보호 시설 연구에 의하여 새로운 스캐닝 탐사기 기술을 사용하여 유기 광전지 물자 그리고 장치 분석

커버되는 토픽

요약
소개
Nanoscale 형태학의 분석
시간 단호한 정전기힘 현미경 검사법 (trEFM)
trEFM 실험
광전도 원자 군대 현미경 검사법 (pcAFM)
개요와 전망

요약

로 약속이 유기 태양 전지에 의하여 생산의 그들의 용이함 때문에 태양 에너지를 가을걷이하고 가공의 경제적인 방법 보전됩니다. 그러나, 그 같은 유기 광전지 장치의 (OPV) 효율성은 대폭적인 채용을 위해 요구된 그것의 밑에 지금 있습니다. OPV의 효율성은 그것의 nanoscale 형태학에 해결할 수 없이 연결됩니다. 고해상도 도량형학은 실험실에 있는 새로운 유기 반도체의 발견 그리고 최적화에 있는 핵심 역활을 할 수 있고, 뿐 아니라 실험실에서 대량 생산에 OPVs의 전환을 지원합니다. 우리는 nanostructured 유기 태양 전지의 연구 결과에 유용하기 위하여 보인 광전도 원자 군대 현미경 검사법 및 시간 단호한 정전기힘 현미경 검사법과 같은 스캐닝 탐사기 현미경 검사법 기술의 응용과 관련되었던 쓸모 있는 문제점을 검토합니다. 이 기술은 OPV 장치의 근본적인 이성분으로 유일한 통찰력을 제안하고 형태학이 직접 OPV 작동에 어떻게 영향을 미치는지 이해를 nanoscale 기초를 제공합니다. 마지막으로, 우리는 스캐닝 탐사기 현미경 검사법에 있는 OPV 발달에 기여하는 추가 개선을 위한 기회를 토론합니다. 이 응용 주에서 토론된 모든 측정 및 화상 진찰은 보호 시설 연구 MFP-3D-BIO™ 원자 군대 현미경으로 능력을 발휘했습니다.

소개

OPV 물자는 전기로 햇빛 변환을 위한 나오는 양자택일 기술입니다. OPVs는, 가공하게 제조 식으로 고도로 측정할 수 있고는, 잠재적으로 아주 쌉니다 기계적으로 유연한 기질과 호환이 되는. OPV 장치에서는, semiconducting 중합체 또는 작은 유기 분자는 태양 광양자를 집합하고, 광양자를 전기료로 변환하고, 쓸모 있는 현재로 외부 회로에 책임 수송하기의 기능을 성취하기 위하여 이용됩니다.

현재, 강렬하 공부한, 가장 높은 능력을 발휘 OPV 시스템은 겉으로는 다달이 향상하고는, 그리고 6.77%에 지금 서 있는 상태에서 NREL 증명한 힘 변환 효율성이 액티브한 층으로 대량 이질 접합 (또는 BHJ) 혼합을, 채택하는 그들입니다. 대량 이질 접합 혼합에서는, 기증자와 수락자 물자는 해결책에서 전형적으로 섞이고, 혼합물은 기질에 그 때 액티브한 층을 형성하기 위하여 입힙니다. 기증자/수락자 쌍은 2개의 다른 활용된 중합체로 이루어져 있을 수 있습니다, 그러나 수시로 활용된 중합체 (기증자) 및 녹는 fullerene 유래물 (수락자)입니다. 숫자 1a에 있는 삽화는 전형적인 BHJ 기지를 둔 OPV 장치 아키텍쳐를 보여줍니다.

지난 몇년간의 어드밴스에도 불구하고, OPVs의 효율성은 산업 생존 능력을 위해 필요로 한 수준의 밑에 아직도 있습니다. 향상한 OPV 효율성으로 경로는 똑바른 것처럼 보이고 연구원은 태양 스펙트럼의 더 나은 엄호와 같은 목표 그리고 기증자 및 수락자의 맞추어진 에너지 레벨에 액티브하게 더 높은 개방 회로 전압을 얻기 위하여 현재를 증가하기 위하여 종사하고 있습니다. 그러나, 이들은 혼합이 박막으로 어떻게의 가공된지 정확한 조건에 과민한 제공 수락자 혼합 -의 짜임새에는, 또는 형태학에는, OPVs의 성과에 대한 극적인 효력이 있다는 것을 는 사실에 의해 물자 종합에 있는 다르게 똑바른 문제 복잡하게 됩니다. 형태학의 중요성은 다수 현미경 프로세스의 경쟁 수요에서 발생합니다. 빛이 유기 반도체에서 흡수될 때 첫째로, 중립 quasiparticle, 또는 여기자가 전하 운반체 보다는 오히려 에너지에 의하여, 자유롭게 생성합니다. 대부분의 유기 태양 전지에서는, 여기자는 전자 친화력 여러가지 2개의 다른 유기 반도체 사이의 공용영역에 자유 전하로 전형적으로 해리됩니다, 그러므로 기증자/수락자의 대폭적인 사용은 혼합합니다. 그러나, 유기 태양 전지의 액티브한 층은 사건 빛의 대부분을 흡수하는 ~100-200nm 인 두껍게 필요가 있는 그러나, 여기자의 퍼짐 길이는 ~10nm이고, 이렇게 기증자와 수락자 물자는 이 길이 가늠자 수확량에 혼합 이어야 합니다 능률적인 장치.



전형적인 대량 이질 접합 유기 광전지 장치의 숫자 1. (a) 개략도. 보호 시설 연구의 MFP-3D-BIO™ AFM 시스템에 근거를 두는 (b) trEFM 및 (c) pcAFM 실험적인 준비의 개요 도표.

Nanoscale 형태학의 분석

이 nanoscale 형태학의 분석은 원자 군대 현미경 검사법 및 그것의 각종 연장과 같은 스캐닝 탐사기 기술을 사용하여 액티브한 층의 고해상도에게 공간에게 (AFM) 지도로 나타내를, 특히 요구합니다. 검사 탐사기 현미경 검사법은 일반적인 OPV 물자에 관찰된 도메인의 ~10-100nm 가늠자에 접근하는 해결책에 심상에 능력 때문에 특히 유용합니다. 몇몇 단은 AFM, 수행 AFM, 정전기힘 현미경 검사법, 그리고 검사 켈빈 탐사기 현미경 검사법을 사용하여 (EFM), 예를 들면, OPV 시스템을 분석했습니다 (SKPM). 광학적인 현미경 검사법 (NSOM)를 검사하는 가깝 필드와 같은 광학적인 변이 및 터널을 파다 냉광 기지를 둔 AFM는 또한 OPV 혼합 형태학을 시험하기 위하여 이용되었습니다.

우리는 최근에 유기 전자공학의 필드 및 OPV 작동에 중요한 nanoscale 물리학의 확인한 특정 지역에 있는 스캐닝 탐사기 현미경 검사법의 넓은 사용을 검토했습니다. 이 약품에서는, 우리는 실제적인 회전을 취하고 실험적인 도전을 토론하고 형태학이 OPV 성과를 어떻게 착탄하는지 계속 사용한 도움과인 2개의 다른 AFM 기술, 광전도 AFM (pcAFM) 및 시간 단호한 EFM (trEFM) 관련되었던 기회는 이해합니다.

trEFM는 pcAFM는 현지 photoresponse에 현지 형태학 및 그것의 관계의 유용한 정보를 장악하기 위하여 photocurrent 직접 측정하는 접촉 최빈값 방법인 그러나, photoinduced 책임 발생, 수집 및 출력에 있는 현지 변이를 분석하기 위하여 OPV 층에 시간 단호한 측정을 이용하는 몸의 접촉이 없는 기술입니다. 기계 사용의 개요 도표가 trEFM와 pcAFM에서 사용한 1b와 1c 쇼 계산하십시오. 우리의 실험실에서는, 우리는 Nikon TE2000-U에 의하여 거꾸로 한 광학적인 현미경에 결합되고 Igor (WaveMetrics, Inc.)에 쓴 주문 부호 한 벌, 보호 시설 연구의 AFMs에 의해 이용된 과학적인 소프트웨어 환경을 사용하여 통제된 보호 시설 연구의 MFP-3D-BIO AFM를 사용하여 기술을 둘 다 실행했습니다. 시스템은 광학적인 밀가루 반죽대에 외부 광학 (토르 실험실)를 수용하기 위하여 거치되고 수동적인 진동 격리 단계에 의해 지원됩니다 (K 기술 마이너스). 중립 조밀도 (ND) 필터는 저희가 두 기술 전부에 있는 조명 강렬을 조정하는 것을 허용합니다. 전체 시스템은 구리 메시 보호 및 청각 감쇠 거품을 가진 합판 상자 안에 유숙합니다. 광산화에서 잠재적으로 공기 과민한 견본을 보호하기 위하여는, 우리는 보호 시설 연구에 의하여 밀봉된 유동성 세포를 이용합니다. 액체의 밑에 화상 진찰 생물학 견본을 위해 원래 디자인해, 디자인은 글로브 박스에 있는 세포로 깨끗이 하고 있는 동안 과민한 견본의 선적을 허용하고 저희가 건조한 질소로 측정을 허용합니다 실행하는 것을. 이 접근은 글로브 박스에 있는 전체 AFM/optical 시스템을 설치하는 필요를 제거합니다.

시간 단호한 정전기힘 현미경 검사법 (trEFM)

trEFM의 특성을 토론하기 전에, 우리는 첫째로 간단히 정상 상태 EFM를 검토할 것입니다. 전통적인 정상 상태 EFM의 상세한 묘사는 다른 곳에 찾아낼 수 있습니다. EFM는 AC 최빈값 화상 진찰의 양식입니다. 대부분의 AFM 사용자가 심상 견본 지세 (예를들면 "간헐적인 접촉형 AFM ")에 끝과 견본 사이 van der Waals 상호 작용을 EFM 이용하는 AC 최빈값 화상 진찰의 일반적인 양식에 동안 외팔보의 진동 운동이 또한 끝과 견본 사이 장거리 정전기 상호 작용에 과민하다 는 사실을 사용합니다. 1개의 일반적인 EFM 화상 진찰 최빈값에서는, 이 정전기 상호 작용은 공가 공명 주파수에 대한 그들의 효력을 측정해서 견본 표면의 위 어떤 거리 (~10nm)를 진동하는 위하여 외팔보가 제작되는 동안 감시됩니다. 이 거리에 표면과의 상호 작용은 현지 정전기힘 기온변화도에 의해 지배되고, 공가 공명 주파수에 있는 교대는 끝과 견본 사이 현지 전기 용량 기온변화도 그리고 전위차 둘 다에 비례적입니다. 주파수 옮김 (f)는 다음과 같음 쓰여질 수 있습니다:

여기에서, C는 용량입니다, z는 상대적인 끝 고도입니다, V는tip 끝에 적용된 전압이고, V는sample 견본에 있는 현지 잠재력입니다. 전형적인 정상 상태 EFM 실험에서는, 선은 AC 최빈값에서 견본 지세를 기록하기 위하여 검사됩니다; 끝은 그 때 미리 설치 거리 (예를 들면 20nm) van 단거리 der Waals 군대의 범위 저쪽에에 올려지고, 전압이 끝과 견본 사이 적용되는 동안 외팔보의 공명 주파수에 있는 교대는 측정됩니다.

전통 EFM는 유기 전자 장치에 있는 다양한 정체되는 준정적 과정, 계속 박막 태양 전지의 현지 효율성에 관하여 직접 정보를 제공하는 지상 잠재력과 같은 매개변수 및 전기 용량 기온변화도 실패의 특성에 유용합니다. 이 제한을 제시하기 위하여는, 우리는 EFM의 trEFM를 사용하여 이하 Ms 시간의 척도에 시간에 의존하는 현상의 연구 결과를 가능하게 하도록 기능을 확장했습니다. trEFM로, 우리는 정전기힘 기온변화도에 있는 일시 행동을 측정해서 좋습니다. 특히, 우리의 존재하는 실시에서, 우리는 조명 다음 태양 전지에 있는 photogenerated 책임의 급속한 축적에서, 예를 들면, 유래할 수 있는 방정식 1, 또는 이하 Ms 시간의 척도에 전하 운반체의 단단 덫치기와 detrapping 활동에 있는 시간에 의존하는 주파수 옮김을 감시합니다.

trEFM 실험

숫자 2a는 측정 photogenerated 책임에 trEFM 실험의 작동을 묘사합니다. 암흑에서는, 반도체 석판은 전하 운반체의 주로 고갈됩니다. 견본은 광 펄스로 그 때 조명되고 OPV 물자의 photoexcitation는 전하 운반체를 생성합니다. 끝에 적용되는 전압 때문에 (전형의 우리의 실험 5-10V에서), 이 photogenerated 전하 운반체는 액티브한 층의 반대 측에 이동합니다. 책임의 유래 축적은 방정식 1.에 따라 공명 주파수 옮김을 일으키는 원인이 되는 용량과 정전기힘 기온변화도를, 차례차례로 바꿉니다. 지속적으로 ~100µs 시간 해결책을 가진 ƒ를 측정해서, 우리는 비용을 부과 곡선을 기록하고 물자 (숫자 2b)에 있는 현지 비용을 부과 비율을 결정할 수 있습니다. 동적 과정을 공부하는 기능이 trEFM의 명백한 이점의 동안, 우리는 trEFM의 또 다른 중요한 이점이 전통적인 EFM 또는 SKPM 보다는 끝 오염에 보다 적게 과민한 것처럼 보이다 이다는 것을 것을을 발견했습니다. 우리는 trEFM가 절대값 보다는 오히려 변경의 비율을 측정하다 는 사실에 이 추가한 강건함을 돌리고 그래서 오염에 보다 적게 과민하 그 결과로 반복 가능 및 더 강력한 기술입니다.



photogenerated 전하 운반체가 지상 잠재력에 있는 전기 용량 기온변화도 그리고 변경에 있는 증가 및 공명 주파수에 있는 이렇게 교대를 어떻게의 일으키는 원인이 되는지 숫자 2. (a) 개요 묘사. 이 교대에 있는 변경의 시간 비율은 측정되는 무슨이 trEFM에 의해입니다. (b) 공명 주파수 옮김의 대표적인 작의 대 photoexcitation를 이후 시간. 시간 t=0 Ms에, 주파수 옮김에 있는 지수 감퇴를 일으키는 원인이 되는 LED는 켜집니다. 이 감퇴의 시간 상수를 찾아내서 우리는 상대적인 비용을 부과 비율을 추출해서 좋습니다. (c) PFB의 동일 지역을 위한 지세 그리고 (d) 비용을 부과 비율 심상: 1:1 구성을 가진 크실렌에서 녹는 F8BT 견본. (e) PFB 여러가지 필름에 있는 공간 평균된 비용을 부과 비율: F8BT 비율은 EQE 측정에 의해 전시된 동향으로 양이 많게 일관됩니다.

우리의 실험에서 우리는 수시로 봄 일정한 k ~ 40N/m 및 공명 주파수 f ~ 300kHz를 가진 상업적인 Pt 입히는 외팔보를 (예산 센서 ElectricTap-300G와 같은) 사용합니다. 우리는 견본의 흡수 속성에 따라서 다른 파장에 작동하는 LEDs에서 photoexcite 조명을 가진 견본 맥박이 뜁니다. polyfluorene 중합체의 우리의 연구 결과를 위해, 우리는 전형적으로 405nm LED (LEDtronics L200CUV405-8D16)를 사용합니다. trEFM는 1 일요일 또는 더 적은과 동등한 낮 강렬 LED 조명이, 유용한 신호를 일으키게 충분하다 충분히 과민합니다. 각종 ND 필터를 사용하여 가벼운 강렬의 묽게함은 충분히 오래 청결하게 해결될 것이다 그래야, 그러나 충분히 단단 반복한 측정을 온순한 시키는 총 비용을 부과 시간 조정하기 위하여 이용될 수 있습니다.

심상을 생성하기 위하여는, 우리는 LED 견본에 각 위치에 맥박이 뛰고 시간의 기능으로 숫자 2b에서 그것과 같은 작의의 결과로 그 후에 유래 주파수 옮김을, 기록합니다. 지수 감퇴 기능은 주파수 옮김의 감퇴에 그 때 적합하, 이 붕괴 상수는 photocurrent와 우리 측정하는 것을 바랍니다 관련됩니다. 우리는 각 화소를 위한 이 동시 비용을 부과 비율과 지세 심상을 생성하기 위하여 프로세스를 반복합니다. 비용을 부과 프로세스가 상대적으로 단단 이기 때문에, 표준 SKPM 기술에 대등한 256 x 256의 해결책 trEFM 심상은 취득하기 위하여 대략 20 분이 걸립니다. AFM 기계설비의 새로운 발생에 가능해야 하는, 더 단단 시간 해결책을 가진 공가 움직임을 기록하는 기능에 의하여 고강도 광 펄스의 사용을 허용하고 화상 진찰이 더 단단 조차 시킬 것입니다.

이 기술의 기능의 1개의 보기로, 우리는 allpolymer OPV 혼합에 있는 photoinduced 비용을 부과 행동을 탐구하기 위하여 trEFM를, 이 경우에는 (9,9' - dioctylfluorene 지휘관 benzothiadiazole) (F8BT) 많고 그리고 많다 이용했습니다 (9,9' - dioctylfluorene 지휘관 bis N 의 N' 페닐기 1,3 페닐렌디아민) (PFB). 우리는 PFB를 선택했습니다: F8BT는 그들의 성과에 대한 가공 및 혼합 형태학의 효력을 토론하는 넓은 문서 때문에 모델 시스템으로 혼합합니다. 비용을 부과 비율 심상 (숫자 제 2)와 지세 (숫자 2c)를 비교해서, 우리는 비용을 부과 행동과 현지 PFB 사이 관계를 분석해서 좋습니다: F8BT 필름 구성. 우리는 분석 기술로 공간 평균된 현지 비용을 부과 비율 및 측정된 외부 양 효율성이 혼합 비율 (숫자 2e)의 (EQE) 광범위를 위해 상관된다는 것을 보여주어서 trEFM의 공용품을 확인했습니다. 이것은 활발한 결과입니다, 중합체 혼합의 trEFM 심상은 - 단지 단 하나 구경측정 요인과 함께 - 정확하게 특정한 필름에서 날조될 중합체 태양 전지의 효율성을 예상하기 위하여 이용될 수 있습니다. 누구든개는 그런 실험실에 있는, 또는 생산 시설에 있는 급속한 품질 관리 진단으로 새로운 물자를 가리기 위하여 방법을 둘 다 이용하는 상상할 수 있습니다. 게다가, 우리는 공간 상관한 책임 덫치기 및 detrapping와 같은 관심사의 그밖 양을 감시하기 위하여 trEFM를 이용하는 것이 가능하다는 것을 주의합니다.

그 같은 물자 분석에 있는 trEFM의 공용품을 측정하기 위하여는, 공간과 시간 해결책 한계를 결정하는 것이 필요합니다. 우리는 곳에 PFB 숫자 3a에 있는 데이터를 사용하여 공간적 해상도를 추정합니다: F8BT 혼합은 부분적으로 근본적인 기질 (인듐 주석 산화물, ITO) 및 취득된 비용을 부과 비율 심상을 드러내기 위하여 제거됩니다. photoinduced 비용을 부과가 벌거벗은 ITO에 일어나지 않기 때문에, 우리는 비용을 부과가 중합체 ITO 공용영역을 통해 줄이는 점을 결정해서 옆 해결책을 추정해서 좋습니다. 공용영역에 비용을 부과 비율은 반 중합체에 그것입니다. 공용영역에서 대략 90nm는 멀리, 비용을 부과 비율 일반 가치의 80%입니다; 이것은 ~100nm의 명령에 옆 해결책을 trEFM를 사용하여 달성가능합니다 함축합니다. 작의에서 묘사된 대응 비용을 부과 비율 심상 및 선형 단면도는 또한 보입니다. 금속 기질에 전압 펄스를 적용해서, 우리는 또한 우리의 현재 기구의 시간 해결책을 결정해서 좋습니다. 숫자 3b에서는, 우리는 100µs와 50µs로 분리된 전압 펄스를 적용합니다. 100µs에 우리는 명확하게 명백한 펄스를 관찰해서 좋습니다, 그러나 준비의 시간 해결책 한계가 신호의 오버랩, 이것 귀착되는 50µs에 실제적인 중합체 필름에 우리의 경험 해결은 비용을 부과 비율로 일관됩니다. 그 같은 데이터에 바탕을 두어, 우리는 trEFM에는 ~100nm/~100µs의 공간/시간 해결책이 있다는 것을, 각각 주장합니다. 현재 100µs 한계 저쪽에 시간 해결책에 있는 개선은 더 단단 심상에 뿐만 아니라 저희를 허용하고 잘 짧은 시간의 척도에 현지 운반대 역동성 (덫치기, detrapping 수송)를 공부할 것이나, 또한 더 높게 능력을 발휘 중합체의 연구 결과를 가능하게 할 것입니다: fullerene는 (추가 실험적인 합병증을 일으키는 원인이 될 수 있는)의 중요한 묽게함 없이 LED 펌프 펄스 혼합합니다.



중합체 ITO 공용영역에 고도, 비용을 부과 비율, 주파수 옮김 크기 및 비용을 부과 비율 적당한 과실의 숫자 3. (a) 선 자취. 데이터는 (맞은) 대응 비용을 부과 비율 심상에서 취했습니다 표시된 지역에 따라서. 비용을 부과 비율은 노란 원형에 의해 표시되는 것과 같이 80%에 중합체 ITO 공용영역에서 전형적인 중합체 비용을 부과 비율 가치 대략 90nm를 줄입니다. (b) ITO에 시간 단호한 전압 펄스는, 간색합니다 100µs (떠났습니다)와 (맞은) 50µs로 분리해. 100µs 데이터는 trEFM의 시간 해결책을 표시합니다; 50µs 분리한 펄스는 현재 기계 사용에 의하여 명확하 단호할 수 없습니다.

광전도 원자 군대 현미경 검사법 (pcAFM)

개방 회로 전압과 같은 장치 매개변수의 거시적인 특성은 현재를 단락시키고 충분한 양 요인은 전반적인 장치 성과에 관하여 정보를 제공합니다; 그러나, 현미경 수준에, 이 매개변수가 어떻게 각종 가공 조건에 의해 영향을 받고 현지 구조상 특징과 필름의 현지 전자 속성을 상관할 수 있는 직접 측정 없이 형태학을 혼합하는지 설명하는 것은 어려울 수 있습니다. 따라서, trEFM 이외에, 우리는 이질적인 OPV 필름의 현미경 특성을 위한 무료한 공구로 광전도 AFM (pcAFM)를 이용했습니다. 전도성 AFM (cAFM)의 친척은, pcAFM 최고 접촉으로 금속을 입힌 AFM nanoscale 태양 전지를 형성하기 위하여 탐사기를 이용해서 접촉형에서 현지 photocurrents를 직접, 필수적으로 기록합니다. pcAFM에서는, 우리는 photoexcite에 전형적으로 집중된 레이저 조명을 견본 사용합니다. 작은 수집 지역은 작은 photocurrent에 지도하고, 50% 이상 외부 양 효율성을 가진 고품질 장치 조차, 우리는 고강도 신호 대 잡음을 향상하기 위하여 조명을 이용하게 유리한 찾아냅니다. 예를 들면, 녹색 레이저는 견본에 회절 한정된 반점에 (수정같은 레이저 GCL-005L, 5mW, 532nm는, 숫자 1c를 봅니다) 집중되고 끝을 맞추어집니다; 묽게함 후에, 레이저 강렬 및 그러므로 예상한 견본 손상은, 수시로 생물학 견본에 confocal 현미경 검사법 실험에서 그것에 대등합니다. 우리는 또한 파랗고와 빨강 레이저 공부되는 물자의 흡수 스펙트럼과 일치하기 위하여 필요에 따라 사용합니다. 금속 전반적인 코팅, 일반적으로 Au를 가진 AFM 끝을 접촉하십시오 (예산 센서, ContE GB 의 k ~ 0.2N/m)는 측정을 위해, 사용됩니다. 작은 setpoint 가치는 하는 동안 또한 전도성 코팅을 지상 오염에서 자유로운 유지하기 위하여 중합체 층의 파괴를 극소화하도록 이용됩니다. pcAFM 사용에 가장 중요한 실제적인 도전의 아마 1개는 견본에 중요한 손상 초래 없이 좋은 전기 심상을 장악하고 있습니다. 과학의 이름으로 많은 AFM 외팔보를 희생하는 끈기 및 자발심은 수시로 필요합니다.

pcAFM로, 주어진 위치에 측정된 photocurrent 현지 책임 발생을 속성 반영합니다. 0개의 볼트에, 이 현재는 단락 현재를 나타냅니다; 전압을 변화해서 각 점에 지방 주민 IV 곡선을 기록하는 것도 가능합니다. 우리에 의하여 많아고 (2 메톡시 5 (3' 7' - dimethyloctyl-oxy) - 1,4 phenylene vinylene) (MDMO-PPV) 또는 많았던과 같은 전형적인 중합체 fullerene 액티브한 층에 pcAFM가 (3-hexylthiophene) (P3HT 능력을 발휘했습니다) fullerene 유래물 (6,6) - 페닐기 C61 부티르산 산성 메틸 에스테르 (PCBM와) 섞어. 우리는 능률적인 MDMO-PPV/PCBM 태양 전지에서 조차, photocurrent 지세와 단락 둘 다에 있는 현미경 이성분을 관찰했습니다. 다르게 지형도 작성으로 유사한 지역에서 photocurrent에 있는 변이는 다른 지하 구성을 함축합니다. 최근에, 우리는 P3HT에 추가 pcAFM 측정을 사용했습니다: 장치 성과에 있는 변경에 근본적인 형태학상 기여금을 공부하는 가공 조건 여러가지 PCBM 견본. 예금한 필름을 단련하는 것은 장치의 효율성을 향상하는 일반적인 처리 단계 입니다. pcAFM를 사용하여, 우리는 직접 photocurrent 배급과 어닐링 의 증가시킨 어닐링 시간에 평균 그리고 피크 photocurrent 둘 다에 있는 즉 증가 사이 관계를 관찰할 수 있었습니다. 예를 들면, 숫자 4a와 4b에서 우리는 P3HT를 위해 photocurrent 지세와 대응 단락을 보여줍니다: 10 분 동안 단련되는 PCBM 필름. MDMO-PPV에 것과 같이: PCBM 견본은, photocurrent에 있는 현지 변이 지형도 작성으로 특색이 없는 지역 안에서 분명합니다.

trEFM로 것과 같이, 우리는 동일 물자에 EQE 측정과 pcAFM 데이터에서 공간 평균한 photocurrent 상관해서 OPV 효율성을 성격을 나타내기에 있는 pcAFM 현재 정보 사이 양이 많은 관계를 평가해서 좋습니다. 숫자 4c에서 보일 수 있다시피, pcAFM를 통해 파생된 photocurrent 측정은 거시적인 장치에서 장악된 효율성과 동일 품질 동향을 따릅니다. 이 결과는 pcAFM가 거시적인 장치 성과의 현미경 토대를 시험할 수 있다는 것을 건의합니다. 취득된 최적 혼합 및 가공 조건을 선정하기 위하여 pcAFM 데이터는 OPV 장치에서 전자 및 양공 전류 및 기동성 추출하게 그 때 유용할 수 있고 공구 사용할 조차 수 있었습니다. 그러나 pcAFM 데이터와 EQE 사이 품질 동향이 유리한 계약에 일반적으로 있는 동안, 우리는 수시로 현지 pcAFM 평균과 대량 장치 속성의 양이 많은 차이를 찾아낸다는 것을 강조하는 것이 중요합니다. 주어진, 그리고 현재 적출에 있는 어떤 역할을 할 것으로 접촉 효력이 예상되다 우리가 높은 일함수 끝 (Au, Pt)를 사용하고 있다는 것을 이것은 완전히 의외가 아닙니다. 실제로, 제공 수락자 사격량의 광범위를 통해 이런 이유로 보다는 그것 하다 우리가 믿다 입니다 pcAFM가 조정 혼합 비율을 위한 거시적인 성과와 데이터 일반적으로 잘 상관한다는 것을 pcAFM 데이터를 분석할 때 그리고 끝 workfunction 및 어떤 관련되는 주입 적출 방벽든지의 중요성이 항상 명심되어야 하다.

개요와 전망

OPVs가 의지하는 BHJ 형태학은 극단적으로 복잡합니다. 다양한 길이 가늠자에 특징이 있는 형태학이 회전급강하 코팅에 선행된 일반적인 해결책에 있는 전자 기증자 그리고 수락자의 섞는에 의하여, 열매를 산출합니다. 이 특징은 차례차례로 여기자를 나누는 장치의 기능에 영향을 미치고 유래의 능력은 유용한 photocurrent 것과 같이 나오기 위하여 필름을 통해서 경로를 항해하기 위하여 비용을 부과합니다. 그 결과로, OPVs의 성과는 본래부터 현지 속성입니다. 지역에 있는 몇몇 mm2 절대적으로 관련시킬 장치 속성의 많은 평균을인 대량 장치 및 현지 현미경 세부사항의 다량에 측정은 연속적으로 분실될 것입니다.

우리가 여기에서 기술한 기술은 보호 시설 연구 MFP-3D-BIO로 한 수행하 AFM 측정에 연장입니다. 이들은 차례차례로 nanoscale 그리고, 결정적으로, 장치의 동일 지역에 BHJs의 형태학의, 전기 및 광학적 성질 전부의 측정을 만드는 사용을 허용했습니다. 그 결과로 우리는 얼마나의 앞으로 만들 수 있습니다 잘 성격을 나타낸 OPV 시스템 조차 현지 형태학 식으로 작동하는지 계속 우리의 이해에서 중요한 단계를.



P3HT/PCBM에 (a) 지세에 있는 숫자 4. 현미경 이성분은 (b) photocurrent 혼합합니다. 2µm 검사. (c) pcAFM 데이터가 예상한 장치 성과로 품질로 일관되다는 것을 pcAFM를 통해 측정된 공간 평균한 photocurrent 사이 상호 관계와 다른 기간을 위해 단련된 P3HT/PCBM 혼합을 위한 EQE 측정은 다시 표시합니다.

추가 전진을 위한 다량 룸이 있다 보입니다. 더 높은 대역폭을 가진 새로운 세대 장비를 사용하여 현재 100µs 한계 저쪽에 trEFM에 있는 시간 해결책에 있는 예를 들면 개선은, 예를 들면, 중합체와 같은 다른 시스템에 추가 시간 단호한 실험을 열 수 있었습니다: fullerene 장치는 뿐 아니라 기술의 처리량을 향상합니다. pcAFM와 trEFM 준비를 가진 결합 넓은 스펙트럼 조명은 또한 광전자 공학 행동의 빛띠 분석을 허용할 것입니다. 추가 pcAFM 일은 더 낮은 일함수 끝을 사용하여 몇몇 단에서 현재 진행중이 몇몇을의 EQE 사이 더 나은 양이 많은 계약을 달성하기 위하여 토론된 제한 상기 그리고 아마 피하기 위하여 이고 다른 기증자/수락자 혼합 비율 장치에 photocurrent 공간 평균했습니다.

여기에서 기술이 OPV 형태학의 환경에서 제출되는 동안, 또한 그밖 photoactive 기술에 다는 것은 좋다는 것은 압박되어야 합니다. 예를 들면, 고체 염료는 태양 전지를 민감하게 했습니다 또는 합성 photocatalysts는 궁극적으로 전기 성과를 착탄할 현지 이성분을 전시할 것으로 예상됩니다. trEFM와 pcAFM는 그러므로 이 시스템을 성격을 나타내기를 위한 이상적인 공구를 제공합니다.

근원: "Rajiv Giridharagopal, Guozheng Shao 의 Chris 작은 숲, 및 데비드 S. Ginger 의 화학, 워싱톤 대학의 부의 유기 광전지 물자 그리고 장치" 분석을 위한 새로운 스캐닝 탐사기 기술

이 정보는 보호 시설 계속 연구에 의해 제공된 물자에서 sourced, 검토해서 그리고 적응시켜 입니다.

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

Last Update: 14. June 2013 01:35

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