Analyysi orgaanisten aurinkokennojen avulla nanoIR

By AZoNano Editors

Sisällysluettelo

Johdanto

Orgaaniset aurinkosähkön (PV) aineita käytetään valjastamalla aurinkoenergian vaihtoehtoinen energianlähde. Polymeeriseokset poly (3-heksyylitiofeeni), P3HT, ja (6,6)-fenyyli-C61-voihappo metyyliesteri (PCBM) ovat suosittuja avunantaja-tunnustaja (DA) bulk heterojunction (BHJ), joita käytetään yleisesti esimerkiksi sovelluksia. AFM ja TEM on käytetty kuvaamaan rakenteen PV elokuvia korkean erotuskyky, mutta kemikaaliraportti on hyvin vaikea saada nanomittakaava.

Yleiskatsaus

Tässä sovelluksessa huomata, topografinen on korreloi paikallisen kemiallisia spektroskopia on P3HT ja PCBM-dopingia P3HT elokuvia käyttämällä innovatiivista nanoIR ™ -tekniikka. Joukko korkea alueellisesti (~ 100 nm) ratkaistu kemiallinen analyysi aurinkosähkö materiaaleja, eli P3HT (poly (3 - heksyylitiofeeni)) ja PCBM ((6,6)-fenyyli-C61-voihappo metyyliesteri) tehdään.

nanoIR Platform

Infrapuna (IR) spektroskopia on yleisesti käytetty analyyttiset mittausmenetelmät teollisuuden ja korkeakoulujen t & k-laboratorioissa. Erotuskyky läpimurto saadaan innovatiivinen tekniikka, joka käyttää nanomittakaavan mittapään atomivoimamikroskooppi (AFM), joka toimii IR absorbanssi ilmaisin. Luonne IR absorbanssi tunnistamisen tulosten mittauksessa nanomittakaavan mekaaniset ominaisuudet samanaikaisesti nanomittakaavan morfologia sekä kemiallinen koostumus. NanoIR on myös integroitu nanomittakaavan lämpö omaisuuden kartoitus seurauksena monikäyttöinen työkalu, joka tarjoaa nanomittakaavan rakenteen, kemialliset, mekaaniset ja termiset ominaisuudet. Tohtori Alexandre Dazzi päässä Laboratoire de Chimie ruumiinrakenne, CLIO, Université Paris-Sud, Orsay, Ranska, kokeiltiin patentoitu teknologia yhdistää AFM ja IR spektroskopian (AFM-IR).

Kuva 1. NanoIR Platform

Kuva 2.. Lähikuva näkymä prisman ja AFM mittaus pään

nanoIR Setup

NanoIR järjestelmä käyttää pulssi, säädettävä IR lähde kiihottaa molekyylien värähtelyä näytettä, jonka on asennettu IR läpinäkyvä (ZnSe) prisma. Järjestelmän IR lähde on kehitetty tekniikka, joka on portaattomasti säädettävissä 1200-3600 cm ^-1, joka kattaa laajan valikoiman puolivälissä IR-spektri. Imeytymistä säteilyn näytteen tulokset lämmitykseen ja nopean lämpölaajeneminen joka aiheuttaa kaikuva heilahtelut ulokkeen. Aiheuttama heilahtelut johtaa ominaisuus ringdown kuten kuvassa 3.

Kuva 3. Kaaviokuva osoittaa tekniikka takana nanoIR

On mahdollista nanoIR käyttäjät voivat nopeasti tutkimuksen alueilla näytteen läpi atomivoimamikroskoopilla ja sitten saada korkean resoluution kemiallinen aallonpituuksilla valitut alueet näyte. Kuten kuvassa 4, polymeeri spektrit saatu nanoIR järjestelmästä ovat osoittaneet hyvä korrelaatio irtotavarana Fourier Transform Infrared (FT-IR) spektrit.

Kuva 4. Vertailu spektrin tuottaman nanoIR (punainen) ja perinteisen FT-IR (sininen) ja polystyreeni näyte.

Ominaisuudet nanoIR Platform

Piirteet nanoIR alustan on lueteltu alla:

• NanoIR järjestelmä tarjoaa korkean resoluution infrapuna spektrin, ja tiedot mekaanisia ominaisuuksia näyte. Tämä tapahtuu, kuten edellä mainittiin, seuraamalla taajuus perusoikeuksia tai korkeampi kaikuva liikennemuotojen ulokkeen.
• Yhteystiedot värähtelytaajuudeksi konsoli suoraan jäykkyys näytteen ja voidaan käyttää kartta kimmokerroin näytteen laadullisesti.
• NanoIR alusta voi myös suorittaa nanomittakaavan termoanalyysi hyödyntämällä uusia AFM ulokkeet, jotka integroivat resistiivinen lämmitys elementti konsoli lopussa
• Käyttämällä näitä ulokkeet sekä mahdollistaa paikallisen mitata transitiolämpötila materiaalien jossain vaiheessa tai joukko pisteitä koko näyte.
• Tämä mahdollistaa havaitsemiseen tai kartoitus amorfinen / kiteinen sisältöä, stressi, laajuus parantamiseen tai muuta materiaalia piirteitä, jotka voidaan luonnehtia transitiolämpötila materiaalin.

Mittaukset Drop-Cast P3HT ja PCBMdoped P3HT elokuvat

NanoIR tekniikka sopii mittaus polymeerisiä näytteitä, joissa on paikallisia materiaalia muunnelmia. Mukaan otantamenetelmän, aineisto on talletettu ohut kalvo ZnSe prismaan. Siksi materiaalit joutuvat dropcasting liuoksesta suoraan prismaan.

Drop-valettu P3HT Film

On tärkeää huomata, etteivät kaikki pinnanmuodot samalla AFM kuva Jaa identtinen infrapuna kimmoisa. Kiinnostava alue on esitetty kuvassa 5, jossa pieniä ulkonemia suuruusluokkaa muutaman mikrometrin nähdään.

Kuva 5. Point-and-click spektrin hankinta laajalla alueella ohut P3HT elokuva ZnSe prismaan

Normalisoitu point-and-click IR spektrin hankinta paljastaa, että vain jotkut kohdat ovat hieman laajentaneet imeytymistä ominaisuuksia, kuten pitkä imeytyminen häntä (Spectrum 10) ja olkapää lähellä 1500 cm ^{- 1} on vähemmän määritelty. Toisessa pistettä, todetaan, että spektrit saatiin ovat samankaltaisia ​​irtotavarana P3HT materiaalia. Pisteissä liittyvät taajuuksien 12-14, nähdään, että laajentunut imeytyminen näyttää olevan poissa korkeus ominaisuus. Parantaa spektrianalyysi, alueella lähellä spektrin 12-14 skannattiin uudelleen korkeampi erotuskyky ja siihen liittyvä kuva kuvassa 6 (ylhäällä) ja spektrin array hankinta saatu jälkeenpäin on kuvassa 6 (alla).

Kuva 6. Spektrin array hankinta osoittaa AFM kuvan (ylhäällä) ja vastaavat spektrit (alhaalla) lähellä paikkoja 12-14 kuvassa 5, väli jokaisen merkkilangan on ~ 100 nm

Spektrit havaittu noin 100 nm välein ja spektrinen vaihtelut ovat nähneet saman pituusskaala (mistä toinen-kolmas ja viides-kuudes spektrejä). Kuten olkapää noin 1500 cm ^-1 katoaa ja sitten taas ilmestyy nuolet, signaali lähellä 1380 cm ^-1 näyttää laajentaa. Käyttämällä nanoIR ™ nämä IR spektrin muutokset voidaan nähdä hämmästyttävän suuri erotuskyky.

PCBM-dopingia P3HT sekoitus

Tässä esimerkissä pinta vika havaitaan kuvasta 7, jossa näkyy AFM kuva lämpökäsiteltyä P3HTPCBM näyte. Lokalisoidut IR-spektrit ominaisia ​​pinnan ominaisuudet näkyvät suoraan kuvan alla.

Kuva 7. AFM kuva ja spektrit lämpökäsitelty PCBM-dopingia P3HT näyte

Kun nanoIR spektrien verrataan nanoIR spektrien puhdasta komponentit, paikallisia muutoksia tunnistetaan. Metyleenin taivutus-tilojen 1444 cm ^-1 ja 1432 cm ^-1 vastaa P3HT ja PCBM vastaavasti. 1444 cm ^-1 bändi on myös panos päällekkäisiä rengas puoliympyrän venyttely tilassa. Vastaava radiotaajuuksia keltainen hash merkki on molemmat osat. Tällä ulkorengas tai punainen merkki tai spektrin 1 huipussaan 1732 cm ^-1 (PCBM) on pieni ja komponentti 1444 cm ^-1 (P3HT) on hallitseva. Sekä vihreä ja violetti hash merkit (Spectra 3 ja 4), ​​bändi lähellä 1432 cm ^-1 on ensisijaisesti myötävaikuttanut PCBM. Lopuksi terävyyttä yhtyeen 1432 cm ^-1 ja vahvempi 1732 cm ^-1 signaali ehdottaa koru ytimessä on enimmäkseen PCBM.

Jäykkyys pinnan vika suhteessa P3HTPCBM sekoitus voidaan kuvausaikaisilla käyttäen nanoIR ™ . Kun altistuu jatkuvasti-sykkivät IR lasersäteilyä nopeudella 1450 cm ^-1 yhteyttä taajuus konsoli jäljittää jatkuvasti kuten AFM kärki liikkuu näyte. Täällä irtotavara (keltainen / oranssi) näyttää jäykempi kuin useimmat sisätilojen alueilla vika (vihreä).

Kuva 8. Contact taajuus kuva kemiallinen vika kartoitti viime vuoden vastaavaan korkeus kuva, eri taajuus on noin 30 kHz (väripalkki: oranssi. Jäykempi, syvä ruskea - pehmeämpi)

Johtopäätökset

Saatujen tietojen analysointi osoittaa kykyä nanoIR ™ analysoida joukko aurinkosähkö materiaalien korkea erotuskyky (~ 100 nm). Topologinen ominaisuuksia voidaan linkittää niiden vastaavia kemiallisen infrapuna allekirjoitukset. 100 nm erotuskyky voidaan helposti toteuttaa sovelluksissa, joissa verkkotunnuksen rajoja ei tunneta. Paikallinen vaihe erottaminen materiaalit löytyvät vertaamalla paikallinen nanoIR pectra klo vika sivustoja ja suurin spektrit puhdasta komponentteja. Lisäksi suhteellinen yhteyttä taajuudet ympäröivä vika kartoitetaan samanaikaisesti vastaavan topografia.

Tietoja Anasys Instruments

Anasys Instruments Corporation on edelläkävijä alalla sub-100 nm lämpö omaisuutta tiedot. Yhtiön teknologia ja tuotteet käytetään puuttua metrologian ja analyysi haasteita polymeerit, lääkkeet, tietovälinejärjestelmiä, ja Advanced-ainemarkkinoilla. Vuonna 2007 Anasys nimettiin voittajaksi kaksi arvostettua alan palkintoja, T & K-100-palkinnon sekä avajais mikro / NANO 25 Award, jotka molemmat tunnustavat Anasys johtajina innovatiivinen tekniikka.

Lähde: Anasys Instruments

Lisätietoja tästä lähde osoitteessa Anasys Instruments