Analisis Organik Fotovoltaik Menggunakan nanoIR

Dengan Editor AZoNano

Daftar isi

Pengenalan

Organik photovoltaic (PV) bahan yang digunakan dalam memanfaatkan tenaga surya sebagai sumber energi alternatif. Campuran polimer poli (3-hexylthiophene), P3HT, dan (6,6)-fenil-C61-butirat asam metil ester (PCBM) adalah donor-akseptor populer (DA) massal hetero (BHJ) yang banyak digunakan untuk seperti aplikasi. AFM dan TEM telah digunakan untuk mengkarakterisasi struktur film PV di-spasial resolusi tinggi, tetapi informasi kimia sangat sulit untuk memperoleh pada skala nano.

Ikhtisar

Dalam catatan aplikasi, fitur topografis telah berkorelasi dengan spektroskopi kimia lokal pada P3HT dan film P3HT PCBM-doped menggunakan inovatif nanoIR ™ teknologi. Satu set spasial analisis kimia tinggi (~ 100 nm) diselesaikan bahan fotovoltaik, yaitu, P3HT (poli (3 - hexylthiophene)) dan PCBM ((6,6)-fenil-C61-butirat asam metil ester) yang dilakukan.

nanoIR platform

Inframerah (IR) spektroskopi umumnya digunakan untuk pengukuran analitis dalam industri dan akademis R & D laboratorium. Terobosan resolusi spasial diperoleh dengan sebuah teknik inovatif yang menggunakan probe nano dari mikroskop atom (AFM) yang bertindak sebagai detektor absorbansi IR. Sifat dari hasil deteksi absorbansi IR pada pengukuran sifat mekanik skala nano nano bersamaan dengan morfologi, bersama dengan komposisi kimia. Para nanoIR juga memiliki terintegrasi pemetaan properti nano termal menghasilkan alat multifungsi yang memberikan struktur nano, kimia, mekanik dan sifat termal. Dr Alexandre Dazzi dari Laboratoire de Chimie Physique, CLIO, Universite Paris-Sud, Orsay, Perancis, memelopori teknologi yang dipatenkan yang menggabungkan AFM dan Spektroskopi IR (AFM-IR).

Gambar 1. Platform nanoIR

Gambar 2. Close up tampilan prisma dan AFM kepala pengukuran

nanoIR Pengaturan

Para nanoIR sistem menggunakan sebuah sumber, berdenyut IR disesuaikan untuk merangsang getaran molekul dalam sampel yang telah dipasang pada prisma transparan IR (ZnSe). Sumber IR sistem ini dikembangkan menggunakan teknologi eksklusif yang secara terus menerus disesuaikan 1200-3600 cm ^-1 yang mencakup berbagai spektrum IR pertengahan. Penyerapan radiasi oleh hasil sampel dalam pemanasan dan ekspansi termal cepat yang menyebabkan osilasi resonansi kantilever. Hasil osilasi diinduksi dalam ringdown karakteristik seperti ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Skema menunjukkan teknik belakang nanoIR yang

Hal ini dimungkinkan untuk nanoIR pengguna untuk cepat survei daerah sampel melalui pencitraan AFM dan kemudian mendapatkan spektra resolusi tinggi pada daerah kimia yang dipilih pada sampel. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 4, spektrum polimer yang didapatkan dari nanoIR sistem telah menunjukkan korelasi yang baik dengan Transformasi Fourier inframerah massal (FT-IR) spektrum.

Gambar 4. Suatu perbandingan dari spektrum yang dihasilkan oleh nanoIR (merah) dan konvensional FT-IR (biru) dari sampel polistiren.

Fitur Platform nanoIR

Fitur dari nanoIR platform yang tercantum di bawah ini:

• Para nanoIR sistem menyediakan resolusi tinggi spektrum inframerah, dan data tentang sifat mekanik sampel. Hal ini dicapai, sebagaimana disebutkan di atas, dengan memantau frekuensi resonan mode fundamental atau lebih tinggi dari kantilever tersebut.
• Frekuensi resonansi dari kantilever kontak secara langsung terkait dengan kekakuan sampel dan dapat digunakan untuk memetakan modulus sampel kualitatif.
• Para nanoIR Platform juga dapat melakukan analisis termal nano baru memanfaatkan cantilevers AFM yang mengintegrasikan elemen pemanas resistif di ujung kantilever
• Menggunakan cantilevers bersama dengan sistem memungkinkan pengukuran lokal suhu transisi bahan pada satu titik atau sebuah array dari titik-titik di seluruh sampel.
• Hal ini memungkinkan deteksi atau pemetaan dari isi amorf / kristal, stres, tingkat menyembuhkan, atau karakteristik bahan lain yang dapat dicirikan oleh suhu transisi material.

Pengukuran Drop-Cast P3HT dan film P3HT PCBMdoped

Para nanoIR Teknik sempurna untuk pengukuran sampel polimer di mana ada variasi bahan lokal. Menurut teknik pengambilan sampel, material harus disimpan sebagai lapisan tipis pada sebuah prisma ZnSe. Oleh karena bahan-bahan yang mengalami dropcasting dari solusi langsung ke prisma.

Drop-dicor Film P3HT

Penting untuk dicatat bahwa tidak semua fitur permukaan pada gambar yang sama AFM berbagi karakteristik penyerapan inframerah yang identik. Area of ​​interest yang ditunjukkan pada Gambar 5 dimana tonjolan kecil dari urutan beberapa mikron terlihat.

Gambar 5. Point-and-click akuisisi spektral atas area yang luas dari film P3HT tipis pada prisma ZnSe

Normalisasi titik-dan-klik akuisisi spektral IR mengungkapkan bahwa hanya beberapa poin telah sedikit diperluas fitur penyerapan seperti penyerapan ekor panjang (Spectrum 10) dan bahu dekat 1500 cm ^{- 1} kurang didefinisikan. Pada poin lain, ditemukan bahwa spektrum dihasilkan mirip dengan bahan P3HT massal. Pada poin yang terkait dengan spektrum 12 sampai 14, terlihat bahwa penyerapan diperluas tampaknya jauh dari fitur tinggi. Untuk meningkatkan analisis spektral, daerah di dekat spektrum 12 sampai 14 di-scan lagi dengan resolusi spasial lebih tinggi dan gambar yang terkait ditunjukkan pada Gambar 6 (atas) dan akuisisi spektral array yang diperoleh setelah ditunjukkan pada Gambar 6 (di bawah).

Gambar 6 Sebuah akuisisi spektral array yang menampilkan gambar AFM (atas) dan spektrum yang sesuai (bawah) di dekat tempat 12-14 dalam Gambar 5;. Jarak antara masing-masing penanda ~ 100 nm

Spektra yang diamati sekitar 100 nm terpisah dan variasi spektral terlihat dalam skala panjang yang sama (dari kedua ketiga dan kelima untuk spektrum dari keenam). Sebagai bahu sekitar 1500 cm ^-1 hilang dan kemudian kembali muncul pada panah, sinyal dekat 1380 cm ^-1 muncul melebar. Dengan menggunakan nanoIR ™ , perubahan-perubahan spektral IR dapat dilihat pada resolusi spasial yang luar biasa tinggi.

PCBM-doped P3HT campuran

Dalam contoh ini, cacat permukaan diamati pada Gambar 7, yang menunjukkan gambar AFM dari panas diobati sampel P3HTPCBM. Spektrum IR lokal khusus untuk fitur permukaan yang ditunjukkan langsung di bawah gambar.

Gambar 7. Sebuah gambar AFM dan spektrum sampel dipanaskan PCBM-doped P3HT

Ketika nanoIR spektrum dibandingkan dengan nanoIR spektrum untuk komponen murni, perubahan lokal diidentifikasi. Para metilen lentur modus pada 1444 cm ^-1 dan 1432 cm ^-1 sesuai dengan P3HT dan PCBM, masing-masing. The 1444 cm ^-1 Band juga memiliki kontribusi dari setengah lingkaran cincin yang tumpang tindih modus peregangan. Spektrum yang sesuai untuk tanda hash kuning memiliki kedua komponen. Pada lingkaran luar atau tanda merah atau spektrum 1, puncak pada 1732 cm ^-1 (PCBM) adalah kecil dan komponen di 1444 cm ^-1 (P3HT) adalah dominan. Pada tanda hash baik hijau dan ungu (spektra 3 dan 4), band cm dekat 1432 ^-1 terutama disumbangkan oleh PCBM. Akhirnya, ketajaman band di 1432 cm ^-1 dan sinyal kuat 1732 cm ^-1 menunjukkan lobus di pusat sebagian besar PCBM.

Kekakuan dari cacat permukaan dalam kaitannya dengan campuran P3HTPCBM dapat dicitrakan menggunakan nanoIR ™ . Ketika terkena radiasi terus-berdenyut IR laser pada 1450 cm ^-1 frekuensi kontak kantilever ini ditelusuri terus-menerus sebagai ujung AFM bergerak di seluruh sampel. Berikut bahan massal (kuning / oranye) tampak kaku dari sebagian besar wilayah pedalaman dari cacat (hijau).

. Gambar 8 Hubungi gambar frekuensi cacat kimia dipetakan di atas gambar tinggi yang sesuai, rentang frekuensi adalah sekitar 30 kHz (bar warna:. Oranye kaku; dalam coklat - lembut)

Kesimpulan

Data yang diperoleh dari analisis menunjukkan kemampuan nanoIR ™ untuk menganalisis satu set bahan fotovoltaik dengan resolusi spasial tinggi (~ 100 nm). Fitur topologi dapat dihubungkan dengan tanda tangan yang berhubungan kimia inframerah. 100 nm resolusi spasial dapat dengan mudah dicapai dalam aplikasi di mana batas domain tidak dikenal. Pemisahan fasa lokal bahan yang ditemukan dengan membandingkan lokal nanoIR pectra di situs cacat dengan spektrum sebagian besar komponen murni. Selain itu, frekuensi kontak sekitarnya relatif cacat dipetakan bersamaan dengan topografi yang sesuai.

Tentang Anasys Instrumen

Anasys Instrumen Corporation adalah pelopor dalam bidang sub-100nm informasi properti termal. Perusahaan teknologi dan produk yang digunakan untuk mengatasi tantangan metrologi dan analisis dalam polimer, farmasi, penyimpanan data, dan maju-bahan pasar. Pada tahun 2007, Anasys bernama sebagai pemenang dua penghargaan industri bergengsi, R & D 100 Award dan MICRO / NANO perdana 25 Penghargaan, yang keduanya mengakui Anasys sebagai pemimpin dalam teknologi inovatif.

Sumber: Anasys Instrumen

Untuk informasi lebih lanjut tentang sumber ini silakan kunjungi Anasys Instrumen