Analizzare i Materiali e le Unità Fotovoltaici Organici facendo uso di Nuove Tecniche della Sonda di Scansione tramite Ricerca dell'Asilo

Argomenti Coperti

Estratto
Introduzione
Analisi di Morfologia di Nanoscale
Microscopia Del tempo Risolta della Forza Elettrostatica (trEFM)
Esperimento del trEFM
Microscopia Atomica Fotoconduttrice della Forza (pcAFM)
Riassunto e Outlook

Estratto

Le pile solari Organiche tengono la promessa come mezzi economici di raccolta dell'energia solare dovuto la loro facilità di produzione e di elaborare. Tuttavia, il risparmio di temi di tali unità fotovoltaiche (OPV) organiche è corrente sotto quello richiesto per approvazione diffusa. Il risparmio di temi di un OPV è collegato inestricabile alla sua morfologia del nanoscale. La metrologia Ad Alta Definizione può svolgere un ruolo chiave nella scoperta e nell'ottimizzazione di nuovi semiconduttori organici in laboratorio come pure assiste la transizione di OPVs dal laboratorio a fabbricazione in serie. Esaminiamo gli aspetti strumentali connessi con l'applicazione delle tecniche di microscopia della sonda di scansione quali microscopia atomica fotoconduttrice della forza e microscopia del tempo risolta della forza elettrostatica che sono state indicate per essere utili nello studio sulle pile solari organiche nanostructured. Queste tecniche offrono la comprensione unica nell'eterogeneità di fondo delle unità di OPV e forniscono una base del nanoscale per la comprensione come la morfologia direttamente pregiudica l'operazione di OPV. Per Concludere, discutiamo le opportunità per ulteriori miglioramenti nella microscopia della sonda di scansione di contribuire allo sviluppo di OPV. Tutte Le misure e rappresentazione discusse in questa nota di applicazione sono state eseguite con un Microscopio Atomico della Forza della Ricerca MFP-3D-BIO™ dell'Asilo.

Introduzione

I materiali di OPV sono una tecnologia alternativa emergente per la conversione della luce solare in elettricità. OPVs è potenzialmente molto economico elaborare, altamente evolutivo in termini di fabbricazione e compatibile con i substrati meccanicamente flessibili. In un'unità di OPV, i polimeri semiconduttori o le piccole molecole organiche sono usati per compire le funzioni di raccolta dei fotoni solari, di conversione dei fotoni in cariche elettriche e del trasporto delle spese ad un circuito esterno come corrente utilizzabile.

Attualmente, i sistemi d'esecuzione di OPV intenso-studiati e più alti sono quelli che impiegano le miscele in serie BHJ o (di heterojunction) come il livello attivo, con i risparmi di temi di trasformazione dell'energia NREL-certificati che migliorano apparentemente mensilmente e corrente stanti a 6,77%. In una miscela in serie di heterojunction, il materiale del ricettore e del donatore è in genere misto in soluzione e la miscela poi è ricoperta sul substrato per formare il livello attivo. Le paia ricettore/del donatore possono consistere di due polimeri coniugati differenti, ma è spesso un polimero coniugato (donatore) e un derivato solubile del fullerene (ricettore). L'illustrazione nella la Figura 1a mostra ad un'architettura basata BHJ tipica dell'unità di OPV.

Malgrado gli avanzamenti di ultimi anni, i risparmi di temi di OPVs sono ancora sotto il livello stato necessario per attuabilità industriale. Il percorso verso risparmio di temi migliore di OPV sembra diretto ed i ricercatori attivamente stanno lavorando agli scopi quale migliore copertura dello spettro solare per aumentare la corrente ed ai livelli energetici adattati dei donatori e dei ricettori per guadagnare le più alte tensioni a circuito aperto. Tuttavia, questi problemi altrimenti diretti nella sintesi dei materiali sono complicati dal fatto che la tessitura, o la morfologia, della miscela erogatrice del ricettore - che è sensibile agli stati esatti di come la miscela è stata trasformata in una pellicola sottile - ha un effetto drammatico sulla prestazione di OPVs. L'importanza della morfologia risulta dalle domande in competizione di una serie di trattamenti microscopici. In Primo Luogo, quando l'indicatore luminoso è assorbito in un semiconduttore organico, l'energia produce un quasiparticle neutrale, o l'eccitone, piuttosto che liberamente i portatori di carica. In la maggior parte delle pile solari organiche, l'eccitone è dissociato tipicamente nelle spese libere all'interfaccia fra due semiconduttori organici differenti con differenti affinità di elettrone, quindi l'uso molto diffuso del donatore/ricettore si mescola. Tuttavia, mentre il livello attivo di pila solare organica deve densamente essere ~100-200nm per assorbire la maggior parte della luce incidente, la lunghezza di diffusione di un eccitone è ~10nm e così i materiali del ricettore e del donatore devono essere misti su questo rendimento del disgaggio di lunghezza un l'unità efficiente.



Figura 1. Disegno Schematico (A) di un'unità fotovoltaica organica di heterojunction in serie tipico. Rappresentazioni schematiche del (B) trEFM e (C) impostazioni sperimentali del pcAFM basate sul Sistema del MFP-3D-BIO™ AFM della Ricerca dell'Asilo.

Analisi di Morfologia di Nanoscale

L'Analisi di questa morfologia del nanoscale richiede la mappatura spaziale ad alta definizione del livello attivo, specialmente facendo uso delle tecniche della sonda di scansione quali microscopia atomica della forza (AFM) e le sue varie estensioni. La microscopia di Scansione della sonda è particolarmente utile a causa dell'abilità all'immagine alle risoluzioni che si avvicinano al disgaggio di ~10-100nm dei materiali in comune di OPV osservati domini. Parecchi gruppi, per esempio, hanno analizzato i sistemi di OPV facendo uso del AFM, della microscopia di conduzione della sonda di Kelvin del AFM, (EFM) di microscopia della forza elettrostatica e di scansione (SKPM). Le variazioni Ottiche quale il quasi-campo che scandisce la microscopia ottica (NSOM) e scavare una galleria a AFM basato a luminescenza egualmente sono stati usati per sondare la morfologia di miscela di OPV.

Recentemente abbiamo esaminato il vasto uso di microscopia della sonda di scansione nel campo di elettronica organica ed abbiamo identificato le aree specifiche di fisica del nanoscale che sono importanti all'operazione di OPV. In questo articolo, catturiamo un giro più pratico e discutiamo le sfide sperimentali e le opportunità connesse con due tecniche differenti del AFM, il AFM (pcAFM) fotoconduttore e EFM (trEFM) del tempo risolti che sono stati guida usata capiscono come la morfologia urta la prestazione di OPV.

il trEFM è una tecnica senza contatto che utilizza le misure del tempo risolte sui livelli di OPV per analizzare le variazioni locali nella generazione, nella raccolta e nello scarico photoinduced della tassa, mentre il pcAFM è un metodo del contatto-modo che misura direttamente il photocurrent per ottenere le informazioni utili della morfologia locale e la sua relazione al photoresponse locale. Calcoli che manifestazione 1b e 1c una rappresentazione schematica della strumentazione ha utilizzato nel trEFM e nel pcAFM. Nel nostro laboratorio, che abbiamo applicato sia le tecniche facendo uso del MFP-3D-BIO AFM della Ricerca dell'Asilo accoppiato ad un microscopio ottico invertito TE2000-U di Nikon che gestito facendo uso di una serie scritta in Igor (WaveMetrics, Inc.), l'ambiente di codice personalizzato di software scientifico usato dal AFMs della Ricerca dell'Asilo. Il sistema è montato su un tagliere ottico per accomodare l'ottica esterna (Laboratori di Thor) ed è supportato da una fase passiva di isolamento antivibrante (Meno Tecnologia del K). I Filtri grigii neutri (ND) permettono che noi regoliamo l'intensità dell'illuminazione in entrambe le tecniche. L'intero sistema è alloggiato all'interno di un contenitore di compensato con la schiuma proteggente e acustico-ammortizzante di rame della maglia. Per proteggere ai i campioni potenzialmente aero sensibili dalla fotoossidazione, usiamo una cella fluida sigillata la Ricerca dell'Asilo. Originalmente progettato per i campioni biologici della rappresentazione sotto liquido, la progettazione permette il caricamento dei campioni sensibili nella cella in una guantiera e che permette che noi realizziamo le misure mentre purgata con azoto asciutto. Questo approccio previene la necessità di installare l'intero sistema di AFM/optical in una guantiera.

Microscopia Del tempo Risolta della Forza Elettrostatica (trEFM)

Prima della discussione dei particolari di trEFM, in primo luogo brevemente esamineremo lo costante-stato EFM. Le descrizioni Più dettagliate dello costante-stato convenzionale EFM possono essere trovate altrove. EFM è un modulo della rappresentazione del modo di CA. Mentre la maggior parte dei utenti del AFM hanno una conoscenza di con i moduli più comuni della rappresentazione del modo di CA che sfruttano le interazioni di van der Waals fra il suggerimento ed il campione alla topografia del campione di immagine (per esempio “modo di contatto intermittente AFM ") EFM usa il fatto che il moto oscillatorio della trave a mensola è egualmente sensibile alle interazioni elettrostatiche più a lungo raggio fra il suggerimento ed il campione. In un modo comune della rappresentazione di EFM, queste interazioni elettrostatiche sono riflesse misurando il loro effetto su frequenza a mensola di risonanza mentre la trave a mensola è fatta per vibrare una certa distanza (~10nm) sopra la superficie del campione. Le interazioni con la superficie a questa distanza sono dominate dai gradienti locali della forza elettrostatica e la variazione nella frequenza a mensola di risonanza è proporzionale sia al gradiente capacitivo locale che alla differenza di potenziale fra il suggerimento ed il campione. Lo spostamento di frequenza (f) può essere scritto come:

Qui, la C è la capacità, la z è l'altezza di suggerimento relativa, la Vtip è la tensione applicata al suggerimento e la Vsample è il potenziale locale nel campione. In un esperimento tipico dello costante-stato EFM, una riga è scandita nel modo di CA per registrare la topografia del campione; il suggerimento poi è sollevato una distanza di preregolamento (per esempio 20nm) oltre all'intervallo delle forze a corta portata di van der Waals e la variazione nella frequenza di risonanza della trave a mensola è misurata mentre una tensione è applicata fra il suggerimento ed il campione.

Mentre convenzionale EFM è stato utile nella caratterizzazione di vari trattamenti statici o quasistatici in apparecchi elettronici organici, dei parametri quale potenziale di superficie e del venire a mancare capacitivo di gradiente di fornire informazioni dirette sul risparmio di temi locale di una pila solare di sottili pellicole. Per indirizzare questa limitazione, abbiamo esteso la capacità di EFM per permettere allo studio sui fenomeni dipendenti dal tempo alle cronologie genealogiche di sotto-sig.ra facendo uso di trEFM. Con trEFM, possiamo misurare il comportamento transitorio nel gradiente della forza elettrostatica. Specificamente, nella nostra implementazione attuale, riflettiamo la variazione di frequenza dipendente dal tempo nell'Equazione 1 che può derivare, per esempio, dalla capitalizzazione rapida della tassa photogenerated in una pila solare dopo l'illuminazione, o nella cinetica veloce detrapping e dell'intrappolamento dei portatori di carica sulle cronologie genealogiche di sotto-sig.ra.

Esperimento del trEFM

La Figura 2a descrive l'operazione di un esperimento del trEFM alla tassa photogenerated la misura. Nello scuro, la bramma a semiconduttore principalmente è vuotata dei portatori di carica. Il campione poi è illuminato con un impulso luminoso e il photoexcitation del materiale di OPV genera i portatori di carica. dovuto la tensione applicata sul suggerimento (nei nostri esperimenti tipicamente 5-10V), questi portatori di carica photogenerated migrano ai lati opposti del livello attivo. La capitalizzazione risultante della tassa cambia il gradiente della forza elettrostatica e di capacità, a sua volta causante uno spostamento di frequenza di risonanza secondo l'Equazione 1. Continuamente misurando il ƒ con risoluzione di tempo di ~100µs, possiamo registrare una curva di carico e determinare la tariffa di carico locale nel materiale (Figura 2b). Mentre la capacità di studiare i trattamenti dinamici è un ovvio vantaggio di trEFM, abbiamo trovato che un altro vantaggio significativo di trEFM è che sembra essere meno sensibile a contaminazione del suggerimento che EFM o SKPM convenzionale. Attribuiamo questa robustezza aggiunta al fatto che il trEFM misura una tariffa di cambiamento piuttosto che un valore assoluto ed in modo da è meno sensibile a contaminazione e conseguentemente è una tecnica più ripetibile e più robusta.



Figura 2. (A) dipinto Schematico di come i portatori di carica photogenerated causano un aumento nel gradiente capacitivo ed in un cambiamento nel potenziale di superficie e così uno spostamento nella frequenza di risonanza. La tariffa oraria di cambiamento in questo spostamento è che cosa è misurato da trEFM. (B) tracciato Rappresentativo dello spostamento di frequenza di risonanza contro tempo che segue photoexcitation. A spettrografia di massa di tempo t=0, il LED è acceso, causante un decadimento esponenziale nello spostamento di frequenza. Trovando la costante di tempo di questa disintegrazione possiamo estrarre una tariffa di carico relativa. (C) Topografia e (D) immagine di carico di tariffa per la stessa area di un PFB: Campione di F8BT, dissolto in xileni con la composizione in 1:1. (E) Spaziale-Ha fatto la media le tariffe di carico in pellicole con differente PFB: I rapporti di F8BT sono quantitativamente coerenti con la tendenza esibita tramite le misure di EQE.

Nei nostri esperimenti utilizziamo spesso le travi a mensola Pinta-Rivestite commerciali (quali i Sensori ElectricTap-300G del Bilancio) con il ~ costante 40N/m della sorgente K e il ~ 300kHz di frequenza f di risonanza. Photoexcite il campione con l'illuminazione pulsiamo dal LED che funziona alle lunghezze d'onda differenti secondo i beni di assorbimento del campione. Per i nostri studi dei polimeri del polyfluorene, usiamo tipicamente un 405nm il LED (LEDtronics L200CUV405-8D16). il trEFM è abbastanza sensibile che l'illuminazione dell'basso intensità LED, equivalente a 1 Sun o a di meno, è sufficiente per produrre un segnale utile. L'Attenuazione dell'intensità della luce della luce facendo uso di vari filtri dal ND può essere usata per regolare il momento di carico totale in modo che sia abbastanza lungamente di essere pulito risolto, ma abbastanza veloce di effettuare le misure ripetute maneggevoli.

Per generare un'immagine, pulsiamo il LED ad ogni posizione sul campione e poi registriamo lo spostamento di frequenza risultante in funzione di tempo, con conseguente tracciati come quello nella la Figura 2b. Una funzione di decadimento esponenziale poi misura alla disintegrazione dello spostamento di frequenza e questa costante di disintegrazione si riferisce al photocurrent noi desidera misurare. Ripetiamo questo trattamento affinchè ogni pixel generiamo le immagini di carico simultanee della topografia e di tariffa. Poiché il trattamento di carico è relativamente veloce, un'immagine del trEFM di 256 x 256 risoluzioni richiede circa venti minuti per acquistare, che è comparabile alle tecniche standard di SKPM. La capacità di registrare il moto a mensola con risoluzione di tempo più veloce, che dovrebbe essere possibile con la nuova generazione di hardware del AFM, permetterebbe l'uso degli impulsi luminosi dell'più alta intensità e renderebbe la rappresentazione ancora più veloce.

Come un esempio delle capacità di questa tecnica, abbiamo usato il trEFM per esplorare il comportamento di carico photoinduced nelle miscele del allpolymer OPV, in questo caso poli (9,9' - dioctylfluorene-co-benzothiadiazole) (F8BT) e poli (9,9' - dioctylfluorene-co-Banca dei Regolamenti Internazionali-N, fenilendiamina) di N'-phenyl-1,3- (PFB). Abbiamo scelto PFB: F8BT si mescola come sistema-modello a causa di ampia letteratura che discute gli effetti della morfologia di miscela e di trattamento sulla loro prestazione. Paragonando la topografia (Figura 2c) all'immagine di carico di tariffa (Figura 2d), possiamo analizzare la relazione fra comportamento di carico ed il locale PFB: Composizione nella pellicola di F8BT. Abbiamo confermato l'utilità di trEFM come tecnica analitica indicando che la tariffa di carico locale spaziale-fatta la media ed il risparmio di temi di quantum esterno misurato (EQE) sono correlati per una vasta gamma di rapporti di miscela (Figura 2e). Ciò è un risultato emozionante - con soltanto un singolo fattore di calibratura, un'immagine del trEFM di una miscela del polimero può essere usata per predire esattamente il risparmio di temi della pila solare del polimero che da costruzione da una pellicola particolare. Si può immaginare usando un tal metodo entrambi per schermare i nuovi materiali in laboratorio, o come sistema diagnostico rapido di controllo di qualità in un'installazione produttiva. Ulteriormente, notiamo che è possibile usare il trEFM per riflettere altre quantità di interesse, come l'intrappolamento spaziale-correlato della tassa e detrapping.

Per misurare l'utilità di trEFM nell'analizzare tali materiali, è necessario da determinare i limiti di tempo e spaziale di risoluzione. Stimiamo la risoluzione spaziale facendo uso dei dati nella la Figura 3a, dove un PFB: La miscela di F8BT parzialmente è rimossa per esporre il substrato di fondo (ossido di stagno dell'indio, ITO) e un'immagine di carico di tariffa acquistata. Poiché il carico photoinduced non ha luogo su ITO nudo, possiamo stimare la risoluzione laterale determinando il punto in cui fare pagare diminuisce attraverso l'interfaccia del polimero-ITO. La tariffa di carico all'interfaccia è metà quello sopra il polimero. Approssimativamente 90nm a partire dall'interfaccia, la tariffa di carico è 80% del valore normale; ciò implica una risoluzione laterale sull'ordine di ~100nm è raggiungibile facendo uso di trEFM. L'immagine di carico corrispondente di tariffa e la sezione lineare rappresentate nel tracciato egualmente sono indicate. Applicando gli impulsi di tensione ad un substrato metallico, possiamo anche determinare la risoluzione di tempo del nostro apparato corrente. Nella la Figura 3b, applichiamo gli impulsi di tensione separati da 100µs e da 50µs. A 100µs possiamo osservare chiaramente gli impulsi distinti, ma a 50µs che il limite di risoluzione di tempo dell'impostazione provoca una sovrapposizione dei segnali, questa è coerente con le nostre tariffe di carico risolvere di esperienza sulle pellicole reali del polimero. Sulla Base di tali dati, sosteniamo rispettivamente che il trEFM ha una risoluzione tempo/spaziale di ~100nm/~100µs. I Miglioramenti nella del tempo risoluzione oltre il limite corrente 100µs non solo ci permetterebbero all'immagine più veloce e meglio studierebbero la dinamica locale dei portafili (intrappolamento, trasporto, detrapping) sulle più brevi cronologie genealogiche, ma egualmente permetterebbe allo studio del polimero più altamente d'esecuzione: il fullerene si mescola senza attenuazione significativa dell'impulso della pompa del LED (che può causare le complicazioni sperimentali supplementari).



Figura 3. Riga (A) tracce dell'altezza, della tariffa di carico, della grandezza dello spostamento di frequenza e dell'errore adatto di carico di tariffa all'interfaccia di ITO del polimero. I Dati sono stati catturati lungo l'area indicata nell'immagine di carico corrispondente di tariffa (destra). La tariffa di carico fa diminuire a 80% il valore di carico approssimativamente 90nm di tariffa del polimero tipico dall'interfaccia del polimero-ITO, come indicato dal cerchio giallo. (B) impulsi di tensione Del tempo Risolti su un campione di ITO, separato da 100µs (lasciato) e da 50µs (destra). I dati 100µs indicano la risoluzione di tempo di trEFM; gli impulsi 50µs-separated non possono essere chiaro-risolti tramite la strumentazione corrente.

Microscopia Atomica Fotoconduttrice della Forza (pcAFM)

La caratterizzazione Macroscopica dei parametri dell'unità quale tensione a circuito aperto, mette in cortocircuito la corrente ed il fattore del materiale di riempimento fornisce informazioni sulla prestazione globale dell'unità; tuttavia, al livello microscopico, può essere difficile da spiegare come questi parametri sono influenzati dalle varie condizioni di lavorazione e mescolano le morfologie senza misure dirette che possono correlare i beni elettronici locali della pellicola con le funzionalità strutturali locali. Quindi, oltre a trEFM, abbiamo usato il AFM (pcAFM) fotoconduttore come strumento complementare per la caratterizzazione microscopica delle pellicole eterogenee di OPV. Un parente del AFM (cAFM) conduttivo, pcAFM registra i photocurrents locali direttamente nel modo di contatto, essenzialmente usando una sonda metallizzata del AFM come il contatto superiore per formare una pila solare del nanoscale. Nel pcAFM, usiamo tipicamente l'illuminazione messa a fuoco del laser a photoexcite il campione. La piccola area della raccolta piombo ad un piccolo photocurrent e perfino unità di alta qualità con i risparmi di temi di quantum esterni più di 50%, lo troviamo utile usare l'illuminazione ad alta intensità per migliorare il segnale/disturbo. Per esempio, un laser verde (il Laser GCL-005L, 5mW, 532nm A Cristallo, vede la Figura 1c) è messo a fuoco ad un punto diffrazione-limitato sul campione ed è stato allineato rispetto al suggerimento; dopo attenuazione, l'intensità del laser e quindi il danno previsto del campione, è spesso comparabili a quella negli esperimenti confocali di microscopia sui campioni biologici. Egualmente usiamo laser blu e rossi come richiesto per abbinare lo spettro di assorbimento del materiale che è studiato. Contatti i suggerimenti del AFM con il rivestimento globale del metallo, solitamente Au (i Sensori del Bilancio, ContE-GB, il ~ del K 0.2N/m), sono utilizzati per la misura. Un valore del punto vincente poco elevato è usato per minimizzare la distruzione del livello del polimero mentre anche per tenere il rivestimento conduttivo esente da contaminazione di superficie. Forse uno delle sfide pratiche più significative a usando il pcAFM sta ottenendo una buona immagine elettrica senza danneggiare significativo il campione. La Pazienza e una volontà sacrificare molte travi a mensola del AFM in nome di scienza sono necessaria spesso.

Con pcAFM, il photocurrent misurato ad una posizione data riflette la generazione della tassa locale beni. A 0 V, questa corrente rappresenta la corrente di cortocircuito; è egualmente possibile registrare le curve del locale IV ad ogni punto variando la tensione. Abbiamo eseguito il pcAFM sui livelli attivi del fullerene tipico del polimero come poli (2-methoxy-5- (3', 7' - dimethyloctyl-ossi) - 1,4-phenylene vinylene) (MDMO-PPV) o poli (3-hexylthiophene) (P3HT) misto con l'estere metilico acido fenilico del derivato del fullerene (6,6) - C61-butyric (PCBM). Abbiamo osservato l'eterogeneità microscopica sia nella topografia che nella corrente di corto circuito, anche nelle pile solari più efficienti di MDMO-PPV/PCBM. La variazione in photocurrent nelle simili aree implica altrimenti topografico le composizioni sotto la superficie differenti. Più recentemente, abbiamo usato ulteriori misure del pcAFM su P3HT: Campioni di PCBM con differenti condizioni di lavorazione per studiare il contributo morfologico di fondo ai cambiamenti nella prestazione dell'unità. La Tempera della pellicola depositata è una fase di lavorazione comune per migliorare il risparmio di temi dell'unità. Facendo Uso di pcAFM, potevamo direttamente osservare la relazione fra distribuzione e ricottura photocurrent, vale a dire l'aumento sia nella media che in photocurrent di punta con tempo di ricottura aumentato. Per esempio, nella la Figura 4a e 4b mostriamo la corrente di corto circuito di corrispondenza e della topografia per un P3HT: Pellicola di PCBM temprata per 10 minuti. Come con il MDMO-PPV: I campioni di PCBM, le variazioni locali in photocurrent sono evidenti all'interno delle aree topografico prive di caratteristiche particolare.

Come con trEFM, possiamo valutare la relazione quantitativa fra le informazioni correnti del pcAFM nella caratterizzazione del risparmio di temi di OPV correlando il photocurrent spaziale-fatto la media nei dati del pcAFM con le misure di EQE sugli stessi materiali. Può essere veduto nella la Figura 4c, le misure photocurrent derivate via pcAFM seguono la stessa tendenza qualitativa dei risparmi di temi ottenuti dalle unità macroscopiche. Questo risultato indica che il pcAFM può sondare i sostegni microscopici della prestazione macroscopica dell'unità. I dati del pcAFM acquistati possono poi essere utili da estrarre l'elettrone e corrente e mobilità di foro dalle unità di OPV e potrebbero anche essere usati come uno strumento per selezionare le miscele e le condizioni di lavorazione ottimali. Tuttavia, è importante sottolineare che mentre le tendenze qualitative fra i dati del pcAFM e il EQE sono generalmente in buon accordo, troviamo spesso le differenze quantitative fra le medie locali del pcAFM ed i beni in serie dell'unità. Ciò non è interamente sorprendente poichè stiamo usando gli alti suggerimenti di funzione di lavoro (Au, Pinta) e che gli effetti del contatto si pensano che svolgano un certo ruolo nell'estrazione corrente. Effettivamente, è per questo motivo che crediamo che dati del pcAFM correli generalmente meglio con la prestazione macroscopica per un rapporto fisso di miscela che fa attraverso una vasta gamma di concentrazioni di ricettore erogarici e l'importanza del workfunction del suggerimento e di tutta la barriera associata dell'estrazione dell'iniezione dovrebbe essere tenuta sempre presente quando analizza i dati del pcAFM.

Riassunto e Outlook

La morfologia di BHJ su cui OPVs conta è estremamente complessa. La mescolanza di un donatore e di un ricettore di elettrone in una soluzione comune, seguita dal rivestimento della rotazione, rende una morfologia che ha funzionalità su vari disgaggi di lunghezza. Queste funzionalità a loro volta pregiudicano la capacità dell'unità di spaccare gli eccitoni e l'abilità del risultato fa pagare per traversare un itinerario attraverso la pellicola per emergere come photocurrent utile. Di conseguenza, la prestazione di OPVs è inerentemente i beni locali. Le Misure sulle unità in serie che sono parecchi mm2 nell'area implicitamente comprenderanno moltissimo fare la media dei beni dell'unità e su gran parte del dettaglio microscopico locale successivamente saranno perse.

Le tecniche che abbiamo descritto qui sono estensioni alla misura condurre-AFM effettuata con una Ricerca MFP-3D-BIO dell'Asilo. Questi a loro volta hanno permesso l'uso effettuare le misure dei beni elettrici ed ottici di BHJs tutti della morfologia, sul nanoscale e, fondamentalmente, sulla stessa area dell'unità. Di conseguenza abbiamo potuti fare i passi avanti significativi nella nostra comprensione di quanto anche i sistemi ben-caratterizzati di OPV funzionano in termini di morfologia locale.



Figura 4. eterogeneità Microscopica in topografia (A) e (B) photocurrent su P3HT/PCBM si mescola. scansione di 2µm. (C) la Correlazione fra photocurrent spaziale-fatto la media misurato via pcAFM e le misure di EQE per le miscele di P3HT/PCBM temprate per le durate differenti indicano ancora che i dati del pcAFM sono qualitativamente coerenti con la prestazione prevista dell'unità.

Sembra che ci sia molta stanza per ulteriore avanzamento. Per esempio i miglioramenti nella risoluzione di tempo nel trEFM oltre il limite corrente 100µs, per esempio facendo uso della strumentazione della più nuova generazione con il più alta larghezza di banda, hanno potuto aprire ulteriori esperimenti del tempo risolti sui sistemi differenti quale il polimero: le unità del fullerene come pure migliorano la capacità di lavorazione della tecnica. La vasta illuminazione di Coppia di spettro con le impostazioni del trEFM e del pcAFM egualmente terrebbe conto l'analisi spettrale di comportamento optoelettronico. Ulteriore lavoro del pcAFM è corrente in corso in parecchi gruppi facendo uso dei suggerimenti più bassi di funzione di lavoro in modo da evitare alcune delle limitazioni discusse sopra e forse per raggiungere il migliore accordo quantitativo fra EQE e spaziale-ha fatto la media photocurrent sulle unità differenti di rapporto di miscela ricettore/del donatore.

Mentre le tecniche qui sono presentate nel contesto della morfologia di OPV, dovrebbe essere sollecitato che possono anche essere utili in altre tecnologie fotoattive. Per esempio, la tintura semi conduttrice ha sensibilizzato le pile solari o i photocatalysts compositi si pensano che esibissero l'eterogeneità locale che infine urterebbe la prestazione elettrica. il trEFM e il pcAFM quindi forniscono gli strumenti ideali per la caratterizzazione dei questi sistemi.

Sorgente: “Nuove Tecniche della Sonda di Scansione per Analizzare i Materiali e le Unità Fotovoltaici Organici„ da Rajiv Giridharagopal, da Guozheng Shao, Boschetti di Chris e da David S. Ginger, Dipartimento di Chimica, Università di Washington

Questi informazioni sono state originarie, esaminate ed adattate dai materiali forniti dalla Ricerca dell'Asilo.

Per ulteriori informazioni su questa sorgente visualizzi prego la Ricerca dell'Asilo

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

Last Update: 14. June 2013 01:28

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