Analyse av organiske solceller Bruk nanoIR

By AZoNano Editors

Innholdsfortegnelse

Innledning

Organic photovoltaic (PV) materialer er brukt i å utnytte solenergi som alternativ energikilde. Polymer blanding av poly (3-hexylthiophene), P3HT, og (6,6)-fenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) er en populær donor-akseptor (DA) bulk heterojunction (BHJ) som er mye brukt til slike applikasjoner. AFM og TEM har blitt brukt for å karakterisere strukturen i PV filmer med høy romlig oppløsning, men kjemisk informasjon er svært vanskelig å få tak på nanonivå.

Oversikt

I denne søknaden notat, har topografiske egenskaper vært korrelert til lokale kjemisk spektroskopi på P3HT og PCBM-dopet P3HT filmer bruker den innovative nanoIR ™ teknologi. Et sett med høy romlig (~ 100 nm) løst kjemisk analyse av fotovoltaiske materialer, nemlig P3HT (poly (3 - hexylthiophene)) og PCBM ((6,6)-fenyl-C61-butyric acid methyl ester) er utført.

nanoIR Platform

Infrarød (IR) spektroskopi er ofte brukt for analytisk måling i industrielle og akademiske FoU-laboratorier. Den romlige oppløsningen gjennombruddet er innhentet av en innovativ teknikk som bruker en nanoskala sonde fra en atomic force mikroskop (AFM) som fungerer som IR absorbans detektoren. Naturen av IR absorbans påvisning resultater i målinger av nanoskala mekaniske egenskaper samtidig med nanoskala morfologi, sammen med kjemiske sammensetning. Den nanoIR har også integrert nanoskala termisk eiendom kartlegging som resulterer i et multifunksjonelt verktøy som gir nanoskala struktur, kjemiske, mekaniske og termiske egenskaper. Dr. Alexandre Dazzi fra Laboratoire de Chimie fysikk, Clio, Université Paris-Sud, Orsay, Frankrike, utviklet en patentert teknologi som kombinerer AFM og IR spektroskopi (AFM-IR).

Figur 1. Den nanoIR Platform

Figur 2. Nærbilde av prismet og AFM måling hodet

nanoIR Setup

Den nanoIR systemet bruker en pulserende, justerbare IR kilde å opphisse molekylære vibrasjoner i en prøve som har vært montert på en IR gjennomsiktig (ZnSe) prisme. Systemets IR kilde er utviklet ved hjelp av en proprietær teknologi som er kontinuerlig justerbar 1200-3600 cm ^-1 som dekker et bredt spekter av mid-IR-spekteret. Absorpsjon av stråling ved prøven resulterer i oppvarming og rask termisk ekspansjon som forårsaker resonant svingninger fritt frambygg. Den induserte svingninger resultere i en karakteristisk ringdown som vist i Figur 3.

Figur 3. Skjematisk viser teknikken bak nanoIR

Det er mulig for nanoIR brukerne å raskt undersøkelse regioner av en prøve gjennom AFM bildebehandling og deretter oppnå høy oppløsning kjemiske spektra på utvalgte områder på prøven. Som vist i figur 4, polymer spektra hentet fra nanoIR har systemet demonstrert god korrelasjon med bulk Fourier transform infrarød (FT-IR) spektra.

Figur 4. En sammenligning av spekteret generert av nanoIR (rød) og konvensjonelle FT-IR (blå) av en polystyren prøve.

Funksjoner i nanoIR Platform

Funksjonene i nanoIR plattformen er listet nedenfor:

• Den nanoIR Systemet gir høyoppløselige infrarøde spektra, og data om mekaniske egenskapene til prøven. Dette er oppnådd, som nevnt ovenfor, ved å overvåke hyppigheten av de grunnleggende eller høyere resonant moduser av cantilever.
• Kontakten resonansfrekvensen av cantilever er direkte relatert til stivhet i prøven og kan brukes til å kartlegge modulus av prøven kvalitativt.
• Den nanoIR plattformen kan også utføre nanoskala termisk analyse utnytte romanen AFM cantilevers som integrerer en resistiv varmeelement på cantilever slutten
• Ved hjelp av disse cantilevers sammen med systemet tillater lokale måling av overgangen temperaturen av materialer på et tidspunkt eller en rekke punkter over en prøve.
• Dette gjør at påvisning eller kartlegging av amorfe / krystallinske innhold, stress, omfanget av kur, eller annet materiale kjennetegn som kan karakteriseres ved overgangen temperaturen i materialet.

Målinger av Drop-Cast P3HT og PCBMdoped P3HT filmer

Den nanoIR teknikken er perfekt for måling av polymere prøver der det er lokale materiale variasjoner. Ifølge sampling teknikk, har materialet som skal deponeres som en tynn film på en ZnSe prisme. Derav materialene utsettes for dropcasting fra løsningen direkte på prisme.

Drop-Støpt P3HT Film

Det er viktig å merke seg at ikke alle overflaten funksjoner på samme AFM bilde dele identisk infrarød dempningsegenskaper. Et område av interesse er vist i figur 5 hvor bittesmå utstikk i størrelsesorden noen få mikrometer blir sett.

Figur 5. Point-og-klikk spektrale oppkjøp over et stort område av en tynn P3HT film på en ZnSe prisme

Normalisert pek-og-klikk IR spektral oppkjøp avslører at bare noen punkter har litt bredere absorpsjon funksjoner som en lang absorpsjon hale (Spectrum 10) og skulder nær 1 500 cm ^{- 1} er mindre definert. På de andre punktene, er det funnet at spektra ga ligner på bulk P3HT materialet. På punkter relatert til spektrum 12 til 14, er det sett at det utvidede absorpsjon ser ut til å være borte fra høyden funksjonen. For å forbedre spektral analyse, var regionen nær spekteret 12-14 skannet igjen med en høyere romlig oppløsning og de relaterte bildet er vist i Figur 6 (øverst) og den spektrale array oppkjøpet innhentet etterpå er vist i Figur 6 (nedenfor).

Figur 6 A spektral rekke oppkjøp viser AFM bilde (øverst) og tilsvarende spektra (nederst) nær flekker 12-14 i figur 5,. Avstand mellom hver markør er ~ 100 nm

Den spektrene er observert ca 100 nm fra hverandre og spektral variasjon blir sett innenfor samme lengde skala (fra andre til tredje og fra femte til sjette spektra). Som skulder rundt 1500 cm ^-1 forsvinner og deretter igjen vises på pilene, vises signal nær 1380 cm ^-1 å utvide. Som bruker nanoIR ™ , kan disse IR spektrale endringer sees på en utrolig høy romlig oppløsning.

PCBM-dopet P3HT blanding

I dette eksemplet er en overflate defekt observert i figur 7, som viser en AFM bilde av en varmebehandles P3HTPCBM prøven. Den lokaliserte IR spektra spesifikke overflaten funksjoner er vist rett under bildet.

Figur 7. An AFM bildet og spektra av varmebehandlet PCBM-dopet P3HT sample