Analizar los Materiales y los Dispositivos Fotovoltaicos Orgánicos usando Nuevas Técnicas de la Antena de la Exploración por la Investigación del Asilo

Temas Revestidos

Extracto
Introducción
Análisis de la Morfología de Nanoscale
Microscopia Tiempo-Resuelta de la Fuerza Electroestática (trEFM)
Experimento del trEFM
Microscopia Atómica Fotoconductora de la Fuerza (pcAFM)
Resumen y Perspectiva

Extracto

Las células solares Orgánicas mantienen promesa como los medios económicos de cosechar energía solar debido a su facilidad de la producción y del tramitación. Sin Embargo, la eficiencia de tales dispositivos fotovoltaicos (OPV) orgánicos está actualmente debajo de ésa requerida para la adopción dispersa. La eficiencia de un OPV se conecta inextricablemente a su morfología del nanoscale. La metrología De Alta Resolución puede desempeñar un papel dominante en el descubrimiento y la optimización de nuevos semiconductores orgánicos en el laboratorio, así como ayuda a la transición de OPVs del laboratorio a la producción en masa. Revisamos las ediciones instrumentales asociadas a la aplicación de las técnicas de la microscopia de la antena de la exploración tales como microscopia atómica fotoconductora de la fuerza y microscopia tiempo-resuelta de la fuerza electroestática que se han mostrado para ser útiles en el estudio de células solares orgánicas nanostructured. Estas técnicas ofrecen discernimiento único en la heterogeneidad subyacente de los dispositivos de OPV y proporcionan a una base del nanoscale para entender cómo la morfología afecta directamente a la operación de OPV. Finalmente, discutimos las oportunidades para otras mejorías en microscopia de la antena de la exploración de contribuir al revelado de OPV. Todas Las mediciones y proyección de imagen discutidas en esta nota de aplicación fueron realizadas con un Microscopio Atómico de la Fuerza de la Investigación MFP-3D-BIO™ del Asilo.

Introducción

Los materiales de OPV son una tecnología alternativa emergente para convertir luz del sol en electricidad. OPVs es potencialmente muy barato tramitar, altamente escalable en términos de fabricación, y compatible con los substratos mecánicamente flexibles. En un dispositivo de OPV, los polímeros semiconductores o las pequeñas moléculas orgánicas se utilizan para lograr las funciones de cerco los fotones solares, de convertir los fotones a las cargas eléctricas, y de transportar las cargas a un circuito externo como corriente usable.

Actualmente, los sistemas de ejecución intenso-estudiados y más altos de OPV son los que emplean mezclas a granel de la heterounión (o BHJ) como la capa activa, con las eficiencias de conversión NREL-certificadas de potencia que mejoran aparentemente mensualmente, y poniéndose de pie actualmente en 6,77%. En una mezcla a granel de la heterounión, el material del donante y del validador se mezcla típicamente en la solución, y la mezcla entonces está recubierta en el substrato para formar la capa activa. Los pares del donante/del validador pueden consistir en dos diversos polímeros conjugados, pero es a menudo un polímero conjugado (donante) y un derivado soluble del fullerene (validador). El ejemplo en la Figura 1a muestra una configuración BHJ-basada típica del dispositivo de OPV.

A Pesar De los avances de los años últimos, las eficiencias de OPVs todavía están debajo del nivel necesario para la viabilidad industrial. El camino hacia eficiencia mejorada de OPV aparece directo y los investigadores están trabajando activamente en metas tales como mejor cubrimiento del espectro solar para aumentar la corriente, y niveles de energía adaptados de los donantes y de los validadores para ganar voltajes más altos del circuito abierto. Sin Embargo, éstos los problemas de otra manera directos en síntesis de los materiales son complicados por el hecho de que la textura, o la morfología, de la mezcla dispensadora de aceite del validador - que es sensible a las condiciones exactas de cómo la mezcla fue tramitada en una película fina - tiene un efecto dramático sobre el funcionamiento de OPVs. La importancia de la morfología se presenta de las demandas de competición de varios procesos microscópicos. Primero, cuando la luz se absorbe en un semiconductor orgánico, la energía produce un quasiparticle neutral, o el excitón, bastante que libremente ondas portadoras. En la mayoría de las células solares orgánicas, el excitón se disocia típicamente en cargas libres en el interfaz entre dos diversos semiconductores orgánicos con diversas afinidades de electrón, por lo tanto el uso disperso del donante/del validador mezcla. Sin Embargo, mientras que la capa activa de una célula solar orgánica necesita ser ~100-200nm densamente para absorber la mayor parte de la luz de incidente, la longitud de difusión de un excitón es ~10nm, y así los materiales del donante y del validador deben ser mezclados en este rendimiento de la escala de la longitud al dispositivo eficiente.



Cuadro 1. (a) Diagrama Esquemático de un dispositivo fotovoltaico orgánico de la heterounión a granel típica. Diagramas Esquemáticos (b) del trEFM y (c) de los ajustes experimentales del pcAFM basados en Sistema del MFP-3D-BIO™ AFM de la Investigación del Asilo.

Análisis de la Morfología de Nanoscale

El Análisis de esta morfología del nanoscale requiere la correspondencia espacial de alta resolución de la capa activa, determinado usando técnicas de la antena de la exploración tales como microscopia atómica de la fuerza (AFM) y sus diversas extensiones. La microscopia de Exploración de la antena es especialmente útil debido a la capacidad a la imagen en las resoluciones que se acercan a la escala de ~10-100nm de los dominios observados en materiales comunes de OPV. Varios grupos, por ejemplo, han analizado sistemas de OPV usando el AFM, la microscopia de conducto de la antena de Kelvin del AFM, (EFM) de la microscopia de la fuerza electroestática, y de la exploración (SKPM). Las variaciones Ópticas tales como campo cercano que exploraba la microscopia óptica (NSOM), y el AFM luminiscencia-basado el hacer un túnel también se han utilizado para sondar morfología de la mezcla de OPV.

Hemos revisado el uso amplio de la microscopia de la antena de la exploración en el campo de la electrónica orgánica y hemos determinado recientemente las áreas específicas de la física del nanoscale que son importantes para la operación de OPV. En este artículo, tomamos un giro más práctico y discutimos los retos experimentales y las oportunidades asociadas a dos diversas técnicas del AFM, al AFM fotoconductor (pcAFM) y a EFM tiempo-resueltos (trEFM) que han sido ayuda usada entienden cómo la morfología afecta funcionamiento de OPV.

el trEFM es una técnica sin contacto que utiliza mediciones tiempo-resueltas en capas de OPV para analizar las variaciones locales en la generación, la colección, y el licenciamiento photoinduced de la carga, mientras que el pcAFM es un método del contacto-modo que mide el photocurrent directamente para obtener la información útil de la morfología local y de su relación al photoresponse local. Figure que demostración 1b y 1c que un diagrama esquemático de la instrumentación utilizó en trEFM y pcAFM. En nuestro laboratorio, hemos ejecutado técnicas usando el MFP-3D-BIO AFM de la Investigación del Asilo acoplado a un microscopio óptico invertido TE2000-U de Nikon y controlado usando un paquete escrito en Igor (WaveMetrics, Inc.), el entorno informático científico del código de encargo usado por AFMs de la Investigación del Asilo. El sistema se monta en una tabla de cortar el pan óptica para acomodar la óptica externa (Laboratorios del Thor) y es utilizado por un escenario pasivo del aislamiento de vibración (Menos Tecnología de K). Los filtros de densidad (ND) Neutrales permiten que ajustemos la intensidad de la iluminación en ambas técnicas. El sistema entero se contiene dentro de un rectángulo de la madera contrachapada con la espuma que protege y acústico-que amortigua de cobre del endentado. Para proteger muestras potencialmente aire-sensibles contra la fotooxidación, utilizamos una célula flúida tapada Investigación del Asilo. Diseñado Originalmente para las muestras biológicas de la proyección de imagen bajo líquido, el diseño permiso el cargamento de muestras sensibles en la célula en una guantera y permite que realicemos mediciones mientras que está purgado con nitrógeno seco. Esta aproximación evita la necesidad de instalar el sistema entero de AFM/optical en una guantera.

Microscopia Tiempo-Resuelta de la Fuerza Electroestática (trEFM)

Antes de discutir los específicos del trEFM, primero revisaremos abreviadamente EFM de estado estacionario. Descripciones Más detalladas de EFM de estado estacionario convencional se pueden encontrar a otra parte. EFM es un formulario de la proyección de imagen del modo de la CA. Mientras Que la mayoría de los utilizadores del AFM son familiares con formularios mas comunes de la proyección de imagen del modo de la CA que exploten las acciones recíprocas de van der Waals entre la punta y la muestra a la topografía de la muestra de la imagen (e.g. “modo de contacto intermitente AFM ") EFM hace uso del hecho de que el movimiento oscilatorio del voladizo es también sensible a acciones recíprocas electroestáticas más de largo alcance entre la punta y la muestra. En un modo común de la proyección de imagen de EFM, estas acciones recíprocas electroestáticas son vigiladas midiendo su efecto sobre frecuencia voladiza de la resonancia mientras que el voladizo se hace para vibrar una cierta distancia (~10nm) encima de la superficie de la muestra. Las acciones recíprocas con la superficie en esta distancia son dominadas por gradientes locales de la fuerza electroestática, y la rotación en frecuencia voladiza de la resonancia es proporcional al gradiente capacitivo local y a la diferencia potencial entre la punta y la muestra. La rotación de frecuencia (f) se puede escribir como:

Aquí, C es la capacitancia, z es la altura de punta relativa, Vtip es el voltaje aplicado a la punta, y Vsample es el potencial local en la muestra. En un experimento de estado estacionario típico de EFM, una línea se explora en modo de la CA para registrar la topografía de la muestra; la punta entonces se aumenta una distancia de la precolocación (por ejemplo 20nm) más allá del rango de las fuerzas de corto alcance de van der Waals, y la rotación en la frecuencia resonante del voladizo se mide mientras que un voltaje es aplicado entre la punta y la muestra.

Mientras Que es convencional EFM ha sido útil en la caracterización de una variedad de procesos estáticos o quasiestáticos en dispositivos electrónicos orgánicos, de parámetros tales como potencial superficial y del fall capacitivo del gradiente de proporcionar a la información directa sobre la eficiencia local de una célula solar thinfilm. Para dirigir esta limitación, hemos ampliado la capacidad de EFM para permitir al estudio de fenómenos dependientes del tiempo en escala de tiempo del sub-ms usando trEFM. Con el trEFM, podemos medir el comportamiento transitorio en el gradiente de la fuerza electroestática. Específicamente, en nuestra actual puesta en vigor, vigilamos la rotación de frecuencia dependiente del tiempo en la Ecuación 1 que puede resultar, por ejemplo, de la acumulación rápida de carga photogenerated en una célula solar después de la iluminación, o la cinética rápida de la interceptación y el detrapping de ondas portadoras en escala de tiempo del sub-ms.

Experimento del trEFM

La Figura 2a representa la operación de un experimento del trEFM a la carga photogenerated dimensión. En la oscuridad, la plancha del semiconductor se agota sobre todo de ondas portadoras. La muestra entonces está iluminada con una pulsación de luz y el photoexcitation del material de OPV genera ondas portadoras. Debido al voltaje aplicado en la punta (en nuestros experimentos típicamente 5-10V), estas ondas portadoras photogenerated emigran a las caras opuestas de la capa activa. La acumulación resultante de carga cambia el gradiente de la capacitancia y de la fuerza electroestática, a su vez causando una rotación de frecuencia de la resonancia según la Ecuación 1. Contínuo midiendo el ƒ con la resolución de tiempo de ~100µs, podemos registrar una curva que carga y determinar el tipo que carga local en el material (Figura 2b). Mientras Que la capacidad de estudiar procesos dinámicos es una ventaja obvia del trEFM, hemos encontrado que otra ventaja importante del trEFM es que aparece ser menos sensible a la contaminación de la punta que EFM o SKPM convencional. Atribuimos esta robustez adicional al hecho de que el trEFM mide un índice de cambio bastante que un valor absoluto y así que somos menos sensible a la contaminación y por lo tanto somos una técnica más repetible y más robusta.



Cuadro 2. (a) pintura Esquemática de cómo las ondas portadoras photogenerated causan un aumento en el gradiente capacitivo y un cambio en el potencial superficial y así una rotación en la frecuencia de la resonancia. El índice de tiempo de cambio en esta rotación es qué es medida por el trEFM. (b) Gráfico Representativo de la rotación de frecuencia de la resonancia comparado con el tiempo que sigue el photoexcitation. En el ms del tiempo t=0, el LED se gira, causando una extinción exponencial en la rotación de frecuencia. Encontrando el constante de tiempo de esta extinción podemos extraer un tipo que carga relativo. (c) Topografía y (d) imagen del tipo que carga para la misma área de un PFB: Muestra de F8BT, disuelta en xilenos con la composición del 1:1. (e) tipos que cargan Espacial-Hechos un promedio en películas con diverso PFB: Las relaciones de transformación de F8BT son cuantitativo constantes con la tendencia exhibida por mediciones de EQE.

En nuestros experimentos utilizamos a menudo los voladizos Pinta-Revestidos comerciales (tales como Sensores ElectricTap-300G del Presupuesto) con el ~ constante los 40N/m del muelle k y el ~ 300kHz de la frecuencia f de la resonancia. Photoexcite la muestra con la iluminación pulsamos del LED operatorio en diversas longitudes de onda dependiendo de las propiedades de la amortiguación de la muestra. Para nuestros estudios de los polímeros del polyfluorene, utilizamos típicamente un 405nm LED (LEDtronics L200CUV405-8D16). el trEFM es bastante sensible que la iluminación de la inferior-intensidad LED, equivalente a Sun 1 o menos, es suficiente producir una señal útil. La Atenuación de la intensidad de luz usando los diversos filtros del ND se puede utilizar para ajustar la época que carga total de modo que sea de largo bastante ser limpia resuelto, pero bastante rápido de hacer mediciones relanzadas manejables.

Para generar una imagen, pulsamos el LED en cada posición respecto a la muestra y después registramos la rotación de frecuencia resultante en función de tiempo, dando por resultado gráficos tales como eso en la Figura 2b. Una función de la extinción exponencial entonces se ajusta a la extinción de la rotación de frecuencia, y este constante de extinción se relaciona con el photocurrent nosotros desea medir. Relanzamos este proceso para que cada pixel genere imágenes simultáneas del tipo que cargan y de la topografía. Porque el proceso que carga es relativamente rápido, una imagen del trEFM de 256 x 256 resoluciones tarda cerca de veinte minutos para detectar, que es comparable a las técnicas estándar de SKPM. La capacidad de registrar el movimiento voladizo con una resolución de tiempo más rápida, que debe ser posible con la nueva generación de dotación física del AFM, permitiría el uso de las pulsaciones de luz de una intensidad más alta y haría proyección de imagen incluso más rápida.

Como un ejemplo de las capacidades de esta técnica, hemos utilizado el trEFM para explorar el comportamiento que cargaba photoinduced en mezclas del allpolymer OPV, en este caso polivinílico (9,9' - dioctylfluorene-co-benzothiadiazole) (F8BT) y polivinílico (9,9' - dioctylfluorene-co-bis-n, la fenilenodiamina) de N'-phenyl-1,3- (PFB). Elegimos PFB: F8BT mezcla como sistema modelo debido a la literatura ancha que discute los efectos de la morfología del tramitación y de la mezcla sobre su funcionamiento. Comparando la topografía (Figura 2c) con la imagen del tipo que carga (Figura 2.a), podemos analizar el lazo entre el comportamiento que carga y el PFB local: Composición de la película de F8BT. Hemos confirmado el utilitario del trEFM como técnica analítica mostrando que el tipo que carga local espacial-hecho un promedio y la eficiencia de quantum externa medida (EQE) están correlacionados para una amplia gama de relaciones de transformación de la mezcla (Figura 2e). Esto es un resultado emocionante - con solamente un único factor de la calibración, una imagen del trEFM de una mezcla del polímero se puede utilizar para predecir exactamente la eficiencia de la célula solar del polímero que será fabricada de una película determinada. Uno puede imaginarse el usar de tal método ambos para revisar los nuevos materiales en el laboratorio, o como diagnóstico rápido del control de calidad en una instalación de producción. Además, observamos que es posible utilizar el trEFM para vigilar otras cantidades de interés, tales como interceptación espacial-correlacionada de la carga y detrapping.

Para calibrar el utilitario del trEFM en analizar tales materiales, es necesario determinar los límites de resolución espacial y de tiempo. Estimamos la resolución espacial usando los datos en la Figura 3a, donde un PFB: La mezcla de F8BT se quita parcialmente para exponer el substrato subyacente (óxido del estaño del indio, ITO) y una imagen del tipo que carga detectada. Puesto Que el cargar photoinduced no ocurre en ITO descubierto, podemos estimar la resolución lateral determinando la punta donde el cargar disminuye a través del interfaz del polímero-ITO. El tipo que carga en el interfaz es mitad eso sobre el polímero. Aproximadamente 90nm lejos del interfaz, el tipo que carga es el 80% del valor normal; esto implica una resolución lateral por orden de ~100nm es alcanzable usando trEFM. La imagen correspondiente del tipo que carga y la sección lineal representadas en el gráfico también se muestran. Aplicando pulsos de voltaje a un substrato metálico, podemos también determinar la resolución de tiempo de nuestro aparato actual. En la Figura 3b, aplicamos los pulsos de voltaje separados por 100µs y 50µs. En 100µs podemos observar sin obstrucción pulsos distintos, pero en 50µs que el límite de resolución de tiempo del ajuste da lugar a un traslapo de señales, éste es constante con nuestros tipos que cargan la resolución de la experiencia en las películas reales del polímero. De Acuerdo con tales datos, demandamos que el trEFM tiene una resolución espacial/de tiempo de ~100nm/~100µs, respectivamente. Las Mejorías en la tiempo-resolución más allá del límite actual 100µs no sólo nos permitirían a la imagen más rápida y estudiarían mejor la dinámica local del portador (interceptación, transporte, detrapping) en una escala de tiempo más corta, pero también activaría el estudio del polímero más altamente de ejecución: el fullerene mezcla sin la atenuación importante del pulso de la bomba del LED (que puede causar complicaciones experimentales adicionales).



Cuadro 3. (a) Línea trazos de la altura, del tipo que carga, de la magnitud de la rotación de frecuencia, y del desvío apto del tipo que carga en el interfaz de ITO del polímero. Los Datos fueron tomados a lo largo del área indicada en la imagen correspondiente del tipo que cargaba (correcta). El tipo que carga disminuye hasta el 80% el valor aproximadamente 90nm del tipo del polímero que carga típico del interfaz del polímero-ITO, según lo indicado por el círculo amarillo. (b) los pulsos de voltaje Tiempo-Resueltos en un ITO muestrean, separado por 100µs (se fue) y 50µs (derecho). Los datos 100µs indican la resolución de tiempo del trEFM; los pulsos 50µs-separated no pueden ser sin obstrucción-resueltos por la instrumentación actual.

Microscopia Atómica Fotoconductora de la Fuerza (pcAFM)

La caracterización Macroscópica de los parámetros del dispositivo tales como voltaje del circuito abierto, cortocircuita la corriente y el factor del terraplén proporciona a la información sobre funcionamiento total del dispositivo; sin embargo, en el nivel microscópico, puede ser difícil explicar cómo estos parámetros son afectados por diversas condiciones de tramitación y mezclan morfologías sin las mediciones directas que pueden correlacionar las propiedades electrónicas locales de la película con las características estructurales locales. Así, además de trEFM, hemos utilizado AFM fotoconductor (pcAFM) como herramienta complementaria para la caracterización microscópica de las películas heterogéneas de OPV. Un pariente de AFM conductor (cAFM), pcAFM registra photocurrents locales directamente en modo de contacto, esencialmente usando una antena metalizada del AFM como el contacto superior para formar una célula solar del nanoscale. En pcAFM, utilizamos típicamente la iluminación enfocada del laser al photoexcite la muestra. La pequeña área de la colección lleva a un pequeño photocurrent, e incluso los dispositivos de alta calidad con eficiencias de quantum externas sobre el 50%, encontramos beneficioso utilizar la iluminación de alta intensidad para mejorar la señal ruido. Por ejemplo, un laser verde (el Laser Cristalino GCL-005L, 5mW, 532nm, ve la Figura 1c) se centra a una mancha difracción-limitada en la muestra y se alinea con la punta; después de la atenuación, la intensidad del laser, y por lo tanto el daño previsto de la muestra, es a menudo comparables a ésa en experimentos confocales de la microscopia en muestras biológicas. También utilizamos los laseres azules y rojos como sea necesario para corresponder con el espectro de amortiguación del material que es estudiado. Haga Contacto Con las puntas del AFM con la capa total del metal, generalmente Au (los Sensores del Presupuesto, ContE-GB, ~ de k 0.2N/m), se utilizan para la medición. Un pequeño valor setpoint se utiliza para disminuir la destrucción de la capa del polímero mientras que también para guardar la capa conductora para liberar de la contaminación superficial. Quizás uno de los retos prácticos más importantes a usar el pcAFM está obteniendo una buena imagen eléctrica sin causar daño importante a la muestra. La Paciencia, y una buena voluntad de sacrificar muchos voladizos del AFM en nombre de ciencia son a menudo necesarias.

Con el pcAFM, el photocurrent medida en una ubicación dada refleja la generación de la carga local las propiedades. En 0 V, esta corriente representa la corriente del cortocircuito; es también posible registrar curvas del local IV en cada punta variando el voltaje. Hemos realizado el pcAFM en capas activas del fullerene típico del polímero tales como polivinílico (2-methoxy-5- (3', 7' - dimethyloctyl-oxy) - el vinylene 1,4-phenylene) (MDMO-PPV) o polivinílico (3-hexylthiophene) (P3HT) mezclado con el éster metílico ácido fenilo del derivado del fullerene (6,6) - C61-butyric (PCBM). Observamos heterogeneidad microscópica en la topografía y el cortocircuito photocurrent, incluso en las células solares más eficientes de MDMO-PPV/PCBM. La variación en photocurrent en áreas similares implica de otra manera topográfico diversas composiciones subsuperficies. Más recientemente, utilizamos mediciones más futuras del pcAFM en P3HT: Muestras de PCBM con diversas condiciones de tramitación para estudiar la contribución morfológica subyacente a los cambios en funcionamiento del dispositivo. Destemplar una película depositada es una fase de tratamiento común para mejorar la eficiencia del dispositivo. Usando pcAFM, podíamos observar directamente el lazo entre la distribución y la esmaltación photocurrent, a saber el aumento en promedio y photocurrent máximo con tiempo de esmaltación creciente. Por ejemplo, en la Figura 4a y 4b mostramos el cortocircuito de la topografía y de la correspondencia photocurrent para un P3HT: Película de PCBM destemplada por 10 minutos. Como con el MDMO-PPV: Las muestras de PCBM, las variaciones locales en photocurrent son evidentes dentro de áreas topográfico sin rasgos distintivos.

Como con el trEFM, podemos evaluar el lazo cuantitativo entre la información actual del pcAFM en caracterizar eficiencia de OPV correlacionando el photocurrent espacial-hecha un promedio en datos del pcAFM con mediciones de EQE en los mismos materiales. Como puede ser visto en la Figura 4c, las mediciones photocurrent derivadas vía pcAFM siguen la misma tendencia cualitativa que las eficiencias obtenidas de los dispositivos macroscópicos. Este resultado sugiere que el pcAFM pueda sondar los apuntalamientos microscópicos del funcionamiento macroscópico del dispositivo. Los datos del pcAFM detectados pueden entonces ser útiles para extraer el electrón y corriente y movilidad de agujero de los dispositivos de OPV y se podrían incluso utilizar como una herramienta para seleccionar mezclas y condiciones de tramitación óptimas. Sin Embargo, es importante acentuar que mientras que las tendencias cualitativas entre los datos del pcAFM y el EQE están generalmente en el buen acuerdo, encontramos a menudo diferencias cuantitativas entre los promedios locales del pcAFM y las propiedades a granel del dispositivo. Éste no es totalmente asombrosamente dado que estamos utilizando las altas puntas de la función de trabajo (Au, Pinta) y que se prevee que los efectos del contacto desempeñen un cierto papel en la extracción actual. De Hecho, es por esta razón que creemos que los datos del pcAFM correlaciona generalmente mejor con el funcionamiento macroscópico para una relación de transformación fija de la mezcla que hace a través de una amplia gama de concentraciones de validador dispensadoras de aceite, y la importancia del workfunction de la punta y de cualquier barrera asociada de la extracción de la inyección se debe tener siempre presente al analizar datos del pcAFM.

Resumen y Perspectiva

La morfología de BHJ en la cual OPVs confía es extremadamente compleja. La mezcla de un donante y de un validador de electrón en una solución común, seguida por la capa de la barrena, rinde una morfología que tenga características en una variedad de escalas de la longitud. Estas características a su vez afectan a la capacidad del dispositivo de partir excitones y la capacidad de resultar carga para navegar una ruta a través de la película para emerger como photocurrent útil. Como consecuencia, el funcionamiento de OPVs es intrínsecamente una propiedad local. Las Mediciones en los dispositivos a granel que son varios mm2 en área implicarán implícito mucho hacer un promedio de las propiedades del dispositivo y mucho del detalle microscópico local serán perdidas posteriormente.

Las técnicas que hemos descrito aquí son extensiones a la medición conducto-AFM hecha con una Investigación MFP-3D-BIO del Asilo. Éstos a su vez han permitido uso de hacer las mediciones de las propiedades de BHJs todas de la morfología, eléctricas y ópticas en el nanoscale, y, crucial, en la misma área del dispositivo. Como consecuencia hemos podido hacer pasos de progresión importantes hacia adelante en nuestra comprensión de cómo incluso los sistemas bien-caracterizados de OPV operatorio en términos de morfología local.



El Cuadro 4. heterogeneidad Microscópica en (a) topografía y (b) photocurrent en P3HT/PCBM mezcla. exploración de los 2µm. (c) La Correlación entre photocurrent espacial-hecha un promedio medida vía pcAFM y las mediciones de EQE para las mezclas de P3HT/PCBM destempladas para diversas longitudes del tiempo indican otra vez que los datos del pcAFM son cualitativo constantes con funcionamiento previsto del dispositivo.

Parece que hay mucho sitio para el adelanto adicional. Por ejemplo la resolución de las mejorías a tiempo en trEFM más allá del límite actual 100µs, por ejemplo usando el equipo de una más nueva generación con una anchura de banda más alta, podía abrir otros experimentos tiempo-resueltos en diversos sistemas tales como polímero: los dispositivos del fullerene así como mejoran la producción de la técnica. La iluminación amplia del espectro Que Acopla con los ajustes del pcAFM y del trEFM también permitiría análisis espectral del comportamiento optoelectrónico. El trabajo Adicional del pcAFM está actualmente en curso en varios grupos usando puntas más inferiores de la función de trabajo para evitar algunas de las limitaciones discutidas arriba y quizás para lograr un mejor acuerdo cuantitativo entre EQE y espacial-hizo un promedio de photocurrent en diversos dispositivos de la relación de transformación de la mezcla del donante/del validador.

Mientras Que las técnicas aquí se presentan en el contexto de morfología de OPV, debe esfuerzo que pueden también ser útiles en otras tecnologías photoactive. Por ejemplo, el tinte de estado sólido sensibilizó las células solares o se prevee que los photocatalysts compuestos exhiban la heterogeneidad local que afectaría final funcionamiento eléctrico. el trEFM y el pcAFM por lo tanto proporcionan a las herramientas ideales para caracterizar estos sistemas.

Fuente: “Nuevas Técnicas de la Antena de la Exploración para Analizar los Materiales y los Dispositivos Fotovoltaicos Orgánicos” por Rajiv Giridharagopal, Guozheng Shao, Arboledas de Chris, y David S. Ginger, Departamento de la Química, Universidad de Washington

Esta información ha sido originaria, revisada y adaptada de los materiales proporcionados por la Investigación del Asilo.

Para más información sobre esta fuente visite por favor la Investigación del Asilo

Date Added: Jul 1, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:55

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit