Toplu Heterojonksiyonlar Solar Hücre Baskı İmalatı ve In Situ Morfoloji Karakterizasyonu

Bu deneyin genel amacı, organik ince film güneş pillerinin baskı imalatını göstermek ve solvent buharlaşması sırasında ince film morfolojisi evrimini gözlemlemektir. Bu yöntem, ince film güneş pilleri ve polimer kaplamalar gibi işlevsel ince filmlerdeki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olur. Bu tekniğin temel avantajı, endüstri işleme ve senkrotron tekniklerinin, malzeme biliminin temel yönünü göstermek için iyi bir şekilde birleştirilmesidir.

Bu yöntemin anlamı, nihai morfoloji ve cihaz performansının belirlenmesinde çok önemli olan bitişik ince filmlerin morfoloji evriminin anlaşılmasına yardımcı olur. Dolayısıyla bu teknik bize ince film organik fotovoltaiklerin morfolojisi hakkında bilgi verebilir. Ayrıca, örneğin ışık yayan diyotlar veya işlevsel ince film malzemeleri gibi diğer malzemeler hakkında da bize bilgi verebilir.

Alt tabakayı yüklemek için hazırlanan PEDOT: PSS kaplı indiyum-kalay oksit alt tabakayı mini yuvalı kalıp kaplayıcının taban plakasına yerleştirin. Alt tabaka plakasının altındaki doğrusal manipülatörü kullanarak, alt tabakanın konumunu yazıcı kafasının hemen altına yerleştirmek için ayarlayın. Yazdırma kafasını tutan iki boyutlu eğme manipülatörünü kullanarak kafa eğilmesini ayarlayın.

Kafanın yüklenen alt tabakanın üzerinde dikey olarak durduğundan emin olun. Kafayı alt tabaka mesafesini sıfıra ayarlayın. Dikey motor bir kuvvet sensörü ile birleştirilmiştir.

Baskı kafası yüzerken, baskı kafasının ağırlığından ve eğilebilir manipülatör tertibatlarından sabit bir kuvvet okuması elde edilecektir. Yazıcı kafası alt tabakaya dokunduğunda, okuma azalacak ve sıfır konumunu işaretleyecektir. Denemeyi çalıştırmak için bir alt tabaka değeri ayarlayın.

Bu deneyde, kafayı alt tabaka boşluğuna 100 mikrona ayarlayın. Ardından, yazdırmak için kullanılacak doğrusal öteleme aşaması motorunu ayarlayın. 10 milimetre motor konumunu başlangıç noktası ve 80 milimetre motor konumunu bitiş noktası olarak ayarlayın.

Motor kontrol yazılımı arayüzünü kullanarak yazdırma hızını saniyede 10 milimetreye ayarlayın. Motor hızlanma hızını saniyede 100 metreye ayarlayın. OPV mürekkebini bir mililitrelik bir şırıngaya yükleyin ve şırıngayı, yuva kalıbı yazıcısına bağlı olan şırınga pompasına monte edin.

Kontrol yazılımında yazdırma parametrelerini ayarlayın. Yazdırma deneyini başlatmak için, kontrol eden yazılımdaki konum penceresine başlangıç noktası konumunu yazın. Bu eylem, alt tabakayı başlangıç noktasına taşıyacaktır.

Şırınga pompası yazılımında başlat'a tıklayarak çözeltiyi yuva kalıbı kafasına pompalamaya başlayın. Çözelti baskı kafasından çıkmaya başladığında çeviri motorunu hızlı bir şekilde çalıştırın. Alt tabaka son konuma hareket edecektir.

Şırınga pompasını durdurun ve dikey motoru kullanarak baskı kafasını kaldırın. Vakumu kapatın ve alt tabakayı taban plakasından çıkarın. Kalan çözücüyü çıkarmak için basılı alt tabakayı üç ila beş saat vakumlu fırına yükleyin.

Ardından, baskı kafasının altına bir Petri kabı koyun. Temizlemek için baskı kafasına 10 mililitre kloroform pompalayın. Kirlenmiş kloroform çözeltisini Petri kabı ile toplayın.

X-ışını ölçümünde hava saçılmasını bastırmak için bir helyum kutusu kurun. Mini yuvalı kalıp kaplayıcıyı helyum kutusuna monte edin. Solvent buharlaşması üzerindeki kalınlık değişimini izlemek için baskı makinesine bir optik interferometre monte edin.

PEDOT: PSS kaplı gofret alt tabakasını yazıcının alt tabaka tutucusuna yerleştirin ve kafa ve alt tabaka konumunu daha önce olduğu gibi ayarlayın. Havayı çıkarmak için helyum kutusunu boşaltın. Oksijen seviyesi %0,3'ten az olmalıdırbu da bir oksijen sensörü tarafından izlenebilir.

Alt tabakayı, x-ışınının alt tabakaya çarptığı konuma hizalayın ve bu durumda 0.16 derece olan geliş açısını ayarlayın. Veri toplama yönteminde x-ışınına maruz kalma süresini ayarlayın. Burada, sunucu ışını hasarını önlemek için pozlama süresi olarak iki saniye ve ardından üç saniyelik gecikme süresi kullanın.

Böylece, her deney periyodu beş saniyedir. 100 fotoğraf çekerek 100 tekrardan oluşan sürekli bir kuyruk gerçekleştirin. Deneye bir ad verin ve deney dosyalarını kaydetmek için veri yolunu seçin.

Motor kontrol yazılımında başlangıç konumuna girerek alt tabakayı başlangıç konumuna getirin. X-ışını deklanşörünü başlatın ve dedektör sürekli olarak kırınım ve saçılma sinyallerini kaydedecektir. Ardından, çözeltiyi baskı kafasına beslemek için şırınga pompasını çalıştırın.

Çözüm, bir güvenlik kamerası tarafından izlendiği gibi baskı kafasından çıkmaya başladığında, yazdırma işlemini hızlı bir şekilde başlatın. Önceden seçilen ölçüm konumuna ulaşıldığında, iki boyutlu dedektör çözeltiden gelen saçılma sinyalini yakalayacaktır. Film kalınlığı bir interferometre ile izlenecektir.

Böylece, ince film morfolojisi evrimi kaydedilecektir. Yazıcı kafasını yukarı kaldırın ve deney bittiğinde kafayı temizleyin. Burada gösterilen, konjuge polimer PCBM karışımları ile kaplanmış bir ITO substratıdır.

Film görsel olarak oldukça pürüzsüz. Kaplanmış filmin başlangıcı ve sonu, oluşan menisküs ve kenarlardan kuruma nedeniyle her zaman tek tip değildir. Yeni kaplanmış alt tabaka sonunda gölge maskelerine yüklenir.

Maske, katot ince tabakasını biriktirmek için bir evaporatöre yüklenir. Burada gösterilen, katot tabakası biriktirme işleminden sonra tamamlanmış bir cihazdır. Cihaz performansı, santimetre kare başına 100 miliwatt'ın altında bir güneş simülatörü kullanılarak ölçülür.

İşte mini yuvalı kalıp kaplı bir cihazın temsili bir akım voltaj eğrisi. Slot kalıp kaplamalı cihazlar için ortalama %5,2'lik bir güç dönüşümü elde edilir, bu da spin kaplama ile elde edilene yakındır. Bu şekil, solvent kurutma sırasında tipik bir yerinde otlatma insidansı küçük açılı saçılma deneyini temsil etmektedir.

Zaman evrimi renk kodludur. Fazla miktarda çözücünün bulunduğu kurutmanın önceki aşamasında, kırmızı bir saçılma eğrisi görülür ve karışımlar iyice karıştırılır. Yaklaşık 0.02 ters angstrom civarında kademeli olarak bir saçılma zirvesi gelişti ve bu da yaklaşık 60 nanometre faz ayrılmasını gösterdi.

Bu bilgi, yerinde x-ışını kırınım sonuçlarıyla birleştiğinde, polimer kristalleşmesi ve faz ayrımının kinetiğini ortaya koymaktadır. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik uygun şekilde uygulanırsa yaklaşık beş dakika içinde yapılabilir. Bu deneyleri yapmaya çalışırken, her malzeme sistemi için ideal koşulu bulmamız gerektiğini hatırlamak önemlidir.

Bunun her deney için optimize edilmesi gerekir. Bu yöntem, ince film güneş pillerindeki araştırmacıların endüstriyel üretimdeki yapı ve özellik ilişkisini keşfetmelerinin yolunu açtı. Bu videoyu izledikten sonra, bir senkrotron ışın hattında yerinde bir baskı deneyinin nasıl yürütüleceğini çok iyi anlamış olmalısınız.