Caracterización de Células Solares Orgánicas Usando El Método del ATÚN de PeakForce

Por los Editores de AZoNano

Índice

Introducción
Caracterización Orgánica de la Célula Solar
     Efecto Térmico de la Esmaltación sobre la Película Fina de P3HT
     P3HT: Célula Solar Orgánica de PCBM
Conclusiones
Bruker

Introducción

Cosechando energía solar usando las células solares orgánicas se ha considerado una opción viable de la energía alternativa principal debido a sus costos de producción ligeros, inferiores y adaptabilidad mecánica. El uso de estos dispositivos fotovoltaicos orgánicos no es comercialmente disperso debido a su bajo rendimiento. Una célula solar orgánica se compone de una heterounión a granel formada por pares del donante/del validador de polímeros conjugados. Los polímeros conjugados Campo Común son polivinílicos (2-methoxy-5- (3', 7' - dimethyl-octyloxy))- vinylene del p-fenileno señalado como MDMO-PPV o poly-3 (hexylthiophene) (P3HT) como el donante y para el validador, un derivado soluble del fullerene tal como [6,6] - C61 fenilo - se emplea el éster metílico del ácido butírico o PCBM, un C60-derivative.

Una solución que consiste en los polvos del donante y del validador disueltos en un disolvente orgánico es barrena echada sobre un substrato de cristal recubierto con el óxido del estaño del indio (ITO). Entonces, los electrodos de aluminio se colocan en parte superior usando una máscara y un evaporador aire acondicionado térmica. La capa activa lateral de ITO absorbe la luz y crea los excitones (limite los pares del electrón-agujero), que se separan como cargas en la unión. La estructura de la heterounión es determinante de la eficiencia de la célula, por lo tanto es importante hacer un estudio detallado de la estructura.

Cuadro 1: (a) Un par común del donante/del validador usado en células solares orgánicas: poly-3 (hexylthiophene) (P3HT) como el donante (p-tipo) y [6,6] - C61 fenilo - éster metílico del ácido butírico (PCBM, un C60-derivative) como el validador (n-tipo). (b) HOMO y niveles de LUMO de P3HT y de PCBM en comparación con las funciones de trabajo del Au, de PEDOT y de ITO. (c) El empilar de una célula solar de la heterounión a granel orgánica.

Caracterización Orgánica de la Célula Solar

Las técnicas Conductoras del AFM son capaces de proporcionar a los detalles en el nivel del nanoscale de la heterounión en células solares orgánicas. El modo de Contacto y el modo del ATÚN del contacto de la punta no son eficientes en proporcionar a resultados exactos.

Efecto Térmico de la Esmaltación sobre la Película Fina de P3HT

El P3HT (donante) estaba barrena-revestido en un substrato de cristal recubierto con ITO y una capa de PEDOT. La capa de P3HT fue destemplada en 120°C y el barrena-molde en una caja de guantes. El AFM midió datos mostró que los procedimientos que destemplan tienen un efecto sobre ordenar molecular de los polímeros. Las estructuras cilíndricas exhibieron una conductividad más alta. También los conductores pobres mostraron una capa que tenía ordenar pobre de características. Los datos del ATÚN de PeakForce generados en un P3HT depositado en polivinílico (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) e ITO se ilustran en el Cuadro 2.

Cuadro 2: Las imágenes Máximas del ATÚN de la Fuerza de la película fina de P3HT barrena-revestida en el substrato de glass/ITO/PEDOT, y destemplado en 120°C. Mostrado son (a) topografía, escala 10nm; (b) corriente máxima, escala 300pA; (c) Módulo del DMT, escala 15MPa (d) el papel de la correspondencia de la conductividad en la topografía. La talla de la Imagen es 2 µm del × 2 del µm, tomado en 1 Fuerza Máxima del nN, polarizado de 3V DC, usando la antena del ATÚN de PeakForce de Bruker (capa del Au, constante del muelle de 0.4N/m) en 8 Con varios modos de funcionamiento AFM en una caja de guantes con debajo de 1 PPM O2 y HO2. Cortesía de la Muestra de Profesor Nguyen, UCSB.

P3HT: Célula Solar Orgánica de PCBM

Las películas de P3HT y de PCBM fueron disueltas en una solución del tolueno y hacen girar revestido sobre un substrato de cristal ITO-revestido junto con una capa delgada de PEDOT. El ATÚN de PeakForce fue utilizado para estudiar esta unión. El estudio reveló variaciones en conductividad y que un mayor parte de la corriente era de los agujeros a lo largo del P3HT. Por Lo Tanto, las regiones ricas en P3HT eran altas regiones de la conductividad y las regiones ricas en PCBM eran regiones pobres de la conductividad.

La imagen también mostró fibra-como características, que sugiere que la heterounión tuviera una presencia lateral también. Los datos del ATÚN de PeakForce medidos en una heterounión a granel de P3HT y de PCBM con la punta de la antena del AFM usada como el cátodo se representan en el Cuadro 3.

Cuadro 3: Imágenes del ATÚN de PeakForce de P3HT: Célula solar de PCBM con un ánodo modificado PEDOT de ITO/glass. (a) Se Muestra la topografía, escala 10nm; (b) Corriente Ciclo-Hecha un promedio, escala 5pA; (c) La Adherencia, escala 8 ~10nN y (d) el papel de la correspondencia de la conductividad en la topografía. La talla de la Imagen es el × los 2µm de los 2µm, tomado en el polarizado de 2.5V DC, una Fuerza Máxima red-negativa de -1.5nN se muestra en la curva de la fuerza (e). Los 8 Con Varios Modos De Funcionamiento AFM de Bruker se utiliza con la antena Máxima del ATÚN de la Fuerza de Bruker (capa del Au, constante del muelle 0.4N/m) en una caja de guantes con debajo de 1ppm O2 y HO2. Cortesía de la Muestra de Profesor Nguyen, UCSB.

La Figura 3A muestra las estructuras granulares que podrían posiblemente ser agregados del polímero. La Figura 3D es la correspondencia de la adherencia que visualiza las características que se extienden uniformemente a través de la superficie. La información de la correspondencia de la adherencia podía llevar a la optimización de la formación activa de la capa. La eficiencia de conversión de las células solares orgánicas fue reflejada en la proyección de imagen a través de las curvas IV.

Conclusiones

Los datos proporcionados por el método del ATÚN de PeakForce dieron un discernimiento detallado en la estructura de la heterounión de las células solares orgánicas. Puesto Que la Fuerza Máxima usada para la proyección de imagen era una fuerza red-negativa, una única punta se puede utilizar por encima de 6 horas sin ningún efecto nocivo sobre señal o la resolución de la conductividad. Esto la hace mejor que otras técnicas tales como el conductor-AFM basado en el Modo de Contacto.

Bruker

Las Superficies Nanas de Bruker proporcionan a los productos Atómicos del Microscopio de la Fuerza/del Microscopio de la Antena de la Exploración (AFM/SPM) que se destacan de otros sistemas disponibles en el comercio para su diseño y facilidad de empleo robustos, mientras que mantiene el más de alta resolución. La carga de medición de NANOS, que es parte de todos nuestros instrumentos, emplea un interferómetro fibroóptico único para medir la desviación voladiza, que hace el compacto del ajuste tan que es no más grande que un objetivo estándar del microscopio de la investigación.

Esta información ha sido originaria, revisada y adaptada de los materiales proporcionados por las Superficies Nanas de Bruker.

Para más información sobre esta fuente visite por favor las Superficies Nanas de Bruker.

Date Added: Apr 12, 2011 | Updated: Jan 23, 2014

Last Update: 23. January 2014 11:29

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