Analyser les Matériaux et les Dispositifs Photovoltaïques Organiques utilisant des Techniques Neuves de Sonde de Lecture par Recherche d'Asile

Sujets Couverts

Résumé
Introduction
Analyse de la Morphologie de Nanoscale
Microscopie Temps-Resolved de Force Électrostatique (trEFM)
Expérience de trEFM
Microscopie Atomique Photoconductrice de Force (pcAFM)
Résumé et Outlook

Résumé

Les piles solaires Organiques retiennent la promesse en tant que des moyens économiques de moissonner l'énergie solaire dus à leur facilité de production et du traitement. Cependant, l'efficience de tels dispositifs photovoltaïques (OPV) organiques est actuel ci-dessous cela exigée pour l'adoption répandue. L'efficience d'un OPV est inextricablement liée à sa morphologie de nanoscale. La métrologie À Haute Résolution peut jouer une fonction clé dans la découverte et l'optimisation des semi-conducteurs organiques neufs dans le laboratoire, ainsi qu'aide le passage d'OPVs du laboratoire à la production de masse. Nous révisons les aspects instrumentaux associés avec l'application des techniques de microscopie de sonde de lecture telles que la microscopie atomique photoconductrice de force et la microscopie temps-resolved de force électrostatique qui se sont avérées utiles dans l'étude des piles solaires organiques nanostructured. Ces techniques offrent la seule analyse dans l'hétérogénéité fondamentale des dispositifs d'OPV et constituent une base de nanoscale pour comprendre comment la morphologie affecte directement le fonctionnement d'OPV. En Conclusion, nous discutons des opportunités pour d'autres améliorations dans la microscopie de sonde de lecture de contribuer au développement d'OPV. Toutes Les mesures et représentation discutées dans cette note d'application ont été exécutées avec un Microscope Atomique de Force des Recherches MFP-3D-BIO™ d'Asile.

Introduction

Les matériaux d'OPV sont des technologies douces apparaissantes pour convertir la lumière solaire en électricité. OPVs sont potentiellement très peu coûteux de traiter, hautement évolutif en termes de fabrication, et compatible avec les substrats mécaniquement flexibles. Dans un dispositif d'OPV, des polymères semi-conducteurs ou les petites molécules organiques sont employés pour accomplir les fonctionnements de rassembler les photons solaires, de convertir les photons en frais électriques, et de transporter les frais à un circuit externe comme courant utilisable.

Actuellement, les systèmes d'OPV exécutants intense-étudiés et les plus élevés sont ceux qui utilisent des mélanges en vrac d'hétérojonction (ou BHJ) comme couche active, avec des efficiences NREL-certifiées de conversion de puissance s'améliorant apparemment mensuellement, et restant actuel à 6,77%. Dans un mélange en vrac d'hétérojonction, le matériau de donneur et d'accepteur sont type mélangés en solution, et le mélange est alors vêtu sur le substrat pour former la couche active. Les paires de donneur/accepteur peuvent se composer de deux polymères conjugués différents, mais c'est souvent un polymère conjugué (donneur) et un dérivé soluble de fullerene (accepteur). L'illustration dans la Figure 1a affiche une architecture BHJ-basée typique de dispositif d'OPV.

En Dépit des avances des dernières années, les efficiences d'OPVs sont toujours ci-dessous le niveau requis pour la viabilité industrielle. Le chemin vers l'efficience améliorée d'OPV semble droit et les chercheurs travaillent activement sur des objectifs tels qu'une meilleure couverture du spectre solaire pour augmenter le courant, et des niveaux énergétiques réglés des donneurs et des accepteurs pour gagner des tensions plus élevées de circuit ouvert. Cependant, ce des problèmes autrement droits dans la synthèse de matériaux sont compliqués par le fait que la texture, ou la morphologie, du mélange de distributeur d'accepteur - qui est sensible aux conditions exacts de la façon dont le mélange a été transformé en film mince - exerce un effet excessif sur la performance d'OPVs. L'importance de la morphologie résulte des exigences de concurrence d'un certain nombre de procédés microscopiques. D'abord, quand la lumière est absorbée dans un semi-conducteur organique, l'énergie produit un quasiparticle neutre, ou l'exciton, plutôt que librement des porteurs de charge. En la plupart des piles solaires organiques, l'exciton est type dissocié dans les frais libres à la surface adjacente entre deux semi-conducteurs organiques différents avec différentes affinités d'électron, par conséquent l'utilisation répandue du donneur/de accepteur se mélange. Cependant, alors que la couche active d'une pile solaire organique doit être ~100-200nm profondément pour absorber la majeure partie de la lumière d'incident, la longueur de diffusion d'un exciton est ~10nm, et ainsi les matériaux de donneur et d'accepteur doivent être mélangés sur ce rendement d'échelle de longueur par dispositif efficace.



Le Schéma 1. (a) Schéma d'un dispositif photovoltaïque organique d'hétérojonction en vrac typique. Schémas de principe (b) du trEFM et (c) des installations expérimentales de pcAFM basés sur le Système du MFP-3D-BIO™ AFM des Recherches d'Asile.

Analyse de la Morphologie de Nanoscale

L'Analyse de cette morphologie de nanoscale exige le mappage spatial à haute résolution de la couche active, en particulier utilisant des techniques de sonde de lecture telles que la microscopie atomique de force (AFM) et ses extensions variées. La microscopie de Balayage de sonde est particulièrement utile à cause de la capacité à l'image aux définitions approchant l'échelle de ~10-100nm des domaines observés en matériaux communs d'OPV. Plusieurs groupes, par exemple, ont analysé des systèmes d'OPV utilisant l'AFM, la microscopie de conduite de sonde de Kelvin d'AFM, (EFM) de microscopie de force électrostatique, et de balayage (SKPM). Des variations Optiques telles que la proche-zone balayant la microscopie optique (NSOM), et le perçage d'un tunnel AFM luminescence-basé ont été également employés pour sonder la morphologie de mélange d'OPV.

Nous avons récent révisé l'utilisation grande de la microscopie de sonde de lecture dans le domaine de l'électronique organique et avons recensé les zones particulières de la physique de nanoscale qui sont importantes pour le fonctionnement d'OPV. En cet article, nous prenons une spire plus pratique et discutons les défis expérimentaux et les opportunités associées avec deux techniques différentes d'AFM, AFM (pcAFM) photoconducteur et EFM (trEFM) temps-resolved qui ont étés aide utilisée comprennent comment la morphologie influence la performance d'OPV.

le trEFM est une technique de non contact qui emploie des mesures temps-resolved sur des couches d'OPV pour analyser les variations locales du rétablissement, de la collection, et du débit photoinduced de charge, alors que le pcAFM est une méthode de contact-mode qui mesure le photocurrent directement pour obtenir les informations utiles de la morphologie locale et son rapport au photoresponse local. Figure qu'exposition 1B et 1c qu'un schéma de principe de l'instrumentation a utilisée dans le trEFM et le pcAFM. Dans notre laboratoire, nous avons mis en application des techniques utilisant le MFP-3D-BIO AFM des Recherches d'Asile accouplé à un microscope optique inversé par TE2000-U de Nikon et réglé utilisant une suite de code personnalisé écrite dans Igor (WaveMetrics, Inc.), l'environnement logiciel scientifique employé par AFMs des Recherches d'Asile. Le système est monté sur une planche à pain optique pour faciliter le bloc optique externe (Laboratoires de Thor) et est supporté par un stade passif d'isolement de vibration (Sans la Technologie de K). Les filtres de densité (ND) Neutres nous permettent de régler l'intensité d'illumination dans les deux techniques. Le système entier est renfermé dans un cadre de contreplaqué avec du mousse de armature et de acoustique-amortissement de cuivre de maille. Afin de protéger les échantillons potentiellement air-sensibles contre la photo-oxydation, nous utilisons une cellule liquide scellée par Recherche d'Asile. Initialement conçu pour des échantillons biologiques de représentation sous le liquide, le design permet la charge des échantillons sensibles dans la cellule dans une boîte à gants et nous permet d'exécuter des mesures tandis que purgé avec de l'azote sec. Cet élan obvie à la nécessité d'installer le système entier d'AFM/optical dans une boîte à gants.

Microscopie Temps-Resolved de Force Électrostatique (trEFM)

Avant De discuter les détails du trEFM, nous réviserons d'abord brièvement EFM équilibré. Des descriptions Plus détaillées d'EFM équilibré conventionnel peuvent être trouvées ailleurs. EFM est une forme de la représentation de mode À C.A. Tandis Que la plupart des utilisateurs d'AFM sont au courant des formes plus communes de la représentation de mode À C.A. qui exploitent des interactions de van der Waals entre l'extrémité et l'échantillon à la topographie d'échantillon d'image (par exemple « mode de contact intermittent AFM ") EFM se sert du fait que le mouvement oscillant de l'encorbellement est également sensible à des interactions électrostatiques plus à longue portée entre l'extrémité et l'échantillon. En un mode commun de représentation d'EFM, ces interactions électrostatiques sont surveillées en mesurant leur effet sur la fréquence en porte-à-faux de résonance tandis que l'encorbellement est effectué pour vibrer une certaine distance (~10nm) au-dessus de la surface témoin. Les interactions avec la surface à cette distance sont dominées par des gradients locaux de force électrostatique, et la variation dans la fréquence en porte-à-faux de résonance est proportionnelle au gradient capacitif local et à la différence potentielle entre l'extrémité et l'échantillon. Le déplacement de fréquence (f) peut être écrit comme :

Ici, C est la capacité, z est la hauteur d'extrémité relative, Vtip est la tension appliquée à l'extrémité, et Vsample est le potentiel local dans l'échantillon. Dans une expérience équilibrée typique d'EFM, une ligne est balayée en mode À C.A. pour enregistrer la topographie d'échantillon ; l'extrémité est alors augmentée une distance de préréglage (par exemple 20nm) à au delà du domaine des forces à courte portée de van der Waals, et la variation dans la fréquence de résonance de l'encorbellement est mesurée tandis qu'une tension est appliquée entre l'extrémité et l'échantillon.

Tandis Que conventionnel EFM a été utile dans la caractérisation d'un grand choix de procédés statiques ou quasistatiques dans des appareils électroniques organiques, de paramètres tels que le potentiel extérieur et de défaillir capacitive de gradient de fournir des informations directes au sujet de l'efficience locale d'une pile solaire en couche mince. Pour adresser cette limitation, nous avons étendu la capacité d'EFM pour permettre à l'étude des phénomènes dépendant du temps aux échelles de temps de sous-Mme utilisant le trEFM. Avec le trEFM, nous pouvons mesurer le comportement passager dans le gradient de force électrostatique. Particulièrement, dans notre mise en place actuelle, nous surveillons le déplacement de fréquence dépendant du temps dans l'Équation 1 qui peut résulter, par exemple, de l'accumulation rapide de charge photogenerated dans une pile solaire après l'illumination, ou la cinétique rapide de piégeage et detrapping des porteurs de charge sur des échelles de temps de sous-Mme.

Expérience de trEFM

La Figure 2a dépeint le fonctionnement d'une expérience de trEFM à la charge photogenerated par mesure. Dans l'obscurité, la brame de semi-conducteur est en grande partie épuisée des porteurs de charge. L'échantillon est alors illuminé avec une pulsation lumineuse et le photoexcitation du matériau d'OPV produit des porteurs de charge. En Raison de la tension appliquée sur l'extrémité (dans nos expériences type 5-10V), ces porteurs de charge photogenerated migrent aux bords opposés de la couche active. L'accumulation donnante droit de charge change le gradient de capacité et de force électrostatique, consécutivement entraînant un déplacement de fréquence de résonance selon l'Équation 1. En mesurant continuellement le ƒ avec la résolution temporelle de ~100µs, nous pouvons enregistrer une courbure de remplissage et déterminer les tarifs de remplissage locaux dans le matériau (Figure 2b). Tandis Que la capacité d'étudier des procédés dynamiques est un avantage évident de trEFM, nous avons constaté qu'un autre avantage important de trEFM est qu'il semble être moins sensible à la contamination d'extrémité qu'EFM ou SKPM conventionnel. Nous attribuons cette robustesse ajoutée au fait que le trEFM mesure des tarifs de modification plutôt qu'une valeur absolue et ainsi sommes moins sensible à la contamination et sommes par conséquent une technique plus reproductible et plus robuste.



Le Schéma 2. (a) description Schématique de la façon dont les porteurs de charge photogenerated entraînent une augmentation du gradient capacitif et d'un changement du potentiel extérieur et ainsi un décalage dans la fréquence de résonance. Les tarifs de temps du changement de ce décalage sont ce qui est mesuré par le trEFM. (b) Traçage Représentatif du déplacement de fréquence de résonance contre le temps suivant le photoexcitation. À Mme du temps t=0, le LED est allumé, entraînant un délabrement exponentiel dans le déplacement de fréquence. En trouvant la constante de temps de ce délabrement nous pouvons extraire des tarifs de remplissage relatifs. (c) Topographie et (d) image de remplissage de tarifs pour la même région d'un PFB : Échantillon de F8BT, dissous en xylènes avec la composition en 1:1. (e) tarifs de remplissage Spatial-Faits la moyenne en films avec différent PFB : Les taux de F8BT sont quantitativement compatibles avec la tendance montrée par des mesures d'EQE.

Dans nos expériences nous utilisons souvent les encorbellements Pinte-Enduits commerciaux (tels que Senseurs ElectricTap-300G de Budget) avec le ~ constant 40N/m de la source k et le ~ 300kHz de la fréquence f de résonance. Nous photoexcite l'échantillon avec l'illumination palpite des LED opérant à différentes longueurs d'onde selon les propriétés d'absorption de l'échantillon. Pour nos études des polymères de polyfluorene, nous utilisons type un 405nm LED (LEDtronics L200CUV405-8D16). le trEFM est assez sensible que l'illumination de la faible-intensité LED, équivalente à 1 Sun ou à moins, est suffisante pour produire un signe utile. L'Atténuation de l'intensité de lumière utilisant les filtres variés de ND peut être employée pour régler toute l'heure de remplissage de sorte qu'il doive assez longtemps être résolu proprement, mais assez rapide de rendre des mesures répétées menables.

Afin de produire d'une image, nous palpitons le LED à chaque position sur l'échantillon et enregistrons alors le déplacement de fréquence donnant droit en fonction du temps, ayant pour résultat des traçages de ce type dans la Figure 2b. Un fonctionnement de délabrement exponentiel est alors ajusté au délabrement du déplacement de fréquence, et cette constante de délabrement associe au photocurrent nous souhaitent mesurer. Nous répétons ce procédé pour que chaque pixel produise des images de remplissage simultanées de tarifs et de topographie. Puisque le procédé de remplissage est relativement rapide, une image de trEFM de 256 x 256 définitions prend environ vingt mn pour saisir, qui est comparable aux techniques normales de SKPM. La capacité d'enregistrer le mouvement en porte-à-faux avec une résolution temporelle plus rapide, qui devrait être possible avec le rétablissement neuf du matériel d'AFM, permettrait l'utilisation des pulsations lumineuses d'intensité plus normale et rendrait la représentation encore plus rapide.

En Tant Qu'un exemple des capacités de cette technique, nous avons employé le trEFM pour explorer le comportement de remplissage photoinduced dans des mélanges de l'allpolymer OPV, dans ce cas poly (9,9' - dioctylfluorene-Co-benzothiadiazole) (F8BT) et poly (9,9' - dioctylfluorene-Co-BRI-n, phénylènediamine de N'-phenyl-1,3-) (PFB). Nous avons choisi PFB : F8BT se mélange comme système modèle à cause de la littérature large discutant les effets de la morphologie de traitement et de mélange sur leur performance. En comparant la topographie (Figure 2c) à l'image de remplissage de tarifs (Figure 2d), nous pouvons analyser la relation entre le comportement de remplissage et le PFB local : Composition en film de F8BT. Nous avons confirmé l'installation du trEFM comme technique analytique en prouvant que les tarifs de remplissage locaux spatial-faits la moyenne et le rendement quantique externe mesuré (EQE) sont marqués pour un large éventail de taux de mélange (Figure 2e). C'est un résultat passionnant - avec seulement un facteur unique d'étalonnage, une image de trEFM d'un mélange de polymère peut être employée pour prévoir exactement l'efficience de la pile solaire de polymère qui sera fabriquée d'un film particulier. On peut imaginer employer une telle méthode les deux pour examiner les matériaux neufs dans le laboratoire, ou comme diagnostic rapide de contrôle qualité à des installations productives. Supplémentaire, nous notons qu'il est possible d'employer le trEFM pour surveiller d'autres quantités d'intérêt, telles que le piégeage spatial-marqué de charge et detrapping.

Afin de mesurer l'installation du trEFM en analysant de tels matériaux, il est nécessaire de déterminer les limites de résolution spatiale et temporelle. Nous estimons la résolution spatiale utilisant les données dans la Figure 3a, où un PFB : Le mélange de F8BT est partiellement retiré pour exposer le substrat fondamental (oxyde de bidon d'indium, ITO) et une image de remplissage de tarifs saisie. Puisque le remplissage photoinduced n'a pas lieu sur ITO nu, nous pouvons estimer la définition transversale en déterminant la remarque où le remplissage diminue en travers de la surface adjacente de polymère-ITO. Les tarifs de remplissage à la surface adjacente sont moitié cela au-dessus du polymère. Environ 90nm à partir de la surface adjacente, les tarifs de remplissage est 80% de la valeur normale ; ceci implique une définition transversale sur l'ordre de ~100nm est possible utilisant le trEFM. L'image de remplissage correspondante de tarifs et la partie linéaire représentées dans le traçage sont également affichées. En s'appliquant des impulsions de tension à un substrat métallique, nous pouvons également déterminer la résolution temporelle de notre appareil actuel. Dans la Figure 3b, nous appliquons des impulsions de tension séparées par 100µs et 50µs. À 100µs nous pouvons de manière dégagée observer des pouls distincts, mais à 50µs que la limite de résolution temporelle de l'installation a comme conséquence une superposition des signes, ceci est compatible avec nos tarifs de remplissage la résolution d'expérience sur les films réels de polymère. Basé sur de telles données, nous prétendons que le trEFM a résolution spatiale/temporelle de ~100nm/~100µs, respectivement. Les Améliorations dans la temps-définition au delà de la limite 100µs actuelle nous permettraient non seulement à l'image plus rapide et étudieraient mieux la dynamique locale de porteur (piégeage, transport, detrapping) sur des échelles de temps plus courtes, mais elle activerait également l'étude du polymère exécutant plus hautement : les mélanges de fullerene sans atténuation significative de la pompe à plomb Palpitent (qui peut entraîner des complications expérimentales supplémentaires).



Le Schéma 3. (a) Ligne traces de la hauteur, des tarifs de remplissage, de la grandeur de déplacement de fréquence, et de l'erreur en bonne santé de remplissage de tarifs à la surface adjacente d'ITO de polymère. Des Données ont été prises le long de la zone indiquée dans l'image de remplissage correspondante de tarifs (droite). Les tarifs de remplissage diminuent à 80% la valeur de remplissage de tarifs de polymère typique environ 90nm de la surface adjacente de polymère-ITO, comme indiqué par le cercle jaune. (b) les impulsions de tension Temps-Resolved sur un ITO échantillonnent, séparé par 100µs (est parti) et 50µs (droit). Les données 100µs indiquent la résolution temporelle du trEFM ; les pouls 50µs-separated ne peuvent pas être dégagé-resolved par l'instrumentation actuelle.

Microscopie Atomique Photoconductrice de Force (pcAFM)

La caractérisation Macroscopique des paramètres de dispositif tels que la tension de circuit ouvert, se mettent en court-circuit le courant et le facteur de remplissage fournissent des informations au sujet de performance générale de dispositif ; cependant, au niveau microscopique, il peut être difficile d'expliquer comment ces paramètres sont affectés par des conditions de traitement variées et mélangent des morphologies sans mesures directes qui peuvent marquer les propriétés électroniques locales du film avec les configurations structurelles locales. Ainsi, en plus du trEFM, nous avons utilisé AFM (pcAFM) photoconducteur comme outil complémentaire pour la caractérisation microscopique des films hétérogènes d'OPV. Un parent d'AFM (cAFM) conducteur, pcAFM enregistre le mode local de photocurrents directement en contact, essentiellement à l'aide d'une sonde métallisée d'AFM comme le premier contact pour former une pile solaire de nanoscale. Dans le pcAFM, nous utilisons type l'illumination orientée de laser au photoexcite l'échantillon. La petite zone de ramassage mène à un petit photocurrent, et même les dispositifs de haute qualité avec des rendements quantiques externes plus de 50%, nous le trouvons avantageux pour employer l'illumination à haute intensité pour améliorer le signal-bruit. Par exemple, un laser vert (le Laser GCL-005L, 5mW, 532nm En Cristal, voient la Figure 1c) est concentré à un endroit diffraction-limité sur l'échantillon et aligné avec l'extrémité ; après atténuation, l'intensité de laser, et pour cette raison les dégâts prévus d'échantillon, est souvent comparable à celle dans des expériences de microscopie confocale sur des échantillons biologiques. Nous utilisons également les lasers bleus et rouges au besoin pour apparier le spectre d'absorption du matériau étant étudié. Entrez En Contact Avec les extrémités d'AFM avec la couche générale en métal, habituellement Au (des Senseurs de Budget, ContE-GB, le ~ de k 0.2N/m), sont utilisés pour la mesure. Une petite valeur de point de consigne est employée pour réduire à un minimum la destruction de la couche de polymère tandis qu'aussi pour maintenir la couche conductrice exempte de la contamination extérieure. Peut-être un des défis pratiques les plus significatifs à utiliser le pcAFM obtient une bonne image électrique sans endommager significatif l'échantillon. La Patience, et une bonne volonté de sacrifier beaucoup d'encorbellements d'AFM au nom de la science sont souvent nécessaires.

Avec le pcAFM, le photocurrent mesuré à un emplacement donné réfléchit les propriétés de rétablissement de charge locale. À 0 V, ce courant représente le courant de court circuit ; il est également possible d'enregistrer des courbures des gens du pays IV à chaque remarque en variant la tension. Nous avons exécuté le pcAFM sur des couches actives de fullerene particulier de polymère telles que poly (2-methoxy-5- (3', 7' - dimethyloctyl-oxy) - vinylene 1,4-phenylene) (MDMO-PPV) ou poly (3-hexylthiophene) (P3HT) mélangé à de l'ester méthylique acide phénylique du dérivé de fullerene (6,6) - C61-butyric (PCBM). Nous avons observé l'hétérogénéité microscopique dans la topographie et le court circuit photocurrent, même dans les piles solaires les plus efficaces de MDMO-PPV/PCBM. La variation de photocurrent dans autrement topographiquement les zones assimilées implique différentes compositions sous la surface. Plus récent, nous avons utilisé d'autres mesures de pcAFM sur P3HT : Échantillons de PCBM avec différentes conditions de traitement pour étudier la cotisation morphologique fondamentale aux changements de la performance de dispositif. Recuire un film déposé est une étape de traitement commune pour améliorer l'efficience du dispositif. Utilisant le pcAFM, nous pouvions observer directement la relation entre la distribution et l'adoucissement photocurrent, à savoir l'augmentation de la moyenne et de photocurrent maximal avec du temps d'adoucissement accru. Par exemple, dans la Figure 4a et 4b nous affichons le court circuit de topographie et de correspondance photocurrent pour un P3HT : Film de PCBM recuit pendant 10 mn. Comme avec le MDMO-PPV : Les échantillons de PCBM, des variations locales de photocurrent sont évidents dans des zones topographiquement sans particularité.

Comme avec le trEFM, nous pouvons évaluer la relation quantitative entre l'information actuelle de pcAFM en caractérisant l'efficience d'OPV en marquant le photocurrent spatial-fait la moyenne dans des données de pcAFM avec des mesures d'EQE sur les mêmes matériaux. Comme peut être vu dans la Figure 4c, les mesures photocurrent dérivées par l'intermédiaire du pcAFM suivent la même tendance qualitative que les efficiences obtenues à partir des dispositifs macroscopiques. Ce résultat suggère que le pcAFM puisse sonder les soutiens microscopiques de la performance macroscopique de dispositif. Les données de pcAFM saisies peuvent alors être utiles pour extraire l'électron et le courant et la mobilité de trou des dispositifs d'OPV et pourraient même être utilisées comme un outil pour sélecter des mélanges optimaux et des conditions de traitement. Cependant, il est important de mettre l'accent sur que tandis que les tendances qualitatives entre les données de pcAFM et l'EQE sont généralement en bon accord, nous trouvons souvent des différences quantitatives entre les moyennes locales de pcAFM et les propriétés en vrac de dispositif. Ce n'est pas donné entièrement étonnant que nous utilisons les extrémités élevées de fonctionnement de travail (Au, Pinte) et qui entrent en contact des effets sont attendues pour jouer un certain rôle dans l'extraction actuelle. En Effet, c'est pour cette raison que nous croyons que des données de pcAFM marque généralement mieux avec la performance macroscopique pour un taux fixe de mélange qu'il fait en travers d'un large éventail de concentrations en accepteur de distributeur, et l'importance du workfunction d'extrémité et de n'importe quel barrage associé d'extraction d'injection devrait toujours être maintenue dans l'esprit en analysant des données de pcAFM.

Résumé et Outlook

La morphologie de BHJ sur laquelle OPVs comptent est extrêmement complexe. Le mélange d'un donneur et d'un accepteur d'électrons dans une solution commune, suivi de la couche de rotation, fournit une morphologie qui a des caractéristiques techniques sur un grand choix d'échelles de longueur. Ces caractéristiques techniques affectent à leur tour la capacité du dispositif de diviser des excitons et la capacité de donner droit charge de diriger une artère par le film pour apparaître comme photocurrent utile. En conséquence, la performance d'OPVs est par nature une propriété locale. Des Mesures sur les dispositifs en vrac qui sont plusieurs mm2 dans la zone concerneront implicitement beaucoup d'établissement d'une moyenne des propriétés de dispositif et une grande partie du petit groupe microscopique local seront ultérieurement détruites.

Les techniques que nous avons décrites ici sont des extensions à la mesure conduire-AFM effectuée avec une Recherche MFP-3D-BIO d'Asile. Celles-ci à leur tour ont permis l'utilisation d'effectuer des mesures toutes des propriétés de morphologie, électriques et optiques de BHJs sur le nanoscale, et, crucialement, sur la même zone du dispositif. En conséquence nous avons pu rendre des pas importants avant dans notre compréhension de la façon dont même les systèmes bien-caractérisés d'OPV fonctionnent en termes de morphologie locale.



Le Schéma 4. hétérogénéité Microscopique en (a) topographie et (b) photocurrent sur P3HT/PCBM se mélange. échographie de 2µm. (c) La Corrélation entre photocurrent spatial-fait la moyenne mesuré par l'intermédiaire du pcAFM et les mesures d'EQE pour des mélanges de P3HT/PCBM recuits pour différentes durées indiquent de nouveau que les données de pcAFM sont qualitativement compatibles avec la performance prévue de dispositif.

Il semble que il y a beaucoup de chambre pour davantage d'avancement. Par exemple les améliorations dans la résolution temporelle dans le trEFM au delà de la limite 100µs actuelle, par exemple utilisant le matériel de rétablissement plus neuf avec la bande passante élevée, ont pu ouvrir encore d'autres expériences temps-resolved sur des autres systèmes tels que le polymère : les dispositifs de fullerene ainsi qu'améliorent le débit de la technique. L'illumination grande S'accouplante de spectre avec les installations de pcAFM et de trEFM tiendrait compte également de l'analyse spectrale du comportement optoélectronique. Davantage de travail de pcAFM est actuel en cours dans plusieurs groupes utilisant des extrémités inférieures de fonctionnement de travail afin d'éviter certaines des limitations discutées ci-dessus et peut-être pour réaliser une meilleure convention quantitative entre EQE et spatial-a fait la moyenne de photocurrent sur différents dispositifs de taux de mélange de donneur/accepteur.

Tandis Que les techniques ici sont présentées dans le cadre de la morphologie d'OPV, on devrait noter qu'elles peuvent également être utiles dans d'autres technologies sensibles à la lumière. Par exemple, la teinture semi-conductrice a sensibilisé les piles solaires ou on s'attend à ce que des photocatalysts composés montrent l'hétérogénéité locale qui influencerait éventuel la performance électrique. le trEFM et le pcAFM fournissent pour cette raison les outils idéaux pour caractériser ces systèmes.

Source : « Techniques Neuves de Sonde de Lecture pour Analyser les Matériaux et les Dispositifs Photovoltaïques Organiques » par Rajiv Giridharagopal, Guozheng Shao, Vergers de Chris, et David S. Ginger, Département de Chimie, Université de Washington

Cette information a été originaire, révisée et adaptée des matériaux fournis par Recherche d'Asile.

Pour plus d'informations sur cette source visitez s'il vous plaît la Recherche d'Asile

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

Last Update: 14. June 2013 01:20

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