ניתוח של Photovoltaics אורגני באמצעות nanoIR

ידי עורכי AZoNano

תוכן העניינים

הקדמה

אורגני (PV) חומרים פוטו משמשים כוח רתימה השמש כמקור אנרגיה חלופי. פולימרים תערובות של פולי (3-hexylthiophene), P3HT, ו (6,6), פניל-C61-butyric חומצה מתיל אסטר (PCBM) הם הפופולריים-acceptor התורם (DA) בתפזורת heterojunction (BHJ) אשר נמצאים בשימוש נרחב עבור כאלה יישומים. AFM ו TEM שימשו לאפיין את המבנה של PV סרטים ברזולוציה גבוהה מרחבית, אך מידע כימי קשה מאוד להשיג הננומטרי.

סקירה

במכתב בקשה זו, מבחינה טופוגראפית להיות מתואמים ספקטרוסקופיה כימיים מקומיים P3HT ו PCBM מסוממים סרטים P3HT שימוש חדשני nanoIR ™ טכנולוגיה. סט של ניתוח כימי מרחבית גבוהה (~ 100 ננומטר) החליט של חומרים פוטו, כלומר, P3HT (פולי (3 - hexylthiophene)) ו PCBM ((6,6), פניל-C61-butyric מתיל אסטר חומצה) מבוצעות.

nanoIR רציף

אינפרא אדום (IR) ספקטרוסקופיה הוא נפוץ למדידת אנליטיות תעשייתיים ואקדמיים מו"פ במעבדות. פריצת הדרך ברזולוציה מרחבית מתקבל על ידי טכניקה חדשנית המשתמשת בדיקה ננומטרי של מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) שפועל ספיגת גלאי אינפרא אדום. טבעו של זיהוי התוצאות IR ספיגת במדידות של תכונות מכניות ננו בו זמנית עם מורפולוגיה ננומטרי, יחד עם ההרכב הכימי. NanoIR גם שילבה רכוש ננו מיפוי תרמי וכתוצאה מכך כלי רב תכליתיים המספק המבנה הכימי ננו, מכני התכונות התרמיות. ד"ר אלכסנדר Dazzi מן דה Laboratoire Chimie הגופנית, CLIO, אוניברסיטה Paris-Sud, אורסיי, צרפת, חלוצת טכנולוגיית פטנט המשלב AFM ו IR ספקטרוסקופיה (AFM-IR).

באיור 1. פלטפורמת nanoIR

באיור 2. תקריב לאור הפריזמה וראש AFM המדידה

nanoIR ההתקנה

NanoIR המערכת משתמשת מקור פעמו, IR מתכווננת לעורר תנודות מולקולריות במדגם כי כבר רכוב על פריזמה שקופה (ZnSe) IR. מקור IR של המערכת שפותחה באמצעות טכנולוגיה קניינית אשר מתכווננת באופן רציף 1200-3600 ^-1 ס"מ המכסים מגוון רחב של הקשת אמצע IR. ספיגת הקרינה על ידי תוצאות המדגם ב חימום התפשטות תרמית מהירה שגורמת תנודות התהודה של שלוחה. התוצאה תנודות המושרה ringdown מאפיין כפי שמוצג באיור 3.

באיור 3. סכמטי המציג את הטכניקה מאחורי nanoIR

זה אפשרי עבור nanoIR למשתמשים במהירות סקר אזורים מדגם באמצעות הדמיה AFM ואז לקבל ספקטרום גבוה כימיים הרזולוציה באזורים נבחרים על המדגם. כפי שניתן לראות בתרשים 4, ספקטרה פולימר המתקבל nanoIR מערכת הוכיחו קורלציה טובה עם בתפזורת התמרת אינפרא אדום (FT-IR) ספקטרום.

איור 4. השוואה של הספקטרום שנוצר על ידי nanoIR (אדום) קונבנציונאלי FT-IR (כחול) של מדגם קלקר.

תכונות של פלטפורמה nanoIR

התכונות של nanoIR פלטפורמה המפורטות להלן:

• NanoIR המערכת מספקת רזולוציה גבוהה ספקטרום אינפרא אדום, נתונים על תכונות מכניות של המדגם. מטרה זו מושגת, כאמור, על ידי ניטור בתדירות של מצבי התהודה הבסיסית ומעלה של שלוחה.
• תדירות הקשר התהודה של שלוחה קשורה ישירות נוקשות של המדגם וניתן להשתמש בו כדי למפות את מודולוס המדגם איכותית.
• NanoIR הפלטפורמה ניתן גם לבצע ניתוח תרמית בקנה מידה ננומטרי תוך ניצול רומן cantilevers AFM המשלבים גוף חימום התנגדות בסוף שלוחה
• שימוש אלה cantilevers יחד עם המערכת מאפשרת את מדידת המקומיות של המעבר הטמפרטורה של חומרים בשלב זה או מערך של נקודות על מדגם.
• הדבר מאפשר זיהוי או מיפוי של התוכן אמורפי / גבישי, מתח, היקף לרפא, או מאפיינים חומר אחר אשר יכול להיות מאופיין המעבר הטמפרטורה של החומר.

מדידות של P3HT Drop-יצוקה וסרטים P3HT PCBMdoped

NanoIR טכניקה מושלמת עבור מדידה של דגימות פולימריות בהם יש וריאציות חומר מקומי. על פי טכניקת הדגימה, החומר צריך להיות מופקד כמו סרט דק על פריזמה ZnSe. לכן החומרים הם חשופים dropcasting מפתרון ישירות על הפריזמה.

Drop-casted P3HT קולנוע

חשוב לציין כי לא כל תכונות פני השטח על נתח זהה AFM תמונה מאפיינים זהים אינפרא אדום הקליטה. אזור של אינטרס מוצג באיור 5 שם בליטות זעירות בסדר גודל של מיקרונים אחדים נראים.

איור 5. Point-and-לחץ הרכישה רפאים על פני שטח גדול של סרט P3HT דק על פריזמה ZnSe

מנורמל Point-and-לחץ על הרכישה IR תחזיתי מגלה כי רק כמה נקודות הרחיבו מעט תכונות ספיגת כגון זנב קליטה ארוך (Spectrum 10) ואת הכתף ליד ס"מ 1500 ^{- 1} מוגדר פחות. בנקודות אחרות, נמצא כי ספקטרום הניב דומים החומר P3HT בתפזורת. בנקודות הקשורות ספקטרום 12-14, זה נראה כי הקליטה הרחיב נראה רחוק התכונה גובה. כדי לשפר את ניתוח ספקטרלי, האזור ליד הספקטרום 12-14 נסרק שוב עם רזולוציה מרחבית גבוהה יותר והתמונה הקשורים מוצגת באיור 6 (למעלה), רכישת מערך הספקטרום המתקבל לאחר מכן מוצגת באיור 6 (להלן).

איור 6 רכישת מערך ספקטרלי מראה את התמונה AFM (למעלה) ואת ספקטרום המקביל (התחתון) ליד נקודות 12-14 בתרשים 5:. המרווח בין הסמן כל ~ 100 ננומטר

ספקטרום הם נצפו כ 100 ננומטר בנפרד ווריאציות ספקטרלי נראים בתוך סולם באותו אורך (מ השני השלישי החמישי מתוך ספקטרום ו '). כמו הכתף סביב 1500 ^-1 ס"מ נעלמת ואז שוב מופיע החצים, את האות ליד ^-1 ס"מ 1380 מופיע להרחיב. באמצעות ™ nanoIR , שינויים אלו ספקטרלי IR ניתן לראות ברזולוציה מרחבית גבוהה להפליא.

PCBM מסוממים P3HT תערובת

בדוגמה זו, פגם משטח הוא ציין איור 7, אשר מציג תמונה AFM של חום טיפול מדגם P3HTPCBM. ספקטרום IR מקומי ספציפי תכונות פני השטח מוצגים ישירות מתחת לתמונה.

איור 7. תמונת AFM ואת ספקטרום של מדגם PCBM מסוממים חום שטופלו P3HT