Condutividade quantitativa concorrente e Medidas mecânicas de materiais fotovoltaicos orgânicos utilizando AFM
Summary
Fotovoltaicos orgânicos (OPV) materiais são inerentemente heterogênea em escala nanométrica. Heterogeneidade de materiais em nanoescala OPV afeta o desempenho de dispositivos fotovoltaicos. Neste trabalho, nós descrevemos um protocolo de medidas quantitativas de características elétricas e mecânicas de materiais OPV com sub-resolução de 100 nm.
Abstract
Fotovoltaicos orgânicos (OPV) materiais são inerentemente heterogênea em escala nanométrica. Heterogeneidade de materiais em nanoescala OPV afeta o desempenho de dispositivos fotovoltaicos. Assim, a compreensão das variações espaciais da composição, bem como propriedades elétricas de materiais OPV é de suma importância para a movimentação tecnologia fotovoltaica para a frente. 1,2 Neste trabalho, nós descrevemos um protocolo de medidas quantitativas de características elétricas e mecânicas de materiais OPV com sub -100 resolução nm. Actualmente, as medições de propriedades dos materiais disponíveis comercialmente realizada utilizando técnicas baseadas em AFM (PeakForce, AFM condutivo) geralmente fornecem apenas informação qualitativa. Os valores de resistência, bem como o módulo de elasticidade medido utilizando o nosso método no protótipo ITO / PEDOT: PSS/P3HT: PC 61 sistema BM correspondem bem com os dados da literatura. O P3HT: PC 61 mistura BM separa no PC 61 BM-ricos e P3HT rica domains. As propriedades mecânicas do PC 61 domínios BM-ricos e P3HT-ricos são diferentes, o que permite a atribuição de domínio sobre a superfície da película. É importante notar que a combinação de dados mecânicos e eléctricos permite a correlação da estrutura do domínio da superfície do filme com variação propriedades eléctrica medida através da espessura da película.
Introduction
Recentes avanços na eficiência de conversão de energia (PCE) de fotovoltaico orgânico (OPV) células (empurrando a 10% no nível da célula) 3 em conjunto com a conformidade com processos de manufatura de alto rendimento e baixo custo 4 trouxe um holofote sobre tecnologia OPV como um solução possível para o desafio de fabricação barata de grande-área de células solares. Materiais OPV são inerentemente heterogênea em escala nanométrica. Heterogeneidade de materiais em nanoescala OPV e desempenho de dispositivos fotovoltaicos estão intimamente ligados. Assim, a falta de homogeneidade na composição compreensão, bem como propriedades elétricas de materiais OPV é de suma importância para a tecnologia de mudança OPV frente. Microscopia de força atômica (AFM) foi desenvolvido como uma ferramenta para medições de alta resolução de topografia da superfície desde 1986. 5 Hoje em dia, as técnicas para materiais de propriedades (módulo de Young, 6-10 função de trabalho, 11 condutamedições ivity, 12 electromecânica, 13-15, etc) estão atraindo cada vez mais atenção. No caso de materiais de OPV, a correlação da composição da fase local e propriedades eléctricas é promissor para revelar melhor compreensão do funcionamento interno de células solares orgânicas. 1, 16-17 AFM baseados em técnicas são capazes de alta resolução de fase atribuição 8, bem como propriedades elétricas de mapeamento em materiais poliméricos. Assim, em princípio, a correlação da composição da fase polímero (através de medições mecânicas) 18 e propriedades eléctricas é possível, utilizando técnicas baseadas em AFM. Muitos AFM baseados em técnicas de medições das propriedades mecânicas e eléctricas dos materiais usar o pressuposto de área constante de contacto entre a sonda de AFM e a superfície. Esta suposição frequentemente falha, o que resulta em uma forte correlação entre a topografia da superfície e as propriedades mecânicas / eléctricas. Recentemente, uma técnica de AFM nova base parahigh-throughput medições das propriedades mecânicas (PeakForce) 19 foi introduzido. PeakForce ATUM (variação do método PeakForce) fornece uma plataforma para medições simultâneas de propriedades mecânicas e elétricas da amostra. No entanto, o método ATUM PeakForce produz mapas de propriedades mecânicas e elétricas, que geralmente são fortemente correlacionados devido à variabilidade desaparecidos de contato durante as medições. Neste artigo, apresentamos um protocolo experimental para a remoção de correlacoes variando raio de contato, mantendo medições precisas das propriedades mecânicas e elétricas utilizando AFM. Aplicação dos resultados do protocolo de medições quantitativas de resistência e materiais "Módulo de Young.
Protocol
Representative Results
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
MPN é grato ao Programa de Bolsas do diretor de apoio financeiro. MPN quer agradecer Yu-Chih Tseng ajuda com o desenvolvimento do protocolo para o processamento de células solares. Este trabalho foi realizado no Centro de Materiais em nanoescala, o Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciência, Instituto de Recurso de Usuário Básico Energy Sciences sob Contrato n º 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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