nanoIR를 사용하여 유기 태양 전지의 분석

AZoNano 편집자에 의해

차례

소개

유기 태양광 (PV) 자료가 대체 에너지원으로 harnessing 태양광 발전에 사용됩니다. 중합체는 폴리 (3 - hexylthiophene), P3HT의 결합, 그리고 (6,6) - 페닐 - C61 - 버터의 산 메틸 에스테르 (PCBM)는 널리 등에 사용되는 인기있는 기증자 - 수용체 (DA) 대량 헤테로 접합 (BHJ)입니다 응용 프로그램입니다. AFM과 TEM은 높은 공간 해상도 PV 필름의 구조를 특성화하는 데 사용되었습니다 있지만 화학 정보는 nanoscale에서 얻기가 매우 어렵습니다.

개요

이 애플 리케이션 노트에서는 지형은 P3HT와 혁신적인 사용 PCBM - 도핑된의 P3HT 영화에서 지역 화학 분광법에 상관되었습니다 nanoIR ™ 기술을. 즉 광전 재료의 높은 spatially (~ 100 nm의) 해결 화학 분석, 한 세트는 P3HT는 (폴리 (3 - hexylthiophene))와 PCBM은 ((6,6) - 페닐 - C61 - 버터의 산성 메틸 에스테르) 수행됩니다.

nanoIR 플랫폼

적외선 (IR​​) 분광기는 일반적으로 산업 및 학술 R & D 실험실에서 분석 측정에 사용됩니다. 공간 해상도의 돌파구는 IR 흡광 검출기의 역할을 원자 힘 현미경 (AFM)에서 nanoscale 프로브를 사용하는 혁신적인 기술에 의해 얻어진다. 화학 성분과 함께 nanoscale 형태와 동시에 nanoscale 기계적 성질의 측정에서 IR 흡광 검출 결과의 자연. nanoIR은 또한 nanoscale 구조, 화학적, 기계적 및 열 속성을 제공하는 다기능 도구의 결과 nanoscale 열 속성 매핑을 통합했습니다. Laboratoire 드 Chimie 체격, CLIO, Universite 파리 - 수드, 오르세, 프랑스에서 박사 알렉산더 Dazzi은 AFM과 IR 분광학 (AFM - IR)를 결합 특허 기술을 개척.

그림 1. nanoIR 플랫폼

그림 2. 프리즘과 AFM 측정 머리보기를 닫습니다

nanoIR 설정

nanoIR의 시스템은 IR 투명 (ZnSe) 프리즘에 실려있는 샘플에서는 분자 진동을 흥분시키기 위해 펄스, 조정 IR 소스를 사용합니다. 시스템의 IR 소스는 1,200에서 ^-1 중반 IR 스펙트럼의 광범위한 커버 3천6백cm 지속적으로 조절하는 독점 기술을 사용하여 개발되고 있습니다. 가열과 캔틸레버의 공진 oscillations 원인 급속한 열팽창의 예제 결과에 의해 방사선의 흡수. 특성 ringdown의 유도 oscillations 결과는 그림 3에 표시됩니다.

그림 3. nanoIR 뒤에 기법을 보여주는 도식

것은 가능 nanoIR의 사용자가 빠르게 AFM 이미지를 통해 샘플 영역을 조사하여 다음 예제에서 선택한 지역에서 고해상도 화학 스펙트럼을 얻을 수 있습니다. 마찬가지로 그림 4에 나타난에서 얻은 폴리머 스펙트럼 nanoIR의 시스템은 대량 푸리에 변환 적외선 (FT - IR) 스펙트럼과 좋은 상관 관계를 증명하고있다.

그림 4. nanoIR (빨간색)와 폴리스티렌 샘플 기존의 FT - IR (파란색)에 의해 생성된 스펙트럼의 비교.

nanoIR 플랫폼의 특징

의 기능 nanoIR의 플랫폼은 다음과 같습니다 :

• nanoIR의 시스템은 고해상도의 적외선 스펙트럼, 그리고 샘플의 기계적 성질에 대한 데이터를 제공합니다. 이 같은 캔틸레버의 기본 이상 공진 모드의 주파수를 모니터링하여, 위에서 언급한, 수행됩니다.
• 캔틸레버의 접촉 공진 주파수는 직접 시료의 강성과 관련이 있으며 질적으로 시료의 계수를 매핑하는 데 사용할 수 있습니다.
• nanoIR의 플랫폼은 또한 캔틸레버 끝에 저항 가열 요소를 통합하는 새로운 AFM의 cantilevers을 활용 nanoscale 열 분석을 수행할 수 있습니다
• 시스템과 함께 해당 cantilevers를 사용하면 한 지점에서 재료의 천이 온도의 로컬 측정 또는 샘플 전체 포인트의 배열을 수 있습니다.
• 이것은 비정질 / 결정 내용, 스트레스, 치료의 범위, 또는 재료의 전이 온도 특징으로 할 수있는 다른 재료 특성을 감지하거나 매핑을 허용합니다.

드롭 캐스트 P3HT와 PCBMdoped P3HT 영화의 측정

nanoIR의 기술은 지역 소재 차이가있는 고분자 시료의 측정에 적합합니다. 샘플링 기법에 의하면, 물질은 ZnSe 프리즘에 박막으로 입금되어야합니다. 따라서 자료는 직접 프리즘에 솔루션에서 dropcasting를 받게됩니다.

드롭 Casted P3HT 필름

주의하는 것이 중요합니다 같은 AFM 이미지 공유 동일한 적외선 흡수 특성에 모든 표면 있습니다. 관심 지역은 몇​​ 미크론의 순서의 작은 라고나할까요은 보는 그림 5에 표시됩니다.

그림 5. 포인트 앤 클릭 ZnSe 프리즘에 얇은 P3HT 영화의 큰 영역 스펙트럼 획득

¹ 이하 정의 ^- 표준 IR 스펙트럼 인수 일부 포인트가 약간 길다 흡수 꼬리 (스펙트럼 10)와 1천5백cm 근처 어깨로 흡수 기능을 확대했다고 공개 포인트 앤 번 클릭합니다. 다른 지점에서, 그것은 굴복 스펙트럼은 대량 P3HT 자료와 유사한 것으로 나타났습니다. 스펙트럼 12-14 관련된 시점에서, 그것은 확대된 흡수가 높이 기능 멀리 보이는 것을 볼 수있다. 스펙트럼 분석을 향상시키기 위해 스펙트럼 12-14 가까운 지역은 높은 공간 해상도와 관련된 이미지를 그림 6에 표시됩니다 (위)와 나중에 얻은 스펙트럼 배열의 인수는 (아래) 그림 6에 표시됩니다.로 다시 스캔했습니다

그림 6 AFM 이미지 (위)와 그림 5의 명소 12-14 가까이에 해당하는 스펙트럼 (아래)을 보여주는 스펙트럼 배열 인수;. 각 마커 사이의 간격은 ~ 100 nm의 것입니다

(제 3의 두번째부터, 6 스펙트럼에 다섯째에서) 스펙트럼은 약 100 nm의 간격 관찰하고 스펙트럼 변화는 동일한 길이 규모 내에서 볼 수 있습니다. 어깨로서 1500 주위 cm ^-1 사라 후 다시 화살표로 표시 1,380센티미터 ^-1 근처의 신호 넓혀 나타납니다. 사용함으로써 nanoIR ™을 다음과 IR 스펙트럼으로 변경되며, 변경된 사항은 놀랍게도 높은 공간 해상도로 볼 수 있습니다.

PCBM - 도핑된 P3HT의 조화

이 예제에서는 표면 결함은 P3HTPCBM 샘플을 처리 가열의 AFM 이미지를 보여주는 그림 7에서 관찰됩니다. 표면 기능에 특정화된 IR 스펙트럼 직접 이미지 아래에 표시됩니다.

그림 7. AFM 이미지와 열처리 PCBM - 도핑된 P3HT 샘플의 스펙트럼

언제 nanoIR의 스펙트럼이와 비교 nanoIR의 순수한 구성 요소에 대한 스펙트럼 지역 변경이 식별됩니다. 1천4백44cm ^-1과 1천4백32센티미터 ^-1에서 모드를 절곡 메틸렌은 각각 P3HT와 PCBM에 해당합니다. 1,444센티미터 ^-1 밴드도 중복 링 모드를 스트레칭 반원에서 기여를하고 있습니다. 노란색 해시 마르크에 해당하는 스펙트럼은 두 구성 요소가 있습니다. 외륜이나 붉은 자국 또는 스펙트럼 1 1천7백32cm ^-1에서 최고조에 이르면 (PCBM) 작은이고 1천4백44센티미터 ^-1 (P3HT)의 구성 요소가 지배적이다. 녹색과 보라색 두 해쉬 마크 (스펙트럼 3, 4)에서 1천4백32센티미터 ^-1 근처의 밴드는 주로 PCBM으로 기부됩니다. 마지막으로, 1천4백32cm ^-1과 강한 1,732센티미터 ^-1 신호에 대역의 선명도는 중앙에있는 엽 대부분 PCBM입니다하시기 바랍니다.

P3HTPCBM의 조화와 관련하여 표면 결함의 강성은 사용 군데 수 있습니다 nanoIR ™를 . AFM 팁이 예제를 통해 이동로 캔틸레버의 접촉 빈도가 지속적으로 추적할 수 있습니다 1천4백50센티미터 ^-1에서 지속 - pulsing IR 레이저 방사선에 노출되면. 여기에 대량 자료 (노란색 / 주황색)는 결함 (녹색)의 내부 영역의보다 stiffer 나타납니다.

. 그림 8은 해당 높이 이미지를 통해 매핑된 화학 결함 주파수 이미지를 연락처, 주파수의 범위는 약 30 kHz에서 수 있습니다 (컬러 바 :. 오렌지색 stiffer, 깊은 갈색 - 부드럽게)

결론

분석에서 얻은 데이터는의 능력을 보여주 nanoIR ™ 높은 공간적 해상도 (~ 100 nm의)와 광전 재료 세트를 분석합니다. topological 기능은 해당 화학 적외선 서명에 링크하실 수 있습니다. 100 nm의 공간 해상도는 쉽게 도메인 경계를 알 수없는 응용 프로그램에서 얻을 수 있습니다. 소재 지역 상 분리는 로컬 비교하여 발견 nanoIR의 순수한 구성 요소의 대량 스펙트럼과 결함 사이트에서 pectra합니다. 또한 결함을 둘러싼 관련 문의 주파수는 해당 지형과 동시에 매핑됩니다.

Anasys 인 스트 루먼트 소개

Anasys 인 스트 루먼트 주식 회사는 서브 100nm 열 속성 정보의 분야의 선구자이다. 회사의 기술과 제품은 고분자, 제약, 데이터 스토리지, 고급 - 소재 시장에서 계측 및 분석 과제를 해결하기 위해 사용되고 있습니다. 2007 년 Anasys는 혁신적인 기술의 리더로 ​​Anasys 인식 둘 두 명성 산업 상, R & D 100 상 및 창립 MICRO / NANO 25 수상의 수상자로 선정되었습니다.

출처 : Anasys 인 스트 루먼트

이 원본에 대한 자세한 내용은 참조하시기 바랍니다 Anasys 악기