Pagsusuri ng Organic Photovoltaics Paggamit nanoIR

Sa pamamagitan ng AZoNano editor

Talaan ng nilalaman

Panimula

Organic photovoltaic (PV) na mga materyales ay ginagamit sa harnessing solar power bilang isang alternatibong source ng enerhiya. Polimer blends ng poly (3-hexylthiophene), P3HT, at (6,6)-phenyl-C61-butyric acid metil mabangong kimiko (PCBM) ay isang tanyag na donor-acceptor (da) bulk heterojunction (BHJ) na malawak na ginamit para sa mga application. AFM at TEM ay ginagamit upang makilala ang istraktura ng mga pelikula PV sa mataas-spatial resolution; ngunit kemikal impormasyon ay lubhang mahirap na makuha sa sa nanoscale.

Pangkalahatang-ideya

Sa talang ito ng application, topographical tampok ay sang-ayon sa lokal na kemikal spectroscopy sa P3HT at PCBM-doped P3HT pelikula gamit ang makabagong nanoIR ™ teknolohiya. Isang hanay ng mga mataas na spatially (~ 100 nm) malutas kemikal pagsusuri ng photovoltaic mga materyales, katulad, P3HT (poly (3 - hexylthiophene)) at PCBM ((6,6)-phenyl-C61-butyric acid metil mabangong kimiko) ay ginanap.

nanoIR Platform

Infrared (IR) spectroscopy ay karaniwang ginagamit para sa analytical pagsukat sa industriya at akademikong R & D laboratories. Ang spatial resolution ng pambihirang tagumpay ay nakuha sa pamamagitan ng isang makabagong pamamaraan na gumagamit ng nanoscale probe mula sa isang atomic mikroskopyo puwersa (AFM) na gumaganap bilang ang IR detector absorbance. Ang likas na katangian ng ang IR absorbance detection ng mga resulta sa mga sukat ng nanoscale mekanikal na mga katangian ng sabay-sabay sa nanoscale morpolohiya, kasama chemical komposisyon. Ang nanoIR din ay isinama nanoscale thermal pagmamapa ng ari-arian na nagreresulta sa isang multifunctional tool na nagbibigay ng nanoscale na istraktura, chemical, mechanical at thermal mga katangian. Dr Alexandre Dazzi mula sa ang Laboratoire Chimie de tikas ng katawan, CLIO, Universite Paris-Sud, Orsay, Pransya, ay pioneered ng isang patented teknolohiya na pinagsasama AFM at IR Spectroscopy (AFM-IR).

Figure 1. Ang nanoIR Platform

Figure 2. Isara up tingnan ng prisma at AFM pagsukat ulo

nanoIR Setup

Ang nanoIR system ay gumagamit ng isang pulsed, madaling iakma IR source sa makatuwa ang molecular vibrations sa isang sample na inimuntar sa isang prisma ng IR transparent (ZnSe ). IR source Ang sistema ay binuo gamit ang isang pagmamay-ari na teknolohiya na kung saan ay patuloy na madaling iakma mula sa 1200 ^sa 3600 cm -1 sumasaklaw ng isang malawak na hanay ng sa kalagitnaan ng IR spectrum. Ang pagsipsip ng radiation sa pamamagitan ng ang mga resulta ng sample sa pagpainit at mabilis thermal Pagpapalawak na sanhi ng mga matunog na mga oscillations ng konsol. Ang sapilitan resulta oscillations sa isang katangian ringdown tulad ng ipinapakita sa Figure 3.

Figure 3. Eskematiko nagpapakita ang pamamaraan sa likod ng nanoIR

Ito ay posible para sa mga nanoIR mga gumagamit upang mabilis na survey ng mga rehiyon ng isang sample sa pamamagitan ng AFM imaging at pagkatapos ay makakuha ng mataas na resolution ng kemikal spectra sa mga piling rehiyon sa sample. Tulad ng ipinapakita sa Figure 4, ang polimer spectra na nakuha mula sa ang nanoIR system ay ipinapakita magandang ugnayan sa bulk Fourier transform infrared (FT-IR) spectra.

Figure 4. Ang isang paghahambing ng spectrum na binuo ng ang nanoIR (pula) at maginoo FT-IR (bughaw) ng isang sample ng polisterin.

Tampok ng nanoIR Platform

Ang mga tampok ng nanoIR platform ay nakalista sa ibaba :

• Ang nanoIR system ay nagbibigay ng mataas na resolution infrared spectra, at ang data sa mga makina na mga katangian ng ang sample. Ito ay nagagawa, gaya ng nabanggit sa itaas, sa pamamagitan ng pagmamanman ang dalas ng sa pangunahing o mas mataas na mga matunog mode ng ang konsol.
• Ang makipag-ugnay sa malagong dalas ng konsol ay direktang may kaugnayan sa ang higpit ng sample at maaaring magamit sa mapa ang modulus ng sample nang dapat sundin.
• Ang nanoIR platform ay maaari ding gawin nanoscale thermal pagtatasa sa paggamit ng nobelang AFM cantilevers na isama sa isang resistive element pagpainit sa dulo ng konsol
• Ang paggamit ng mga cantilevers kasama ng system ay nagpapahintulot sa lokal na sukatan ng temperatura ang paglipat ng mga materyales sa isang punto o isang array ng mga puntos sa isang sample.
• Ito ay nagpapahintulot sa detection o pagmamapa ng mga walang hugis / mala-kristal nilalaman, stress, lawak ng lunas, o iba pang materyal katangian na maaaring characterized sa pamamagitan ng paglipat ng temperatura ng ang materyal.

Sukat ng Drop-palayasin P3HT at PCBMdoped P3HT pelikula

Ang nanoIR pamamaraan ay perpekto para sa pagsukat ng mga halimbawa polymeric kung saan ay may mga pagkakaiba-iba ng mga lokal na materyal. Ayon sa sampling na pamamaraan, ang materyal ay deposited bilang isang manipis na film sa isang ZnSe prisma. Samakatuwid ang mga materyales ay ipaiilalim sa dropcasting mula sa solusyon nang direkta papunta sa prisma.

Drop-Casted P3HT Film

Mahalaga na tandaan na hindi lahat ng ibabaw ng mga tampok sa parehong AFM imahe ibahagi magkatulad infrared katangian pagsipsip. Isang lugar ng interes ay ipinapakita sa Figure 5 kung saan ay nakita ang mga maliliit na protrusions ng ang pagkakasunod-sunod ng mga ilang microns.

Figure 5. Point-and-i-click ang parang multo acquisition sa isang malaking lugar ng isang manipis na film P3HT sa isang prisma ZnSe

Normalized point-and-i-click IR parang multo acquisition ay nagpapakita na ang ilan lamang sa mga punto ay bahagyang broadened pagsipsip ng mga tampok tulad ng isang mahabang buntot pagsipsip (spectrum 10) ^{at ang} balikat malapit sa 1500 cm -1 ay mas mababa tinukoy. Sa iba pang mga punto, ito ay natagpuan na ang spectra yielded ay katulad sa bulk materyal P3HT. Sa mga puntos na may kaugnayan sa spectrum 12 hanggang 14, ito ay nakikita na ang broadened pagsipsip ay lumilitaw na ang layo mula sa taas ang tampok. Upang mapabuti ang parang multo pagtatasa, ang mga rehiyon na malapit sa spectrum 12 hanggang 14 ay scan muli sa isang mas mataas na spatial resolution at ang kaugnay na imahe ay ipinapakita sa Figure 6 (itaas) at ang parang multo acquisition array na nakuha afterward ay ipinapakita sa Figure 6 (sa ibaba).

Figure 6 A parang multo na array ng acquisition nagpapakita ang imahe ng AFM (itaas) at ang kaukulang spectra (ibaba) na malapit sa mga spot 12-14 sa Fig 5; spacing sa pagitan ng bawat marker ay ~~ 100 nm

Spectra ay sinusunod humigit-kumulang 100 nm hiwalay at parang multo pagkakaiba-iba ay makikita sa loob ng parehong sukat ng haba (mula sa ikalawang sa ikatlong at mula sa ikalimang sa ikaanim na spectra). Bilang balikat sa paligid ng 1500 cm ^-1 vanishes at pagkatapos ay muli lilitaw sa ang mga arrow, ang signal malapit sa 1380 ^cm -1 lilitaw upang lumawak . Sa pamamagitan ng paggamit ng nanoIR ™, ang mga IR na parang multo na pagbabago ay makikita sa isang amazingly mataas na spatial resolution.

PCBM-doped P3HT timpla

Sa halimbawang ito, ang isang ibabaw depekto ay sinusunod sa Figure 7, na nagpapakita ng isang AFM imahe ng isang init na itinuturing na P3HTPCBM sample. Ang naisalokal IR spectra tiyak sa mga tampok sa ibabaw ay ipinapakita nang direkta sa ibaba ng imahe.

Figure 7. Isang AFM imahe at spectra ng isang init-itinuturing PCBM-doped P3HT sample

Kapag ang nanoIR spectra ay kumpara sa nanoIR spectra para sa mga purong mga bahagi, mga lokal na alterations ay nakilala. Ang methylene baluktot ng mga mode sa ¹⁴⁴⁴ cm -1 at ¹⁴³² cm -1 tumutugma sa P3HT at PCBM, ayon sa pagkakabanggit. Ang 1444 cm ^-1 band din ay isang kontribusyon mula sa isang singsing ng magkakapatong na kalahati ng bilog lumalawak mode. Ang kaukulang spectrum para sa dilaw na hash mark ay parehong mga bahagi. Sa panlabas na singsing o ang red mark o spectrum 1, ang rurok sa 1732 ^cm -1 (PCBM) ay napakaliit at ang bahagi sa 1444 ^cm -1 (P3HT) ay nangingibabaw . Sa parehong berde at lilang hash marks (spectra 3 at 4), ang banda malapit sa 1432 cm ^-1 ay lalo na iniambag ng PCBM. Panghuli, ang kataliman ng band sa 1432 cm ^-1 at isang malakas na 1732 ^cm -1 signal na iminumungkahi ang umbok sa gitna ay halos PCBM.

Ang higpit ng depekto sa ibabaw na may kaugnayan sa P3HTPCBM timpla nakunan ng imahe gamit ang nanoIR ™ . Kapag nakalantad sa isang patuloy na-pulsing IR laser radiation sa 1450 cm ^-1 ang makipag-ugnay sa dalas ng konsol ay traced sa patuloy bilang AFM tip gumagalaw sa buong sample . Narito ang bulk materyal (dilaw / orange) ay lumilitaw stiffer kaysa sa karamihan ng mga panloob na mga lugar ng depekto (berde).

. Figure 8 Makipag-ugnayan sa dalas ng imahe ng isang kemikal sira na mapa sa nararapat na taas ng imahe, ang saklaw ng ang dalas ay humigit-kumulang 30 kHz (bar ng kulay: orange stiffer ; malalim kayumanggi - softer)

Konklusyon

Ang mga data na nakuha mula sa pagtatasa ay ipakita ang kakayahan ng nanoIR ™ upang pag-aralan ang isang hanay ng mga photovoltaic mga materyales na may mataas na spatial resolution (~ 100 nm). Ang mga topological mga tampok ay maaaring ma-link sa kanilang mga kaukulang kemikal infrared lagda. 100 nm spatial resolution ay maaaring madaling nakakamit sa mga aplikasyon kung saan ang domain hangganan ay hindi kilala. Local phase paghihiwalay ng mga materyales ay matatagpuan sa pamamagitan ng paghahambing ng lokal nanoIR pectra sa sira ang mga site sa bulk spectra ng purong bahagi. Sa karagdagan, ang mga kamag-anak na makipag-ugnay sa frequency na pumapalibot ang depekto ay mapa nang sabay-sabay na may kaukulang na topographiya.

Tungkol sa Anasys Instrumentong

Anasys Instrumentong Corporation ay ang tagapanguna sa larangan ng sub-100nm thermal ari-arian impormasyon. Teknolohiya Ang Kumpanya at mga produkto ay ginagamit upang matugunan ang mga hamon metrolohiya at pagsusuri sa ang polymers, parmasyutiko, data-imbakan, at mga advanced-materyales merkado. Noong 2007, Anasys ay pinangalanan bilang nagwagi ng dalawang prestihiyoso parangal industriya, sa R ​​& D 100 Award at ang pampasinaya micro / NANO 25 Award, ang parehong na makilala Anasys bilang mga lider sa makabagong teknolohiya.

Source: Anasys Instrumentong

Para sa karagdagang impormasyon sa pinagmulan, mangyaring bisitahin ang Anasys Instrumentong