3D baskı odası için organik opto-elektronik aygıt bozulması test
Summary
Burada, tasarım, üretim ve hava duyarlı organik opto-elektronik cihazlar optik ve elektriksel karakterizasyonu için bir basit, çok yönlü 3D baskılı ve kontrollü atmosfer odası kullanımı için bir iletişim kuralı mevcut.
Abstract
Bu makale, bir küçük, taşınabilir ve kullanımı kolay atmosferik odası imalatı anahat organik ve perovskite opto-elektronik cihazlar, 3D baskı kullanarak. Bu tür aygıtlar nem ve oksijen duyarlı olduğu için böyle bir odası elektronik ve istikrar özellikleri karakterize araştırmacılar yardımcı olabilir. Odası bir geçici, yeniden kullanılabilir ve istikrarlı ortamı olarak kontrollü özellikleri (nem, gaz giriş ve sıcaklık gibi) ile kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Hava duyarlı malzemeleri korumak için veya kirletici için kontrollü bir şekilde bozulması etütler karşılaşmazlar kullanılabilir. Odası özelliklerini tanımlamak için bir standart Nem sensörü tarafından ölçülen bağıl kullanarak su buharı iletim hızı (WVTR) belirlemek için basit bir prosedür anahat. Aygıt özellikleri önemli kaybı olmadan hafta için kullanılan bir odası polylactic asit (PLA), % 50 dolgu yoğunluğu kullanarak bu standart işletim prosedürü sonuçlanır. Çok yönlülük ve rahatlık-in kullanma odasının bir kompakt kontrollü atmosfer gerektirir herhangi bir karakterizasyonu durumuna adapte için izin verir.
Introduction
Organik ve perovskite opto-elektronik cihazlar, güneş hücreleri ve ışık – yayan diyotlar π Birleşik Yarıiletken organik moleküller ve organometal halojenürlerden dayalı araştırma hızla büyüyen bir alan vardır. Organik ışık – yayan diyot (OLED) zaten aydınlatmada büyük bir teknolojik öğesi ve1görüntüler ve organik fotovoltaik amorf silikon2ile rekabet yapmak onları verimliliği elde etmeye başlamışlardır. Düşük maliyetli, kolay işlenen aygıtları yakında yaygın bulmak olasıdır ışık emici ve ışık yayan uygulamaları3,4,5 için perovskite tabanlı aygıtlar son hızlı ilerlemesi öneriyor dağıtım. Ancak, tüm bu teknolojilerin atmosferik kirleticiler, özellikle nem ve oksijen, onların etkili yaşam süreleri6,7,8,9sınırlayan bir hassasiyeti muzdarip.
Bu tür sistemleri eğitim araştırmacılar için bir uyarlanabilir, kullanımı kolay, taşınabilir ve yeniden kullanılabilir odasına bu hassas materyalleri korumak için veya kirletici bir kontrollü şekilde10,11‘ deki yönergeleri için karşılaşmazlar yararlı olabilir. Bir torpido hava-hassas aygıtlar karakterizasyonu için kullanmak mümkün olsa da, bu büyük, pahalı ve sabit-location, inert ortamlara gerekebilir karakterizasyonu geniş yelpazesi ile uyumsuz olabilir. Taşınabilir alternatif, Reese ve ark. sağlamak için 10 çift vakum flanş organik cihazlar elektrikli ve optik karakterizasyonu için uygun küçük bir metal odası dayalı evlenme teklif etti. Bu tasarım, daha ucuz ve daha çok yönlü kullanarak 3D baskı odası bileşenleri üretmek için yapım o adapte olması. 3D baskı yerine, işleme, kullanımına örnek veya çevre koruma gereksinimlerini temel tasarım yarar koruyarak değişen hızlı, uygun maliyetli ayarlamaları için izin verir. Bu katkı biz böyle bir oda olmak için yordamı anahat ve bir organik diyot aygıtın akım-gerilim özelliklerini ayıklamak için kullanabilirsiniz.
İyi bir kapsülleme organik ve perovskite aygıt-meli-si olmak 10-3 – 10-6 g/m2WVTRs/organik cihazın içine küçük su giriş sağlamak için uzun vadeli aygıt istikrar12,13, gün bile çok sert koşulları. Bu odayı uzun vadeli depolama veya kapsülleme yöntem yerine amacıyla test etmek için kontrollü bir ortam olarak tasarlanmıştır, etkili bir odası için gereksinimleri sıkı etkilenmez. Odasının karakterizasyonu deneyler gerçekleştirmek için makul bir zaman çerçevesi içinde aygıt özelliklerini korumak için güçlü olmalı. PLA kullanarak standart işletim prosedürü sonuç hangi-ebilmek var kullanılmış birkaç gün ya da bir bölmede aygıt özelliklerinin önemli bir kayıp olmadan bir dahili gaz akışı ile hafta.
Malzemeler, değiştirme ya da hatta şekil ve büyüklük odası vücudun hava kirleticileri penetrasyon odasına büyük ölçüde etkileyebilir. Bu nedenle, nem ve oksijen girişine her tasarım odası etkinliğini belirlemek dikkatle izlenmesi gerekir. Biz, Ayrıca odası kullanım için deneme için bir takvim oluşturmak için piyasada bulunan Nem sensörü, kullanarak WVTR odasının, belirlemek için basit bir işlem odası, imalat için anahat.
Basit ama çok yönlü odası birden çok tür deneyler için yapılması için izin verir. İnert atmosfer koşulları dışında torpido, elektrik feedthrough bağlantı noktaları ve pencere ile elektrikli ve optik karakterizasyonu için uygun olarak hareket edebilir. Onları test güvenilirlik14 için hepsini bir kez deneme yararlıdır nerede onlar üretildi, laboratuar dışında standart elektriksel karakterizasyonu ekipman ile kullanılmak üzere veya fatura ölçüleri cihazın elde etmek onların taşınabilirlik sağlar Performans15. Bu odaları da giriş basit değişiklikler ile kontrollü bozulması testler için kirletici etkileri eğitimi için özellikle yararlı olur. 3D baskı aygıtı düzenlerini, boyutları, değiştirme veya test şartları için önemli ve hızlı bir uyum sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu deney yeniden kritik adımlar odaları çatlaklar, boşluklar veya herhangi bir giriş nem ve oksijen KF50 kelepçe için sıkma tarafından önlemek için odası mühürleme WVTR düşürebilir zavallı dolgu özelliklere uzak yazdırma dahil herhangi bir sızıntı ve örnek ve uygun bir O-ring yerleşimi kullanarak üst odası arasında bir mühür oluşturma önlemek için bir vakum puanlarına düşük basınçlı epoksi iletişim bağlantıları veya herhangi bir feedthroughs etrafında kullanarak üst ve alt od…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazar Peter Jonosson ve Lyons yeni medya merkezi odalar 3D baskı için kabul edersiniz. Bu araştırma 436100-2013 RGPIN, ER15-11-123, McMaster Dean, mühendislik lisans yaz Araştırma Ödülü ve lisans araştırma fırsatlar programı tarafından desteklenmiştir.
Materials
| ORION DELTA DESKTOP 3D PRINTER RTP | SeeMeCNC | 87999 | Known in Report As: 3D Printer |
| 1.75 mm PLA Filament | SeeMeCNC | 50241 | Known in Report As: PLA |
| Somos® WaterShed XC 11122 chamber | Somos | printed at Custom Prototypes, Toronto. | https://www.dsm.com/products/somos/en_US/products/offerings-somos-water-shed.html Known in Report As: Water resistant polymer |
| CURA | CURA | https://ultimaker.com/en/products/cura-software Known in Report As: slicing software |
|
| Soldering iron with 600° F tip | Weller | WTCPT | |
| Xtralien X100 Source Measure Unit | Ossila | E561 | Known in Report As: SMU |
| ZIF Test Board for Pixelated Anode Substrates | Ossila | E221 | Known in Report As: Zero insetion force/ZIF Test Board; |
| BNC Cable | |||
| Generic USB A – B | |||
| Generic USB A – Micro | |||
| #12 O-Ring | Source unkown Known in Report As: o-ring |
||
| 116 Butyl O-Ring | Global Rubber Products | 116 VI70 | Bought in-store Known in Report As: o-ring |
| Retaining ring | McMaster | NA | 3D printed in-house |
| Bottom Chamber | McMaster | NA | 3D printed in-house |
| Top Chamber | McMaster | NA | 3D printed in-house |
| KF50 Cast Clamp (Aluminum) | Kurt J. Lesker | QF50-200-C | |
| KF50 Centering Ring (Aluminum) | Kurt J. Lesker | QF50-200-BRB | |
| Sn60/Pb40 Solder | MG Chemicals | 4895-2270 | |
| #4-40 x 3/16" machine screw | Hardware store | ||
| #4-40 IntThrd Brass TaperSingleVane Insert For Thermoplastic | Fastenal | 11125984 | Fastenal requires to be affiliated with company/university Known in Report As: #4-40 brass tapered threaded insert |
| Varian Torr Seal Vacuum Equipment High Vacuum Epoxy | Vacuum Products Canada Inc. | Known in Report As: low-pressure epoxy | |
| Smiths Interconnect/IDI Contact Probes HEADED RADIUS | Mouser Electornics | 818-S-100-D-3.5-G | Known in Report As: pogo pin |
| Smiths Interconnect/IDI Contact Probes Receptacle Solder Cup | Mouser Electornics | 818-R-100-SC | Known in Report As: solder cup |
| 1/4" Teflon Tubing | Hardware store | ||
| Teflon tape | Hardware store | ||
| 1/4" Tube x 1/8" Male NPT Nickel Plated Brass Push-to-Connect Connector | Fastenal | 442064 | Not the same ones used for this study, but are fuctionally equivalent Known in Report As: push-to-connect pneumatic connector |
| 1/8" NPT Tap and T-wrench | Hardware store | ||
| 1/4" Tube Push-to-Connect Manually Operated Valves | Fluidline | 7910-56-00 | Known in Report As: manually operated push-to-connect valves |
| Adafruit DHT22 Humidity Sensor (small) | Digi-Key | 385 | Known in Report As: internal humidity sensor |
| Adafruit DHT22 Humidity Sensor (large) | Digi-Key | Known in Report As: external humidity sensor | |
| Arduino Uno | Arduino | ||
| Glovebox environment | |||
| 10 kOhm Resistor | |||
| Oscilla Xtralien Scientific Python IDE | Oscilla | https://www.ossila.com/pages/xtralien-scientific-python Known in Report As: Python IDE |
References
- Tremblay, J. -. F. The rise of OLED displays. Chemical & Engineering News. 94 (28), 30-34 (2016).
- Kang, H., et al. Bulk-Heterojunction Organic Solar Cells: Five Core Technologies for Their Commercialization. Advanced Materials. 28 (36), 7821-7861 (2016).
- Jacoby, M. The future of low-cost solar cells. Chemical & Engineering News. 94 (18), 30-35 (2016).
- Veldhuis, S. A., et al. Perovskite Materials for Light-Emitting Diodes and Lasers. Advanced Materials. 28 (32), 6804-6834 (2016).
- Park, N. -. G. Perovskite solar cells: an emerging photovoltaic technology. Materials Today. 18 (2), 65-72 (2015).
- Turak, A. Interfacial degradation in organic optoelectronics. RSC Advances. 3 (18), 6188 (2013).
- Scholz, S., Kondakov, D., Lüssem, B., Leo, K. Degradation Mechanisms and Reactions in Organic Light-Emitting Devices. Chemical Reviews. 115 (16), 8449-8503 (2015).
- Jørgensen, M., Norrman, K., Gevorgyan, S. A., Tromholt, T., Andreasen, B., Krebs, F. C. Stability of Polymer Solar Cells. Advanced Materials. 24 (5), 580-612 (2012).
- Habisreutinger, S. N., McMeekin, D. P., Snaith, H. J., Nicholas, R. J. Research Update: Strategies for improving the stability of perovskite solar cells. APL Materials. 4 (9), 091503 (2016).
- Reese, M. O., Sigdel, A. K., Berry, J. J., Ginley, D. S., Shaheen, S. E. A simple miniature controlled-atmosphere chamber for optoelectronic characterizations. Solar Energy Materials and Solar Cells. 94 (7), 1254-1258 (2010).
- Gevorgyan, S. A., Jorgensen, M., Krebs, F. C. A setup for studying stability and degradation of polymer solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 92 (7), 736-745 (2008).
- Park, J. -. S. S., Chae, H., Chung, H. K., Lee, S. I. Thin film encapsulation for flexible AM-OLED: a review. Semiconductor Science and Technology. 26 (3), 034001 (2011).
- Ahmad, J., Bazaka, K., Anderson, L. J., White, R. D., Jacob, M. V. Materials and methods for encapsulation of OPV: A review. Renewable & Sustainable Energy Reviews. 27, 104-117 (2013).
- Gevorgyan, S. A., et al. Round robin performance testing of organic photovoltaic devices. Renewable Energy. 63, 376-387 (2014).
- Osterwald, C. R., Hammond, R., Zerlaut, G., D’Aiello, R. Photovoltaic module certification and laboratory accreditation criteria development. Solar Energy Materials and Solar Cells. 41, 629-636 (1996).
- Turak, A., et al. Systematic analysis of processing parameters on the ordering and performance of working poly(3-hexyl-thiophene):[6,6]-phenyl C(61)-butyric acid methyl ester solar cells. Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2 (5), 53103 (2010).
- Qi, B., Wang, J. Fill factor in organic solar cells. Physical Chemistry Chemical Physics. 15 (23), 8972-8982 (2013).
- Lu, N., Li, L., Sun, P., Liu, M. Short-circuit current model of organic solar cells. Chemical Physics Letters. 614, 27-30 (2014).
- Qi, B., Wang, J. Open-circuit voltage in organic solar cells. Journal of Materials Chemistry. 22 (46), 24315-24325 (2012).
- Xue, J., Uchida, S., Rand, B. P., Forrest, S. R. 4.2% efficient organic photovoltaic cells with low series resistances. Applied Physics Letters. 84 (16), 3013-3015 (2004).
- Hauch, J. A., Schilinsky, P., Choulis, S. A., Rajoelson, S., Brabec, C. J. The impact of water vapor transmission rate on the lifetime of flexible polymer solar cells. Applied Physics Letters. 93 (10), 103306 (2008).
- Norrman, K., Madsen, M. V., Gevorgyan, S. A., Krebs, F. C. Degradation Patterns in Water and Oxygen of an Inverted Polymer Solar Cell. Journal of the American Chemical Society. 132 (47), 16883-16892 (2010).
- Dameron, A. A., Reese, M. O., Moriconie, T. J., Kempe, M. D. Understanding Moisture Ingress and Packaging Requirements for Photovoltaic Modules. Photovoltaics International. 5, 121-130 (2009).
- Standard Test Method for Water Vapor Transmission Rate of Sheet Materials Using Dynamic Relative Humidity Measurement. ASTM E398 – 13 Available from: https://www.astm.org/Standards/E398 (2013)
- Basha, R. K., Konno, K., Kani, H., Water Kimura, T. Water Vapor Transmission Rate of Biomass Based Film Materials. Engineering in Agriculture, Environment and Food. 4 (2), 37-42 (2011).
- Kim, N., et al. A correlation study between barrier film performance and shelf lifetime of encapsulated organic solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells. 101, 140-146 (2012).
- Reese, M. O., et al. Pathways for the degradation of organic photovoltaic P3HT: PCBM based devices. Solar Energy Materials and Solar Cells. 92 (7), 746-752 (2008).
- Kempe, M. D., Reese, M. O., Dameron, A. A. Evaluation of the sensitivity limits of water vapor transmission rate measurements using electrical calcium test. Review of Scientific Instruments. 84 (2), 025109 (2013).
- Reese, M. O., et al. Consensus stability testing protocols for organic photovoltaic materials and devices. Solar Energy Materials and Solar Cells. 95 (5), 1253-1267 (2011).
- . Current landscape of standardisation efforts in organic and printed electronics 2015 – a VAMAS review Available from: https://www.researchgate.net/publication/278035615_Current_landscape_of_standardisation_efforts_in_organic_and_printed_electronics_2015_-_a_VAMAS_review (2015)
