Het Analyseren van Organische Photovoltaic Materialen en Apparaten die de Nieuwe Technieken van de Sonde van het Aftasten gebruiken door het Onderzoek van het Asiel

Besproken Onderwerpen

Samenvatting
Inleiding
Analyse van de Morfologie Nanoscale
De tijd-vastbesloten Elektrostatische Microscopie van de Kracht (trEFM)
trEFM Experiment
De Fotoconductieve AtoomMicroscopie van de Kracht (pcAFM)
Samenvatting en Vooruitzichten

Samenvatting

De Organische zonnecellen houden belofte als economisch middel om zonne-energie te oogsten toe te schrijven aan hun gemak van productie en verwerking in. Nochtans, is de efficiency van dergelijke organische (OPV) photovoltaic apparaten momenteel onder dat vereist voor wijdverspreide goedkeuring. De efficiency van een OPV is onvermijdbaar verbonden met zijn nanoscalemorfologie. High-resolution metrologie kan een belangrijke rol in de ontdekking en de optimalisering van nieuwe organische halfgeleiders in het laboratorium spelen, evenals de overgang van OPVs van het laboratorium bijstaan aan massaproduktie. Wij herzien de instrumentale kwesties in verband met de toepassing van de microscopietechnieken van de aftastensonde zoals de fotoconductieve atoomkrachtmicroscopie en de tijd-vastbesloten elektrostatische krachtmicroscopie die om in de studie van nuttig is getoond te zijn nanostructured organische zonnecellen. Deze technieken bieden uniek inzicht in de onderliggende ongelijksoortigheid van apparaten OPV aan en vormen een nanoscalebasis om te begrijpen hoe de morfologie direct verrichting OPV beïnvloedt. Tot Slot bespreken wij kansen voor verdere verbeteringen van de microscopie van de aftastensonde om tot ontwikkeling bij te dragen OPV. Al metingen en de weergave die in deze toepassingsnota worden besproken werden uitgevoerd met een Microscoop van de Kracht van het Onderzoek mfp-3d-BIO™ van het Asiel Atoom.

Inleiding

De materialen OPV zijn een nieuwe alternatieve technologie voor het omzetten van zonlicht in elektriciteit. OPVs is goedkoop, potentieel zeer hoogst scalable te verwerken in termen van productie, en compatibel systeem met mechanisch flexibele substraten. In een apparaat OPV, worden semiconducting polymeren of de kleine organische molecules gebruikt om de functies te verwezenlijken van het verzamelen van zonnefotonen, het omzetten van de fotonen in elektrolasten, en het vervoeren van de lasten aan een externe kring als bruikbare stroom.

Momenteel, zijn de meestbestudeerde en hoogste het presteren systemen OPV die die bulkheterojunction (of van BHJ) mengsels als actieve laag aanwenden, met de NREL-Verklaarde efficiency die van de machtsomzetting schijnbaar, en zich momenteel maandelijks verbeteren bij 6.77% bevinden. In een bulkheterojunction mengsel, worden de donor en het acceptormateriaal typisch gemengd in oplossing, en het mengsel is dan met een laag bedekt op het substraat om de actieve laag te vormen. Het donor/acceptorpaar kan uit twee verschillende vervoegde polymeren bestaan, maar het is vaak een vervoegd polymeer (donor) en een oplosbaar fullerenederivaat (acceptor). De illustratie in Cijfer 1a toont een typische op BHJ-Gebaseerde OPV apparatenarchitectuur.

Ondanks de vooruitgang van de laatste jaren, is de efficiency van OPVs nog onder het niveau nodig voor industriële uitvoerbaarheid. De weg naar betere efficiency OPV verschijnt ongecompliceerd en de onderzoekers actief aan doelstellingen zoals betere dekking van het zonnespectrum werken om stroom te verhogen, en gemaakte energieniveaus van de donors en de acceptoren om hogere open kringsvoltages te bereiken. Nochtans, worden deze anders ongecompliceerde problemen in materialensynthese gecompliceerd door het feit dat de textuur, of de morfologie, van het mengsel van de donoracceptor - dat voor de nauwkeurige voorwaarden gevoelig is van hoe het mengsel in een dunne film werd verwerkt - een dramatisch effect op de prestaties van OPVs hebben. Het belang van de morfologie is van de concurrerende eisen van een aantal microscopische processen het gevolg. Eerst, wanneer het licht in een organische halfgeleider wordt geabsorbeerd, veroorzaakt de energie een neutrale quasiparticle, of exciton, eerder dan vrije lastencarriers. In de meeste organische zonnecellen, wordt exciton typisch gescheiden in vrije lasten bij de interface tussen twee verschillende organische halfgeleiders met verschillende elektronenaffiniteiten, vandaar het algemene gebruik van donor/acceptormengsels. Nochtans, terwijl de actieve laag van een organische zonnecel ~100-200nm moet zijn dik om het grootste deel van het inherente licht te absorberen, is de verspreidingslengte van exciton ~10nm, en zo moeten de donor en acceptormaterialen op deze opbrengst van de lengteschaal een efficiënt apparaat worden gemengd.



Figuur 1. (a) Schema van een typisch bulkheterojunction organisch photovoltaic apparaat. Schematische diagrammen van (b) trEFM en (c) pcAFM experimentele opstellingen die op het Systeem AFM worden gebaseerd van mfp-3d-BIO™ van het Onderzoek van het Asiel.

Analyse van de Morfologie Nanoscale

De Analyse van deze nanoscalemorfologie vereist high-resolution ruimteafbeelding van de actieve laag, in het bijzonder gebruikend de technieken van de aftastensonde zoals de atoomkrachtmicroscopie (AFM) en zijn diverse uitbreidingen. De de sondemicroscopie van het Aftasten is vooral nuttig wegens de capaciteit aan beeld bij resoluties naderend de schaal ~10-100nm van de domeinen die in gemeenschappelijke materialen OPV worden waargenomen. Verscheidene groepen, bijvoorbeeld, hebben systemen OPV gebruikend AFM die geanalyseerd, die AFM, de elektrostatische krachtmicroscopie leiden (EFM), en de de sondemicroscopie aftasten van Kelvin (SKPM). De Optische variaties zoals dichtbijgelegen-gebied die de optische microscopie (NSOM) aftasten zijn, en het een tunnel graven op luminescentie-gebaseerde AFM ook gebruikt om OPV de mengselmorfologie te sonderen.

Wij hebben onlangs het uitgebreide gebruik van de microscopie van de aftastensonde op het gebied van organische elektronika en geïdentificeerde specifieke terreinen van nanoscalefysica herzien dat voor verrichting OPV belangrijk zijn. In dit artikel, nemen wij een praktischere draai en bespreken de experimentele uitdagingen en de kansen verbonden aan twee verschillende technieken AFM, fotoconductieve AFM (pcAFM) en tijd-vastbesloten EFM (trEFM) die gebruikte hulp is geweest begrijpt hoe de morfologie prestaties OPV beïnvloedt.

trEFM is een niet-contacttechniek die tijd-vastbesloten metingen op lagen OPV gebruikt om de lokale variaties te analyseren photoinduced binnen lastengeneratie, inzameling, en lossing, terwijl pcAFM een contact-wijze methode is die direct photocurrent meet om nuttige informatie van de lokale morfologie en zijn relatie aan lokale photoresponse te verkrijgen. De Figuur 1B en 1c toont een schematisch diagram van de instrumentatie die in trEFM wordt gebruikt en pcAFM. In ons laboratorium, hebben wij beide technieken gebruikend mfp-3d-BIO die aan een te2000-u omgekeerde optische microscoop Nikon wordt gekoppeld uitgevoerd en gecontroleerde AFM van het Onderzoek van het Asiel gebruikend een reeks van de douanecode die in Igor (WaveMetrics, Inc.) wordt geschreven, het wetenschappelijke softwaremilieu dat door AFMs van het Onderzoek van het Asiel wordt gebruikt. Het systeem wordt opgezet op een optische broodplank om externe optica (Laboratoria Thor) aan te passen en door een passief stadium van de trillingsisolatie (Minus de Technologie van K) gesteund. De Neutrale dichtheids (ND)filters staan ons toe om de verlichtingsintensiteit in beide technieken aan te passen. Het volledige systeem wordt gehuisvest binnen een triplexdoos met de beveiliging en de akoestisch-bevochtigingsschuim van het kopernetwerk. om potentieel lucht-gevoelige steekproeven tegen photo-oxidation te beschermen, gebruiken wij een verzegelde vloeibare cel van het Asiel Onderzoek. Oorspronkelijk ontworpen voor weergave biologische steekproeven onder vloeistof, laat het ontwerp de lading van gevoelige steekproeven in de cel in een handschoenendoos toe en staat ons toe om metingen uit te voeren terwijl gezuiverd met droge stikstof. Deze benadering ondervangt de behoefte om het volledige systeem AFM/optical in een handschoenendoos te installeren.

De tijd-vastbesloten Elektrostatische Microscopie van de Kracht (trEFM)

Alvorens de details van trEFM te bespreken, zullen wij eerst kort evenwichtstoestand EFM herzien. Meer detailleringen van conventionele evenwichtstoestand EFM kunnen elders worden gevonden. EFM is een vorm van AC wijzeweergave. Terwijl de meeste gebruikers AFM met gemeenschappelijkere vormen van AC wijzeweergave vertrouwd zijn die van der Waals interactie tussen het uiteinde exploiteren en de steekproef aan de topografie van de beeldsteekproef (b.v. „intermitterende contactwijze AFM“) EFM van het feit gebruik maakt dat de oscillerende motie van de cantilever ook gevoelig voor langere-afstands elektrostatische interactie tussen het uiteinde en de steekproef is. Op één gemeenschappelijke EFM weergavewijze, worden deze elektrostatische interactie gecontroleerd door hun effect op de frequentie van de cantileverresonantie te meten terwijl de cantilever wordt gemaakt te trillen één of andere afstand (~10nm) boven de steekproefoppervlakte. De interactie met de oppervlakte bij deze afstand worden overheerst door lokale elektrostatische krachtgradiënten, en de verschuiving in de frequentie van de cantileverresonantie is evenredig aan zowel de lokale capacitieve gradiënt als het potentiële verschil tussen het uiteinde en de steekproef. De frequentieverschuiving (f) kan worden geschreven zoals:

Hier, is C de capacitieve weerstand, is z de relatieve uiteindehoogte, istip V het voltage dat op het uiteinde wordt toegepast, en Vsample is het lokale potentieel in de steekproef. In een typisch evenwichtstoestandEFM experiment, wordt een lijn afgetast op AC wijze om de steekproeftopografie te registreren; het uiteinde wordt dan opgeheven een vooraf ingestelde afstand (bijvoorbeeld 20nm) aan voorbij de waaier van de van der Waals krachten op korte termijn, en de verschuiving in de resonerende frequentie van de cantilever wordt gemeten terwijl een voltage tussen het uiteinde en de steekproef wordt toegepast.

Terwijl conventionele EFM in de karakterisering van een verscheidenheid van statische of quasistatic processen in organische elektronische apparaten nuttig is geweest, slagen de parameters zoals oppervlakte potentiële en capacitieve gradiënt er niet in om directe informatie over de lokale efficiency van een thinfilm zonnecel te verstrekken. Om deze beperking te richten, hebben wij het vermogen van EFM om de studie van time-dependent fenomenen bij de schalen van de sub-Mej.tijd toe te laten gebruikend trEFM uitgebreid. Met trEFM, kunnen wij het voorbijgaande gedrag in de elektrostatische krachtgradiënt meten. Specifiek, in onze huidige implementatie, controleren wij de timedependent frequentieverschuiving in Vergelijking 1 die, bijvoorbeeld, uit de snelle accumulatie van kan voortvloeien photogenerated last in een zonnecel na verlichting, of de snelle opsluitende en detrapping kinetica van lastencarriers op de schalen van de sub-Mej.tijd.

trEFM Experiment

Het Cijfer 2a schildert de verrichting van een te meten trEFMexperiment af photogenerated last. In dark, wordt de halfgeleiderplak meestal uitgeput van lastencarriers. De steekproef is dan verlicht met een lichte impuls en photoexcitation van het materiaal OPV produceert lastencarriers. wegens het toegepaste voltage op het uiteinde (in onze experimenten typisch 5-10V), photogenerated deze lastencarriers migreren aan overkanten van de actieve laag. De resulterende accumulatie van last verandert de capacitieve weerstand en de elektrostatische krachtgradiënt, beurtelings veroorzakend een verschuiving van de resonantiefrequentie volgens Vergelijking 1. Door ƒ met ~100µs- tijdresolutie onophoudelijk te meten, kunnen wij een het laden kromme registreren en de lokale factuurprijs in het materiaal (Cijfer 2b) bepalen. Terwijl de capaciteit om dynamische processen te bestuderen een duidelijk voordeel van trEFM is, hebben wij geconstateerd dat een ander significant voordeel van trEFM is dat het voor uiteindeverontreiniging minder gevoelig schijnt te zijn dan conventionele EFM of SKPM. Wij schrijven deze toegevoegde robuustheid aan het feit dat trEFM toe een tarief van verandering eerder dan een absolute waarde meet en zo minder gevoelig voor verontreiniging is en bijgevolg een herhaalbaardere en robuuste techniek is.



Figuur 2. (a) de Schematische afbeelding van hoe photogenerated lastencarriers veroorzaakt een verhoging van de capacitieve gradiënt en een verandering in het oppervlaktepotentieel en zo een verschuiving in de resonantiefrequentie. Het tijdtarief van verandering in deze verschuiving is wat door trEFM wordt gemeten. (b) Representatief perceel van de verschuiving van de resonantiefrequentie tegenover tijd na photoexcitation. Bij tijdt=0 Mej., wordt LEIDEN aangezet, veroorzakend een exponentieel bederf in de frequentieverschuiving. Door de tijdsconstante van dit bederf te vinden kunnen wij een relatieve factuurprijs halen. (c) Topografie en (d) factuurprijs beeld voor het zelfde gebied van een PFB: F8BT steekproef, die in xyleen met 1:1samenstelling wordt opgelost. (e) ruimte-Het Gemiddelde Genomen van factuurprijzen in films met verschillende PFB: F8BT de verhoudingen zijn kwantitatief verenigbaar met de tendens die door EQE metingen wordt tentoongesteld.

In onze experimenten gebruiken wij vaak commerciële PT-Met Een Laag Bedekte cantilevers (zoals de Sensoren van de Begroting electricTap-300G) met de lente constant k ~ 40N/m en resonantiefrequentie F ~ 300kHz. Wij photoexcite de steekproef met verlichtingsimpulsen die van LEDs bij verschillende golflengten afhankelijk van de absorptieeigenschappen werken van de steekproef. Voor onze studies van polyfluorenepolymeren, gebruiken wij typisch een 405nm LEIDEN (LEDtronics L200CUV405-8D16). trEFM is gevoelig genoeg dat laag-intensiteits de LEIDENE verlichting, gelijkwaardig aan 1 Zon of minder, volstaat om een nuttig signaal te veroorzaken. De Vermindering van de lichtintensiteit die diverse filters van ND met behulp van kan worden gebruikt om de totale het laden tijd aan te passen zodat het lang genoeg is proper worden opgelost, maar snel genoeg te maken herhaalde handelbare metingen.

om een beeld te produceren, pulseren wij LEIDEN bij elke positie inzake de steekproef en registreren dan de resulterende frequentieverschuiving als functie van tijd, resulterend in percelen zoals dat in Cijfer 2b. Een exponentieel bederffunctie is geschikt toen aan het bederf van de frequentieverschuiving, en deze bederfconstante heeft op photocurrent betrekking wij wenst te meten. Wij herhalen dit proces voor elk pixel om gelijktijdige factuurprijs en topografiebeelden te produceren. Omdat het het laden proces vrij snel is, het 256 x 256 resolutie trEFM beeld ongeveer twintig te verwerven minuten vergt, wat met standaardtechnieken SKPM vergelijkbaar is. De capaciteit om de cantilevermotie met snellere tijdresolutie te registreren, die met de nieuwe generatie van hardware mogelijk zou moeten zijn AFM, zou het gebruik van hogere intensiteits lichte impulsen toestaan en zou weergave nog sneller maken.

Aangezien één voorbeeld van de mogelijkheden van deze techniek, wij trEFM hebben gebruikt om te onderzoeken photoinduced het laden gedrag in allpolymerOPV mengsels, in dit geval poly (9.9 ' - dioctylfluorene-mede) (F8BT) en poly (9.9 ' - dioctylfluorene-mede-BIB-n, phenylenediamine n'-phenyl-1.3) (PFB). Wij kozen PFB: F8BT mengsels als modelsysteem wegens de brede literatuur die de gevolgen van verwerking en mengsel de morfologie voor hun prestaties bespreken. Door de topografie (Cijfer 2c) met het factuurprijs beeld (Cijfer tweede) te vergelijken, kunnen wij het verband analyseren tussen het laden van gedrag en lokale PFB: F8BT filmsamenstelling. Wij hebben het nut van trEFM als analytische techniek door aan te tonen bevestigd dat de ruimte-het gemiddelde genomen van lokale factuurprijs en de gemeten externe quantumefficiency (EQE) voor een brede waaier van mengselverhoudingen gecorreleerd zijn (Cijfer 2e). Dit is een opwindend resultaat - met slechts één enkele kaliberbepalingsfactor, kan een trEFMbeeld van een polymeermengsel worden gebruikt om de efficiency van de polymeerzonnecel nauwkeurig te voorspellen die van een bepaalde film zal worden vervaardigd. Men kan veronderstellen gebruikend zulk een methode zowel om nieuwe materialen in het laboratorium, of als snelle kwaliteitsbeheersing te onderzoeken kenmerkend in een productiefaciliteit. Bovendien, merken wij op dat het mogelijk is gebruiken trEFM om andere hoeveelheden belang, zoals ruimte-gecorreleerde en last te controleren die opsluiten detrapping.

om het nut van trEFM te meten in het analyseren van dergelijke materialen, is het noodzakelijk om de grenzen van de ruimte en tijdresolutie te bepalen. Wij schatten de ruimteresolutie gebruikend de gegevens in Cijfer 3a, waar een PFB: F8BT het mengsel wordt gedeeltelijk verwijderd om het onderliggende substraat (het oxyde van het indiumtin, ITO) en een factuurprijs verworven beeld bloot te stellen. Aangezien het laden niet plaatsvindt op naakte ITO photoinduced, kunnen wij de zijresolutie schatten door het punt te bepalen waar het laden over de interface polymeer-ITO vermindert. De factuurprijs bij de interface is de helft dat over het polymeer. Ongeveer 90nm vanaf de interface, de factuurprijs zijn 80% van de normale waarde; dit impliceert een zijresolutie over de orde van ~100nm het haalbare gebruiken trEFM is. Het overeenkomstige factuurprijs beeld en de lineaire sectie die in het perceel wordt afgeschilderd worden ook getoond. Door voltageimpulsen op een metaalsubstraat toe te passen, kunnen wij de tijdresolutie van onze huidige apparaten ook bepalen. In Cijfer 3b, passen wij voltageimpulsen toe die door 100µs en 50µs worden gescheiden. Bij 100µs kunnen wij verschillende impulsen duidelijk waarnemen, maar 50µs bedraagt de grens van de tijdresolutie van de opstellingsresultaten in een overlapping van signalen, dit verenigbaar met onze ervaring die factuurprijzen op daadwerkelijke polymeerfilms oplossen. Gebaseerd op dergelijke gegevens, beweren wij dat trEFM een ruimte/tijdresolutie van ~100nm/~100µs, respectievelijk heeft. De Verbeteringen van tijd-resolutie voorbij de huidige grens 100µs zouden niet alleen ons aan lokale de carrier van de beeld snellere en betere studie dynamica (het opsluiten, vervoer, het detrapping) op kortere tijdschalen toestaan, maar het zou ook de studie van meer hoogst het uitvoeren van polymeer toelaten: fullerene mengt zonder significante vermindering van de LEIDENE pompimpuls (die extra experimentele complicaties) kan veroorzaken.



Figuur 3. (a) de sporen van de Lijn van de de de hoogte, factuurprijs, omvang van de frequentieverschuiving, en factuurprijs de geschikte fout bij de polymeerITO interface. De Gegevens werden genomen langs het gebied dat in het overeenkomstige factuurprijs (juiste) beeld wordt vermeld. De factuurprijs vermindert aan 80% typische polymeer factuurprijs waarde ongeveer 90nm van de interface polymeer-ITO, zoals die door de gele cirkel wordt vermeld. (b) tijd-Vastbesloten die voltageimpulsen op een steekproef ITO, door (verlaten) wordt gescheiden 100µs en (juiste) 50µs. De 100µs- gegevens wijzen op de tijdresolutie van trEFM; de 50µs-gescheiden impulsen kunnen niet door de huidige instrumentatie duidelijk- wordenopgelost.

De Fotoconductieve AtoomMicroscopie van de Kracht (pcAFM)

De Macroscopische karakterisering van apparatenparameters zoals open kringsvoltage, sluit stroom kort en vult factor verstrekt informatie over algemene apparatenprestaties; nochtans, op het microscopische niveau, kan het moeilijk zijn om te verklaren hoe deze parameters door diverse verwerkingsvoorwaarden en mengselmorfologie zonder directe metingen worden beïnvloed die de lokale elektronische eigenschappen van de film met lokale structurele eigenschappen kunnen correleren. Aldus, naast trEFM, hebben wij fotoconductieve AFM (pcAFM) als bijkomend hulpmiddel voor de microscopische karakterisering van heterogeene films OPV gebruikt. Een verwant van geleidende AFM (cAFM), pcAFM verslagen lokale photocurrents direct op contactwijze, hoofdzakelijk door a te gebruiken metalized sonde AFM als hoogste contact om een nanoscalezonnecel te vormen. In pcAFM, gebruiken wij typisch geconcentreerde laserverlichting aan photoexcite de steekproef. Het kleine inzamelingsgebied leidt tot kleine photocurrent, en zelfs de apparaten van uitstekende kwaliteit met externe quantumefficiency meer dan 50%, wij het voordelig vinden om verlichting met hoge intensiteit te gebruiken om signaal aan lawaai te verbeteren. Bijvoorbeeld, wordt een groene laser (de Laser van het Kristal gcl-005L, 5mW, 532nm, ziet Cijfer 1c) geconcentreerd aan een diffractie-beperkte vlek op de steekproef en gericht op het uiteinde; na vermindering, is de laserintensiteit, en daarom de verwachte steekproefschade, vaak vergelijkbaar met dat in confocal de microscopieexperimenten op biologische steekproeven. Wij gebruiken ook blauwe en rode lasers zonodig om het absorptiespectrum van het materiaal aan te passen die worden bestudeerd. De uiteinden van het Contact AFM met metaal algemene deklaag, gewoonlijk Au (de Sensoren van de Begroting, contE-GB, k ~ 0.2N/m) worden, gebruikt voor meting. Een kleine setpointwaarde wordt gebruikt om vernietiging van de polymeerlaag te minimaliseren terwijl ook om de geleidende deklaag van oppervlakteverontreiniging vrij te houden. Misschien één van de meest significante praktische uitdagingen aan het gebruiken pcAFM een goed elektrobeeld verkrijgt zonder significante schade aan de steekproef te veroorzaken. Het Geduld, en een bereidheid om vele cantilevers AFM in naam van wetenschap te offeren zijn vaak noodzakelijk.

Met pcAFM, wijst photocurrent gemeten bij een bepaalde plaats op de lokale eigenschappen van de lastengeneratie. Bij 0 V, vertegenwoordigt deze stroom de kort:sluitenstroom; het is ook mogelijk om lokale IV krommen op elk punt te registreren door het voltage te variëren. Wij hebben pcAFM op typische polymeer fullerene actieve lagen zoals poly gepresteerd (2-methoxy-5 (3 ', ' - dimethyloctyl-oxy) - 1.4-phenylene 7 vinylene) (mdmo-PPV) of poly (3 -3-hexylthiophene) (P3HT) gemengd met fullerenederivaat (6.6) - phenyl- c61-Boterzuur zure methylester (PCBM). Wij namen microscopische ongelijksoortigheid in zowel topografie als kort:sluiten photocurrent, zelfs in de meest efficiënte zonnecellen mdmo-PPV/PCBM waar. De variatie in photocurrent op anders gelijkaardige gebieden impliceert topografisch verschillende sub-surface samenstellingen. Meer onlangs, gebruikten wij verdere pcAFMmetingen op P3HT: Steekproeven PCBM met verschillende verwerkingsvoorwaarden om de onderliggende morfologische bijdrage tot veranderingen in apparatenprestaties te bestuderen. Het Ontharden van een gedeponeerde film is een gemeenschappelijke verwerkingsstap om de efficiency van het apparaat te verbeteren. Gebruikend pcAFM, konden wij het verband direct waarnemen tussen photocurrent distributie en het ontharden, namelijk de verhoging van zowel gemiddelde als piek photocurrent met verhoogde onthardende tijd. Bijvoorbeeld, in Cijfer 4a en 4b wij tonen de topografie en het overeenkomstige kort:sluiten photocurrent voor P3HT: Film PCBM 10 minuten wordt onthard die. Zoals met mdmo-PPV: De steekproeven PCBM, lokale variaties in photocurrent zijn duidelijk binnen topografisch eentonige gebieden.

Zoals met trEFM, kunnen wij het kwantitatieve verband tussen de pcAFM huidige informatie beoordelen in het kenmerken van efficiency OPV door ruimte-het gemiddelde genomen van photocurrent in pcAFMgegevens met metingen te correleren EQE over de zelfde materialen. Zoals in Cijfer 4c kan worden gezien, volgen de photocurrent die metingen via pcAFM worden afgeleid de zelfde kwalitatieve die tendens zoals de efficiency uit de macroscopische apparaten wordt verkregen. Dit resultaat stelt voor dat pcAFM het microscopische ondersteunen van macroscopische apparatenprestaties kan sonderen. De verworven pcAFMgegevens kunnen dan nuttig zijn om elektron en gatenstroom en mobiliteit uit apparaten te halen OPV en konden zelfs als hulpmiddel worden gebruikt om optimale mengsels en verwerkingsvoorwaarden te selecteren. Nochtans, is het belangrijk om te benadrukken dat terwijl de kwalitatieve tendensen tussen de pcAFMgegevens en EQE over het algemeen in goede overeenkomst zijn, wij vaak kwantitatieve verschillen tussen de lokale pcAFMgemiddelden en de bulkapparateneigenschappen vinden. Dit is niet volledig verrassend gezien wij de hoge uiteinden van de het werkfunctie (Au, PT) gebruiken en dat de contactgevolgen zouden moeten één of andere rol in de huidige extractie spelen. Het is namelijk om deze reden dat wij geloven pcAFM de gegevens over het algemeen beter met macroscopische prestaties voor een vaste mengselverhouding correleren dan het over een brede waaier van de concentraties van de donoracceptor doet, en het belang van uiteindeworkfunction en om het even welke bijbehorende barrière van de injectieextractie altijd in mening zou moeten worden gehouden wanneer het analyseren van pcAFM gegevens.

Samenvatting en Vooruitzichten

De morfologie BHJ waarop OPVs vertrouwt is uiterst complex. Mengen zich van een een elektronendonor en acceptor in een gemeenschappelijke oplossing, gevolgd door rotatiedeklaag, brengt de morfologie op die eigenschappen op een verscheidenheid van lengteschalen heeft. Deze eigenschappen beïnvloeden beurtelings de capaciteit van het apparaat om excitons te verdelen en de capaciteit van de resulterende lasten om een route door de film te navigeren om als nuttige photocurrent te voorschijn te komen. Dientengevolge, zijn de prestaties van OPVs inherent een lokaal bezit. De Metingen op bulkapparaten die verscheidene mm2 op gebied zijn zullen impliciet heel wat het het gemiddelde nemen van van de apparateneigenschappen impliceren en veel van het lokale microscopische detail zal later verloren worden.

De technieken die wij zijn uitbreidingen aan de meting hier hebben beschreven leiden-AFM met een Onderzoek van het Asiel wordt gemaakt mfp-3d-BIOdie. Deze hebben beurtelings gebruik toegestaan om metingen van de de morfologie, elektrische en optische eigenschappen van BHJs te maken allen op nanoscale, en, cruciaal, op het zelfde gebied van het apparaat. Dientengevolge hebben wij significante stappen voorwaarts kunnen maken in ons begrip van hoe zelfs de goed-gekenmerkte systemen OPV in termen van de lokale morfologie werken.



Figuur 4. Microscopische ongelijksoortigheid in (a) topografie en (b) photocurrent op mengsels P3HT/PCBM. 2µm aftasten. (c) Correlatie tussen ruimte-het gemiddelde genomen die photocurrent via pcAFM wordt de gemeten en de metingen EQE voor mengsels P3HT/PCBM voor verschillende tijdsduur worden onthard wijzen opnieuw erop dat pcAFM de gegevens met verwachte apparatenprestaties kwalitatief verenigbaar zijn.

Het schijnt dat er veel ruimte voor verdere vordering is. Bijvoorbeeld kon de verbeteringen in time resolutie in trEFM voorbij de huidige grens 100µs, bijvoorbeeld gebruikend nieuwere generatieapparatuur met hogere bandbreedte, verdere tijd-vastbesloten experimenten op verschillende systemen zoals polymeer openstellen: fullerene verbeteren de apparaten evenals de productie van de techniek. Het Koppelen van brede spectrumverlichting aan pcAFM zou en trEFM opstellingen ook voor spectrale analyse van optoelectronic gedrag toestaan. Het Verdere pcAFMwerk is momenteel aan de gang in verscheidene groepen die de lagere uiteinden van de het werkfunctie gebruiken om enkele hierboven besproken beperkingen te vermijden en misschien betere kwantitatieve overeenkomst te bereiken tussen EQE en ruimte-het gemiddelde genomen van photocurrent over verschillende donor/acceptormengsel verhouding apparaten.

Terwijl de technieken hier in de context van de morfologie OPV worden voorgesteld, zou men moeten beklemtonen dat zij ook in andere photoactive technologieën kunnen nuttig zijn. Bijvoorbeeld, de kleurstof maakte in vaste toestand zonnecellen gevoelig of samengestelde photocatalysts zouden moeten lokale ongelijksoortigheid tentoonstellen die uiteindelijk elektroprestaties zou beïnvloeden. trEFM en pcAFM verstrek daarom ideale hulpmiddelen om deze systemen te kenmerken.

Bron: De „Nieuwe Technieken van de Sonde van het Aftasten om Organische Photovoltaic Materialen en Apparaten“ door Rajiv Giridharagopal, Guozheng Shao, Chris Bosjes, en David S. Ginger, Afdeling van Chemie, Universiteit van Washington Te Analyseren

Deze informatie is afkomstig geweest, herzien en die van materialen door het Onderzoek van het Asiel aangepast worden verstrekt.

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve het Onderzoek van het Asiel

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

Last Update: 14. June 2013 01:16

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit