對使用 nanoIR 的有機 Photovoltaics 的分析

由 AZoNano 編輯

目錄

簡介
概覽
nanoIR 平臺
     nanoIR 設置
     nanoIR 平臺功能
下落轉換 P3HT 和 PCBMdoped P3HT 影片的評定
     下落Casted P3HT 影片
     PCBM 被摻雜的 P3HT 混合
結論
關於 Anasys 儀器

簡介

有機光致電壓的 (PV)材料用於利用太陽能作為一個代用能源。 多 (3-hexylthiophene), P3HT 的聚合物混合,和 (6,6) - 苯基 C61 丁酸酸甲基酯 (PCBM) 是為這樣 (DA)應用是 (BHJ)用途廣泛的普遍的服務供應商接受人批量項目貨簽異質結。 AFM 和 TEM 用於分析 PV 影片的結構在高空間的解決方法; 但是化工信息是非常難獲得在 nanoscale。

概覽

使用創新 nanoIR™技術,在此應用註解,地形學功能與在 P3HT 的局部化工分光學和 PCBM- 被摻雜的 P3HT 影片關聯。 一套空間高 (~ 100 毫微米) 解決了對光致電壓的材料,即, P3HT 的化學分析 (多 (3 - hexylthiophene)) 并且 PCBM ((6,6) - 苯基 C61 丁酸酸甲基酯) 執行。

nanoIR 平臺

紅外 (IR)分光學為分析評定是常用的在行業和學術 R&D 實驗室。 空間分辨率突破由使用從一個基本強制顯微鏡的 nanoscale 探測作為 (AFM)紅外線吸光度探測器的一個創新技術獲得。 紅外線吸光度檢測的本質同時導致 nanoscale 機械性能的評定與 nanoscale 形態學,以及化學成分。 nanoIR 也集成映射造成提供 nanoscale 結構,化學製品,機械和熱量屬性的一個多功能工具的 nanoscale 熱量屬性。 亞歷山大 Dazzi 博士從 Laboratoire de Chimie Physique, CLIO, Universite 巴黎 Sud, Orsay,法國的,作早期工作在結合 AFM 和紅外線分光學的給予專利的技術 (AFM-IR)。

圖 1。 nanoIR 平臺

圖 2. 這麵棱鏡的視圖的關閉和 AFM 評定朝向

nanoIR 設置

nanoIR 系統使用一個搏動的,可調整的紅外線來源激發 在紅外線透明的範例的分子振動 (ZnSe) 棱鏡被掛接。 系統的紅外線來源被開發使用從 1200 不斷地是可調整的到報道各種各樣的這個中間紅外線光譜的-1 3600 cm 的所有權技術。 輻射的吸收由這個範例的導致熱化和導致懸臂的共振動擺的迅速熱擴散。 如圖 3. 所顯示,導致的動擺導致一典型 ringdown。

圖 3. 概要陳列在 nanoIR 後的技術

迅速地調查範例的地區通過 AFM 想像然後得到高分辨率化工光譜在這個範例的所選的地區 nanoIR 用戶是可能的。 如圖 4 所顯示,從 nanoIR 系統得到的聚合物光譜展示了與批量傅立葉變換紅外線 (FT-IR) 光譜的好相關性。

圖 4。 nanoIR (紅色) 和常規 FT-IR 生成的光譜的比較 (藍色) 多苯乙烯範例。

nanoIR 平臺功能

nanoIR 平臺的功能如下是列出的:

  • nanoIR 系統在這個範例的機械性能提供高分辨率紅外波譜和數據。 這通過監控懸臂的根本或更高的共振模式的頻率是實現的,如上所述。
  • 懸臂的聯絡諧振頻率直接地與這個範例的僵硬有關,并且可以使用定性地映射這個範例的模數。
  • nanoIR 平臺可能也執行使用集成抗拒發熱設備在這個懸臂式末端的新穎的 AFM 懸臂的 nanoscale 熱分析
  • 使用以及這個系統的這些懸臂允許轉變溫度材料或一一些的局部評定在範例間的點。
  • 這允許可以描繪為材料的轉變溫度的檢測或映射無定形/水晶目錄、治療的重點、區域,或者其他材料特性。

下落轉換 P3HT 和 PCBMdoped P3HT 影片的評定

nanoIR 技術對上有局部物質變化聚合物範例的評定是理想的在。 根據取樣技術,材料必須存款作為在 ZnSe 棱鏡的薄膜。 因此材料從屬於對 dropcasting 從解決方法直接地在這麵棱鏡上。

下落Casted P3HT 影片

注意到是重要的,不是在同一個 AFM 圖像的所有的表面功能共享相同的紅外吸收特性。 興趣範圍在表 5 顯示少量微米等級的微小的伸進被看到的地方。

在 ZnSe 棱鏡的圖 5. 點和單擊光譜購買在一部稀薄的 P3HT 影片的一大區

正常化的點和單擊紅外線光譜購買表示仅那些點輕微擴展了吸收功能例如長的吸收尾標 (光譜 10) 和在 1500 cm 附近的肩膀- 1 被定義。 在其他點,發現產生的光譜類似於批量項目貨簽 P3HT 材料。 在點與光譜 12 到 14 有關,被看見變寬的吸收看來是遠離高度功能。 在這個光譜 12 到 14 附近要改進光譜分析,這個區域再瀏覽與一個更高的空間分辨率,并且相關圖像在表 6 (頂層) 顯示,并且之後獲得的光譜列陣購買在表 6 (見下) 顯示。

圖 6。 顯示 AFM 圖像 (頂層) 和對應的光譜的光譜列陣購買 (底部) 在地點附近 12-14 在圖 5; 在每個標記之間的間隔是 ~ 100 毫微米

光譜注意到大約 100 毫微米和分開光譜差異在同一個長度縮放比例內被看見 (從第二到第三和從第五個到第六個光譜)。 然而當肩膀大約 1500-1 cm 消失和出現於箭頭,在 1380 cm 附近的信號-1 看上去加寬。 通過使用 nanoIR™,這些紅外線光譜更改能被看到在一個驚人地高空間分辨率。

PCBM 被摻雜的 P3HT 混合

在本例中,表面損壞在表 7 被觀察,顯示一個熱處理的 P3HTPCBM 範例的一個 AFM 圖像。 特定局限化的紅外線的光譜出現功能直接地在這個圖像下顯示。

圖 7。 AFM 圖像和一個熱處理的 PCBM 被摻雜的 P3HT 範例的光譜

nanoIR 光譜與純要素的時 nanoIR 光譜比較,局部改變被識別。 在 1444 cm 和 1432 cm 的-1 次甲基彎曲的模式-1 對應於 P3HT 和 PCBM,分別。 1444 cm-1 範圍也有從舒展模式的一個重疊的環形半圓的攤繳。 黃色軍役袖張的對應的光譜有兩個要素。 在外面環形或紅旗或者光譜 1,在 1732 cm (PCBM-1 ) 的峰頂是微小和在 cm 的 1444 的要素-1 (P3HT) 是統治的。 在綠色和紫色軍役袖張 (光譜 3 和 4),在 1432 cm 附近的範圍-1 由 PCBM 主要貢獻。 終於,範圍的鋒利在 1432 cm 的-1 和一個更加嚴格的 1732 cm-1 信號建議耳垂在這個中心是主要 PCBM。

表面損壞的僵硬關於 P3HTPCBM 混合的可以是印象的使用 nanoIR™。 當顯示在持續脈動的紅外線激光輻射在 1450 cm-1 懸臂的聯絡頻率經常被跟蹤,當 AFM 技巧在這個範例間移動。 這裡這份粒狀材料 (黃色/桔子) 比大多看上去僵硬這個缺陷 (綠色) 的內部區。

圖 8. 一個化工缺陷的聯絡頻率圖像被映射在對應的高度圖像; 頻率的範圍是大約 30 kHz (對有色人種的歧視: 橙色。 更加僵硬; 深褐色 - 更加虛擬)

結論

從這個分析得到的數據顯示 nanoIR™的功能分析一套與高空間分辨率 (~100 毫微米) 的光致電壓的材料。 拓撲功能可以與他們對應的化工紅外簽名被鏈接。 100 毫微米空間分辨率在域限定範圍不知道的應用可以容易地達到。 材料的局部分相通過在缺陷站點的局部 nanoIR pectra 找到與批量範圍純要素比較。 另外,包圍這個缺陷的相對聯絡頻率同時映射與對應的地勢。

關於 Anasys 儀器

Anasys Instruments Corporation 是先驅在子100nm 熱量屬性信息領域。 公司的技術和產品在聚合物、配藥、資料保存和先進材料市場上用於解決計量學和分析挑戰。 在 2007年, Anasys 被命名了,因為二個有名望的行業證書、 R&D 100 證書和就職 MICRO/NANO 25 證書的獲獎者,其中之二在創新技術認可 Anasys 作為領導先鋒。

來源: Anasys 儀器

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Date Added: Jul 19, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 06:47

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