pilinin verimlilik ölçümü yapılabilir.