Parallèlement conductivité quantitatives et mesures mécaniques Propriétés des matériaux organiques photovoltaïques par AFM
Summary
Photovoltaïques organiques (OPV) des matériaux sont intrinsèquement inhomogène à l'échelle nanométrique. Inhomogénéité échelle nanométrique de matériaux VPO affecte les performances des dispositifs photovoltaïques. Dans cet article, nous décrivons un protocole pour les mesures quantitatives des propriétés électriques et mécaniques des matériaux avec une résolution de VPO nm sous-100.
Abstract
Photovoltaïques organiques (OPV) des matériaux sont intrinsèquement inhomogène à l'échelle nanométrique. Inhomogénéité échelle nanométrique de matériaux VPO affecte les performances des dispositifs photovoltaïques. Ainsi, la compréhension des variations spatiales de la composition ainsi que les propriétés électriques des matériaux VPO est d'une importance primordiale pour le déplacement en avant la technologie photovoltaïque. 1,2 Dans cet article, nous décrivons un protocole pour les mesures quantitatives des propriétés électriques et mécaniques des matériaux avec le VPO sous 100 nm résolution. Actuellement, les propriétés des matériaux mesures effectuées par l'AFM disponibles dans le commerce à base de techniques (PeakForce, conducteur AFM) fournissent généralement que des informations qualitatives. Les valeurs de la résistance ainsi que le module d'Young mesuré à l'aide de notre méthode sur le prototype ITO / PEDOT: PSS/P3HT: 61 Système PC BM correspondent bien aux données de la littérature. Le P3HT: PC 61 mélange BM sépare sur le PC 61 BM-riche et P3HT riche domains. Les propriétés mécaniques des PC 61 domaines BM-riches et P3HT-riches sont différents, ce qui permet l'attribution de domaine sur la surface du film. Surtout, la combinaison de données mécaniques et électriques permettant la corrélation de la structure de domaine sur la surface du film avec des variations des propriétés électriques mesurées à travers l'épaisseur du film.
Introduction
Les découvertes récentes de l'efficacité de conversion de puissance (PCE) de photovoltaïque organique (OPV) des cellules (10% poussant au niveau cellulaire) 3, de concert avec le respect des procédés de fabrication à haut débit et à faible coût 4 ont mis un coup de projecteur sur la technologie VPO comme un solution possible pour relever le défi de la fabrication bon marché de grande surface des cellules solaires. VPO matériaux sont intrinsèquement inhomogène à l'échelle nanométrique. Inhomogénéité échelle nanométrique de matériaux VPO et les performances des dispositifs photovoltaïques sont intimement liés. Ainsi, la compréhension hétérogénéité de la composition ainsi que les propriétés électriques des matériaux VPO est d'une importance primordiale pour déplacer la technologie VPO avant. Microscopie à force atomique (AFM) a été conçu comme un outil pour les mesures à haute résolution de la topographie de surface depuis 1986. 5 De nos jours, les techniques de propriétés des matériaux (module d'Young, 6-10 fonction de travail, 11 conduitemesures ivité, 12 électromécanique, 13-15, etc) sont d'une attention croissante. Dans le cas de matériaux VPO, la corrélation de composition de la phase locale et les propriétés électriques promet de révéler de mieux comprendre les rouages de cellules solaires organiques. 1, 16-17 AFM à base de techniques sont capables de haute résolution phase d'attribution 8 ainsi comme la cartographie des propriétés électriques des matériaux polymères. Ainsi, en principe, la corrélation de composition de la phase polymère (par des mesures mécaniques) 18 et des propriétés électriques est possible en utilisant des techniques basées sur l'AFM. Beaucoup AFM techniques basées sur des mesures des propriétés mécaniques et électriques des matériaux utiliser l'hypothèse de la région constante de contact entre la sonde et la surface de l'AFM. Cette hypothèse n'est pas souvent, ce qui entraîne une forte corrélation entre la topographie de surface et les propriétés mécaniques / électriques. Récemment, une nouvelle technique basée sur l'AFM pourà haut débit mesures des propriétés mécaniques (PeakForce) 19 a été introduit. THON PeakForce (variante de la méthode PeakForce) fournit une plate-forme pour des mesures simultanées des propriétés mécaniques et électriques de l'échantillon. Cependant, la méthode THON PeakForce produit des cartes de propriétés mécaniques et électriques, qui sont généralement fortement corrélés en raison de la variabilité disparus de contact pendant les mesures. Dans cet article, nous présentons un protocole expérimental pour enlever les corrélations associées à rayon variable de contact tout en maintenant des mesures précises des propriétés mécaniques et électriques par AFM. La mise en œuvre des résultats du protocole de mesures quantitatives de la résistance des matériaux et de module d'Young.
Protocol
Representative Results
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
MPN est reconnaissant envers le programme de bourses du directeur d'un soutien financier. MPN tient à remercier Yu-Chih Tseng de l'aide au développement du protocole pour le traitement de cellules solaires. Ce travail a été effectué au Centre pour les nanomatériaux, un Département américain de l'énergie, Bureau de la science, Bureau de la Facilité Energie utilisateur sciences fondamentales en vertu du contrat n ° DE-AC02-06CH11357.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Plextronics inks | Plexcore | PV 1000 | |
| ITO-coated glass substrates | Delta Technologies, Inc | 25 Ohms/sq | |
| 30 MHz synthesized function generator | Stanfor Research Systems | DS345 | |
| Current amplifier | Femto | DLPCA-200 | |
| Multimode AFM | Veeco, Santa Barbara, CA | equipped with Nanoscope-V controller | |
| DAQ card | National Instruments | NI-PCI-6115 | |
| Metal Pt probes | RMNano | 12Pt3008 | |
| MATLAB software | Mathworks | ||
| LabView software | National Instruments |
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