Анализ органических Фотогальваника Использование nanoIR

По AZoNano Редакторы

Оглавление

Введение

Органические фотоэлектрические (PV) материалы используются в области использования солнечной энергии как альтернативного источника энергии. Полимерные смеси поли (3-hexylthiophene), P3HT и (6,6)-фенил-C61-масляной кислоты метиловый эфир (PCBM) являются популярными донорно-акцепторной (DA) объемного гетероперехода (BHJ), которые широко используются для таких приложений. АСМ и ПЭМ были использованы для характеристики структуры пленок PV на высоком пространственном разрешении, но химической информации очень трудно получить на наноуровне.

Обзор

В этом документе, топографические особенности были соотнесены с местными спектроскопии химического вещества на P3HT и PCBM легированных P3HT пленок с использованием инновационных nanoIR ™ технология. Набор высоким пространственно (~ 100 нм) решил химический анализ фотоэлектрических материалов, а именно, P3HT (поли (3 - hexylthiophene)) и PCBM ((6,6)-фенил-C61-масляной кислоты метиловый эфир) не выполняется.

nanoIR платформы

Инфракрасные (ИК) спектроскопии обычно используется для аналитических измерений в промышленных и научных R & D лаборатории. Пространственное разрешение прорыв получается инновационная технология, использующая датчик от наноразмерных атомно-силового микроскопа (AFM), который действует как ИК-датчик оптической плотности. Характер ИК поглощения обнаружения результатов измерений нано-механических свойств одновременно с наноразмерными морфологии, наряду с химическим составом. NanoIR также имеет интегрированный наноразмерных тепловой отображение имуществу в результате в многофункциональный инструмент, который обеспечивает наноразмерные структуры, химические, механические и термические свойства. Доктор Александр Dazzi от Laboratoire де Chimie Телосложение, CLIO, Universite Paris-Sud, Orsay, Франция, впервые запатентованная технология, которая сочетает в себе АСМ и ИК-спектроскопии (АСМ-IR).

Рисунок 1. Платформа nanoIR

Рисунок 2. Крупным планом зрения призмы и АСМ измерительная головка

nanoIR установки

NanoIR системе используются импульсные, регулируемая ИК-источника для возбуждения колебаний молекул в образце, который был установлен на ИК-прозрачный (ZnSe) призмы. ИК источник системы разработан с использованием фирменной технологии, которая непрерывно регулируется от 1200 до 3600 см ^-1, охватывающих широкий диапазон среднего ИК-спектра. Поглощения излучения образца приводит отопления и быстрого теплового расширения, что вызывает резонансные колебания кантилевера. Индуцированных результате колебаний в характерной ringdown, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Схематическое изображение технику за nanoIR

Вполне возможно, для nanoIR пользователям быстро обследование регионов образца через АСМ-изображений, а затем получить высокую спектров химических разрешение в отдельных регионах на образце. Как показано на рисунке 4, полимерные спектров, полученных от nanoIR системы продемонстрировали хорошую корреляцию с объемной преобразования Фурье инфракрасного (ИК-Фурье) спектров.

Рисунок 4. Сравнение спектром nanoIR (красный) и обычные ИК-Фурье (синий) из полистирола образца.

Особенности платформы nanoIR

Особенности nanoIR платформы перечислены ниже:

• NanoIR Система обеспечивает высокое разрешение инфракрасных спектров, и данные о механических свойствах образцов. Это достигается, как уже упоминалось выше, мониторинг частоты основной или выше резонансные моды колебаний кантилевера.
• Контакт резонансной частоты кантилевера напрямую связано с жесткостью образца и может быть использована для перевода модуль образец качественно.
• NanoIR платформа также может выполнять наноразмерные термического анализа использования роман АСМ консолей, которые объединяют резистивный нагревательный элемент, на конце кантилевера
• С помощью этих консолей, а также система позволяет локального измерения температуры перехода материала в одной точке или массив точек по всей выборке.
• Это позволяет обнаружения или отображение аморфного / кристаллическое содержание, стресс, степень полимеризации, или другие характеристики материала, который можно охарактеризовать температуры перехода материала.

Измерения Drop-В ролях P3HT и PCBMdoped P3HT фильмов

NanoIR техника идеально подходит для измерения полимерные образцы, в которых Есть локальные изменения материала. По данным выборки технику, материал должен быть сданы на хранение в виде тонкой пленки на ZnSe призмой. Следовательно, материалы подвергаются dropcasting из раствора непосредственно на призму.

Drop-Литой P3HT фильм

Важно отметить, что не все детали поверхности на том же АСМ-изображения придерживаются одинаковых характеристик инфракрасного поглощения. Область интересов показано на рисунке 5, где крошечные выступы порядка нескольких микрон видны.

Рисунок 5. Point-и-щелчка спектральных приобретения на большой площади из тонкой пленки P3HT на призму ZnSe

Нормализованная точку и нажмите ИК спектральных портфеля свидетельствует, что только некоторые пункты имеют слегка расширены поглощения таких функций, как длинный хвост поглощения (спектр 10) и плечом около 1500 ^{см-1 -} менее определены. В остальных точках, он обнаружил, что спектры дали аналогичные сыпучих материалов P3HT. В моменты, связанные с спектр от 12 до 14, видно, что расширило поглощения, кажется, от высоты функцию. Чтобы улучшить спектральный анализ, области вблизи спектра от 12 до 14 раз был отсканирован с высоким пространственным разрешением и связанных изображение показано на рисунке 6 (вверху) и спектральные приобретения массива получены после показано на рисунке 6 (см. ниже).

Рисунок 6 спектральных приобретения массива показывает АСМ-изображения (вверху) и соответствующие спектры (внизу) вблизи мест 12-14 на рис 5;. Интервал между маркером составляет ~ 100 нм

Спектры наблюдаются примерно 100 нм друг от друга и спектральных вариаций рассматривать в том же масштабе длина (со второго на третий и с пятого на шестое спектров). Как плеча около 1500 см ^-1 равно нулю, а затем снова появляется на стрелки, сигнал около 1380 см ^-1 появляется расширяться. При использовании nanoIR ™ , эти ИК-спектральные изменения можно увидеть на удивительно высоким пространственным разрешением.

PCBM легированных P3HT смесь

В этом примере поверхностных дефектов наблюдается на рисунке 7, который показывает изображение АСМ термообработке P3HTPCBM образца. Локализованных ИК-спектры, характерные для поверхности функции приведены непосредственно под изображением.

Рисунок 7. АСМ-изображения и спектры термообработанных PCBM легированных P3HT образца

Когда nanoIR спектров по сравнению с nanoIR спектров чистых компонентов, местные изменения выявлены. Метиленового изгибе мод на 1444 см ^-1 и 1432 см ^-1 соответствует P3HT и PCBM, соответственно. 1444 см ^-1 Группа также имеет вклад перекрытия кольца полукругом режим растяжения. Соответствующего спектра для желтой хэш знака обоих компонентов. На внешнем кольце или красный знак или спектр 1, пик при 1732 см ^-1 (PCBM) является крошечным и компонент при 1444 см ^-1 (P3HT) является доминирующим. На обоих зеленый и фиолетовый знаков решетки (спектры 3 и 4), полоса около 1432 см ^-1, в первую очередь, добавленных PCBM. Наконец, резкость полосы 1432 см ^-1 и сильнее 1732 см ^-1 сигнал предложить доли в центре в основном PCBM.

Жесткость поверхностных дефектов по отношению к смеси P3HTPCBM могут быть отображены использованием ™ nanoIR . При контакте с непрерывно пульсирует ИК лазерного излучения при 1450 см ^-1 контакт частоты кантилевера прослеживается постоянно, как иглой АСМ перемещается по образцу. Здесь сыпучих материалов (желтый / оранжевый) выглядит жестче, чем большая часть интерьера области дефекта (зеленый).

. Рисунок 8 Контакт частоты образ химических дефектов отображаться на соответствующее изображение высоты; диапазон частот составляет приблизительно 30 кГц (цветная полоса. Оранжевый жесткая, темно-коричневый - мягче)

Выводы

Данные, полученные из анализа показывают возможность nanoIR ™ для анализа набора фотоэлектрических материалов с высоким пространственным разрешением (~ 100 нм). Топологические особенности могут быть связаны с соответствующими химическими инфракрасного подписей. 100 нм, пространственное разрешение может быть легко достигнута в приложениях, где доменные границы не известны. Местные фазового разделения материалов находятся путем сравнения местного nanoIR pectra на дефект сайты с объемными спектров чистых компонентов. Кроме того, относительные частоты контакта окружающих дефект отображаются одновременно с соответствующим рельефом.

О Anasys инструменты

Anasys инструменты корпорации является пионером в области суб-100 нм тепловой информацию собственности. Технология компании и продукты используются для решения метрологии и анализ проблем в полимеры, фармацевтические препараты, хранения данных и передовых материалов рынках. В 2007 году Anasys был назван победителем двух престижных отраслевых наград, R & D 100 Award и первое MICRO / NANO 25 премии, в которых признается Anasys в качестве лидеров в инновационные технологии.

Источник: Anasys инструменты

Для получения дополнительной информации на этот источник пожалуйста, посетите Anasys инструменты