Analisi di Photovoltaics Organico Facendo Uso di nanoIR

Dagli Editori di AZoNano

Indice

Introduzione
Generalità
Piattaforma del nanoIR
     Impostazione del nanoIR
     Funzionalità della Piattaforma del nanoIR
Misure delle pellicole della Goccia-Colata P3HT e di PCBMdoped P3HT
     Pellicola di Goccia-Casted P3HT
     miscela PCBM-verniciata di P3HT
Conclusione
Circa gli Strumenti di Anasys

Introduzione

I materiali fotovoltaici (PV) Organici sono utilizzati nello sfruttamento dell'energia solare come sorgente di energia alternativa. Le miscele del Polimero di poli (3-hexylthiophene), di P3HT e (6,6) - estere metilico acido di phenyl-C61-butyric (PCBM) sono un heterojunction popolare (DA) alla rinfusa del donatore-ricettore (BHJ) che è ampiamente usato per tali applicazioni. Il AFM e TEM sono stati usati per caratterizzare la struttura delle pellicole di PV a risoluzione alto-spaziale; ma le informazioni chimiche sono molto difficili da verificarsi al nanoscale.

Generalità

In questa nota di applicazione, le funzionalità topografiche sono state correlate alla spettroscopia chimica locale su P3HT ed alle pellicole di P3HT verniciate PCBM- facendo uso della tecnologia innovatrice del nanoIR™. Un insieme di livello di analisi chimica risolta nello spazio (~ 100 nanometro) dei materiali fotovoltaici, vale a dire, P3HT (poli (3 - hexylthiophene)) e PCBM ((6,6) - estere metilico acido di phenyl-C61-butyric) sono eseguiti.

Piattaforma del nanoIR

La spettroscopia (IR) Infrarossa è comunemente usata per la misura analitica nei laboratori industriali e accademici di R & S. L'innovazione di risoluzione spaziale è ottenuta da una tecnica innovatrice che usa una sonda del nanoscale da un microscopio atomico della forza (AFM) che funge da rivelatore di capacità di assorbimento di IR. La natura della rilevazione di capacità di assorbimento di IR provoca simultaneamente le misure dei beni meccanici del nanoscale con la morfologia del nanoscale, con composizione chimica. Il nanoIR egualmente ha integrato i beni termici del nanoscale che mappano con conseguente strumento multifunzionale che fornisce i beni meccanici e termici della struttura, del prodotto chimico, del nanoscale. Il Dott. Alexandre Dazzi dal Laboratoire de Chimie Physique, CLIO, Parigi-Sud di Universite, Orsay, Francia, ha aperto la strada ad una tecnologia brevettata che combina la Spettroscopia di IR e del AFM (AFM-IR).

Figura 1. La Piattaforma del nanoIR

La Figura 2. visualizzazione alta di Fine del prisma e la misura del AFM si dirigono

Impostazione del nanoIR

Il sistema del nanoIR usa una sorgente pulsata e regolabile di IR per eccitare le vibrazioni molecolari in un campione che è stato montato su un prisma trasparente di IR (ZnSe). La sorgente del IR del sistema è sviluppata facendo uso di una tecnologia privata che è continuamente regolabile dal 1200 a 3600 cm-1 che coprono una vasta gamma di gamma mezzo IR. L'assorbimento di radiazione dal campione provoca il riscaldamento e l'espansione termica rapida che causa le oscillazioni sonore della trave a mensola. Le oscillazioni indotte provocano un ringdown caratteristico secondo le indicazioni di Figura 3.

Figura 3. rappresentazione Schematica la tecnica dietro il nanoIR

È possibile che gli utenti del nanoIR da esaminare rapido le regioni di campione con la rappresentazione del AFM e poi ottengano gli spettri chimici di alta risoluzione alle regioni selezionate sul campione. Secondo le indicazioni di Figura 4, gli spettri del polimero ottenuti dal sistema del nanoIR hanno dimostrato la buona correlazione con gli spettri in serie di infrarosso di Trasformata di fourier (FT-IR).

Figura 4. Un confronto dello spettro generato dal nanoIR (rosso) e da FT-IR convenzionale (blu) di un campione del polistirolo.

Funzionalità della Piattaforma del nanoIR

Le funzionalità della piattaforma del nanoIR sono elencate qui sotto:

  • Il sistema del nanoIR fornisce gli spettri infrarossi ad alta definizione ed i dati sui beni meccanici del campione. Ciò fa, come detto precedentemente, riflettendo la frequenza dei modi sonori fondamentali o più alti della trave a mensola.
  • La frequenza di risonanza del contatto della trave a mensola direttamente è collegata con la rigidezza del campione e può essere usata per mappare qualitativamente il modulo del campione.
  • La piattaforma del nanoIR può anche eseguire l'analisi termica del nanoscale che utilizza le travi a mensola novelle del AFM che integrano un elemento riscaldante resistente all'estremità a mensola
  • Facendo Uso di queste travi a mensola con il sistema permette la misura locale della temperatura di transizione dei materiali ad un punto o ad una schiera dei punti attraverso un campione.
  • Ciò permette la rilevazione o la mappatura contenuto amorfo/cristallino, dello sforzo, delle dimensioni della maturazione, o di altre caratteristiche materiali che possono essere caratterizzate dalla temperatura di transizione del materiale.

Misure delle pellicole della Goccia-Colata P3HT e di PCBMdoped P3HT

La tecnica del nanoIR è perfetta per la misura dei campioni polimerici in cui c'è le variazioni materiali locali. Secondo la tecnica di campionatura, il materiale deve essere depositato come pellicola sottile su un prisma di ZnSe. Quindi i materiali sono sottoposti a dropcasting dalla soluzione direttamente sul prisma.

Pellicola di Goccia-Casted P3HT

È importante notare che non tutte le funzionalità di superficie sulla stessa immagine del AFM dividono le caratteristiche identiche di assorbimento dell'infrarosso. Un centro di interesse è indicato nella Figura 5 dove le sporgenze minuscole dell'ordine di pochi micron sono vedute.

Figura 5. acquisizione spettrale Punta-e-clicca sopra un'ampia area di una pellicola sottile di P3HT su un prisma di ZnSe

L'acquisizione spettrale punta-e-clicca Normalizzata di IR rivela che soltanto alcuni punti leggermente hanno esteso le funzionalità di assorbimento quale una coda lunga di assorbimento (Spettro 10) e la spalla vicino a 1500 cm- 1 più di meno è definito. Agli altri punti, è trovato che gli spettri resi sono simili al materiale alla rinfusa P3HT. Ai punti relativi agli spettri 12 - 14, è veduto che l'assorbimento esteso sembra essere a partire dalla funzionalità di altezza. Per migliorare l'analisi spettrale, la regione vicino agli spettri 12 - 14 è stata scandita ancora con un'più alta risoluzione spaziale e l'immagine relativa è indicata nella Figura 6 (cima) e l'acquisizione spettrale di schiera ottenuta in seguito è indicata nella Figura 6 (sotto).

Figura 6. Un'acquisizione spettrale di schiera che mostra l'immagine del AFM (cima) e gli spettri corrispondenti (inferiori) vicino ai punti 12-14 in Fico 5; il gioco fra ogni indicatore è ~ 100 nanometro

Gli spettri sono osservati che circa 100 nanometro a parte e le variazioni spettrali sono veduti all'interno dello stesso disgaggio di lunghezza (dal seconde al terze e quinti - sesti spettri). Mentre la spalla verso il 1500 cm-1 sparisce e poi ancora compare alle frecce, il segnale vicino a 1380 cm-1 sembra allargarsi. Usando il nanoIR™, questi cambiamenti spettrali di IR possono essere veduti ad una risoluzione spaziale stupefacente alta.

miscela PCBM-verniciata di P3HT

In questo esempio, un difetto superficiale è osservato nella Figura 7, che mostra un'immagine del AFM di un campione trattato termicamente di P3HTPCBM. Gli spettri localizzati di IR specifici affiorare funzionalità sono indicati direttamente sotto l'immagine.

Figura 7. Un'immagine del AFM e gli spettri di un campione PCBM-verniciato trattato termicamente di P3HT

Quando gli spettri del nanoIR è paragonato agli spettri del nanoIR per le componenti pure, le alterazioni locali sono identificate. I modi di piegamento del metilene a 1444 cm-1 e a 1432 cm-1 corrisponde al P3HT e al PCBM, rispettivamente. La banda di 1444-1 cm egualmente ha un contributo da un semicerchio di sovrapposizione dell'anello che allunga il modo. Lo spettro corrispondente per il contrassegno giallo ha entrambe le componenti. All'anello esterno o il segno rosso o lo spettro 1, il picco a 1732 il cm-1 (PCBM) è minuscolo e la componente a 1444 che il cm-1 (P3HT) è dominante. Sia ai contrassegni di porpora che di verde (spettri 3 e 4), la banda vicino a 1432 cm-1 soprattutto è contribuito da PCBM. Per Concludere, la nitidezza della banda a 1432 cm-1 e un più forte segnale di 1732-1 cm suggeriscono che il lobo al centro sia principalmente PCBM.

La rigidezza del difetto superficiale relativamente alla miscela di P3HTPCBM può essere imaged facendo uso del nanoIR™. Una Volta esposta ad una radiazione di laser continuo-pulsante di IR a 1450 cm-1 la frequenza del contatto della trave a mensola è rintracciata costantemente mentre il suggerimento del AFM si muove attraverso il campione. Qui il materiale alla rinfusa (giallo/arancia) sembra più rigido della maggior parte delle aree interne del difetto (verde).

Figura 8. immagine di frequenza del Contatto di un difetto chimico mappato sopra l'immagine corrispondente di altezza; l'intervallo della frequenza è di circa 30 chilocicli (barra dei colori: arancio. più rigido; marrone-scuro - più morbido)

Conclusioni

I dati ottenuti dall'analisi mostrano la capacità del nanoIR™ per analizzare un insieme dei materiali fotovoltaici con alta risoluzione spaziale (~100 nanometro). Le funzionalità topologiche possono essere collegate alle loro impronte infrarosse chimiche corrispondenti. la risoluzione spaziale di 100 nanometro può essere raggiunta facilmente nelle applicazioni dove i limiti del dominio non sono conosciuti. La separazione di fase Locale di materiali è trovata paragonando il pectra locale del nanoIR ai siti di difetto alle gamme in serie di componenti pure. Inoltre, le frequenze relative del contatto che circondano il difetto sono mappate simultaneamente con la topografia corrispondente.

Circa gli Strumenti di Anasys

Anasys Instruments Corporation è il pioniere nel campo di informazioni termiche dei beni di sub-100nm. La tecnologia ed i prodotti della Società stanno usandi per indirizzare le sfide dell'analisi e della metrologia nei polimeri, nei prodotti farmaceutici, nell'archiviazione di dati e nei servizi dei avanzato-materiali. Nel 2007, Anasys è stato nominato poichè un vincitore di due premi prestigiosi dell'industria, del Premio di R & S 100 e del Premio inaugurale di MICRO/NANO 25, di cui tutt'e due riconoscono Anasys come guide nella tecnologia innovatrice.

Sorgente: Strumenti di Anasys

Per ulteriori informazioni su questa sorgente visualizzi prego gli Strumenti di Anasys

Date Added: Jul 19, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 09:25

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