थोक Heterojunction सौर कोशिकाओं के निर्माण और मुद्रण<em> बगल में</em> आकृति विज्ञान विशेषता
Summary
यहाँ, हम जैविक पतली फिल्म सौर एक मिनी स्लॉट मरने coater और संबंधित में लाइन संरचना अभिलक्षण सिंक्रोटॉन बिखरने तकनीक का उपयोग कर का उपयोग कोशिकाओं के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल उपस्थित थे।
Abstract
Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.
Introduction
कार्बनिक फोटोवोल्टिक (ओपीवी) एक होनहार प्रौद्योगिकी निकट भविष्य में लागत प्रभावी अक्षय ऊर्जा के उत्पादन के लिए कर रहे हैं। 1, 2, 3 जबरदस्त प्रयासों तस्वीर सक्रिय पॉलिमर को विकसित करने और उच्च दक्षता के उपकरणों के निर्माण के लिए किया गया है। तिथि करने के लिए, एक बहुस्तरीय ओपीवी उपकरणों एक> 10% बिजली रूपांतरण दक्षता (PCE) हासिल किया है। इन क्षमता बड़े आकार के पैमाने पर उपकरणों के लिए स्पिन कोटिंग का उपयोग फिल्म उत्पन्न करने के लिए प्रयोगशाला पैमाने पर उपकरणों, और अनुवाद पर हासिल किया गया है PCE में महत्वपूर्ण कटौती से भरा हुआ है। 4, 5 उद्योग में, रोल करने वाली रोल (R2R) आधारित पतली फिल्म कोटिंग प्रवाहकीय substrates, जो ठेठ प्रयोगशाला पैमाने प्रक्रियाओं से काफी अलग है, विशेष रूप से विलायक हटाने की दर में पर फोटोन सक्रिय पतली फिल्मों उत्पन्न करने के लिए प्रयोग किया जाता है। यह महत्वपूर्ण है, क्योंकि morphologies ki हैंnetically फंस, चरण जुदाई, आदेश, अभिविन्यास और वाष्पीकरण विलायक सहित कई गतिज प्रक्रियाओं, के बीच परस्पर क्रिया से उत्पन्न। 6, 7 इस kinetically फंस आकृति विज्ञान, हालांकि, काफी हद तक सौर सेल उपकरणों के प्रदर्शन को निर्धारित करता है। इस प्रकार, कोटिंग की प्रक्रिया के दौरान आकृति विज्ञान के विकास को समझने के रूप में तो प्रदर्शन का अनुकूलन करने के लिए आकृति विज्ञान से छेड़छाड़ के लिए उच्च महत्व का है।
आकृति विज्ञान के अनुकूलन समाधान के रूप में विलायक निकाल दिया जाता है में छेद का आयोजन बहुलक का आदेश देने के साथ जुड़े कैनेटीक्स को समझने की आवश्यकता है, 8, 9 फुलरीन आधारित इलेक्ट्रॉन कंडक्टर के साथ बहुलक की बातचीत बढ़ाता; 10, 11, 12 Morpho को परिभाषित करने में additives की भूमिकाओं को समझनेसना हुआ; 13, 14, 15 और विलायक (एस) और additives के वाष्पीकरण के सापेक्ष दरों संतुलन। 16 यह एक औद्योगिक रूप से प्रासंगिक सेटिंग में सक्रिय परत में मात्रात्मक आकृति विज्ञान के विकास को चिह्नित करने के लिए एक चुनौती रहा है। रोल करने वाली रोल प्रसंस्करण बड़े पैमाने पर ओपीवी उपकरणों के निर्माण के लिए अध्ययन किया गया है। 4, 17 हालांकि, इन अध्ययनों, एक विनिर्माण की स्थापना, जहां माल की बड़ी मात्रा में उपयोग किया जाता है में प्रदर्शन किया गया प्रभावी ढंग से पढ़ाई के व्यावसायिक रूप से उपलब्ध पॉलिमर के लिए सीमित।
इस पत्र में, एक मिनी स्लॉट मरने कोटिंग प्रणाली का उपयोग कर ओपीवी उपकरणों fabricating की तकनीकी जानकारी का प्रदर्शन किया जाता है। ऐसी फिल्म सुखाने कैनेटीक्स और फिल्म मोटाई नियंत्रण के रूप में कोटिंग मानकों को बड़े पैमाने प्रक्रियाओं को लागू कर रहे हैं, इस अध्ययन सीधे उद्योग पिता के लिए संबंधितbrication। इसके अलावा, सामग्री का एक बहुत छोटी राशि मिनी स्लॉट मरने कोटिंग प्रयोग में इस्तेमाल किया जाता है, इस प्रसंस्करण नई सिंथेटिक सामग्री के लिए लागू कर रही है। डिजाइन में, इस मिनी स्लॉट मरने coater सिंक्रोटॉन अंत स्टेशनों पर मुहिम शुरू की जा सकती है, और इस प्रकार घटना छोटे कोण एक्स-रे बिखरने (GISAXS) और एक्स-रे विवर्तन (GIXD) चराई विकास पर वास्तविक समय पढ़ाई के सक्षम करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता लंबाई की एक विस्तृत श्रृंखला पर आकृति विज्ञान के प्रसंस्करण स्थितियों की एक श्रृंखला के तहत फिल्म सुखाने की प्रक्रिया के विभिन्न चरणों में तराजू। इन अध्ययनों में प्राप्त जानकारी सीधे एक औद्योगिक उत्पादन की स्थापना के लिए हस्तांतरित किया जा सकता है। प्रयुक्त सामग्री की छोटी राशि के फोटो सक्रिय सामग्री और विभिन्न प्रसंस्करण की स्थिति के तहत उनके मिश्रण की एक बड़ी संख्या का एक तेजी से जांच के लिए सक्षम बनाता है।
अर्द्ध क्रिस्टलीय diketopyrrolopyrrole और quaterthiophene (DPPBT) कम बैंड संयुग्मित बहुलक आधारित है और (6.6) -phenyl C71-butyri मॉडल दाता सामग्री के रूप में प्रयोग किया जाता है,ग एसिड मिथाइल एस्टर (पीसी 71 बीएम) इलेक्ट्रॉनिक स्वीकर्ता के रूप में प्रयोग किया जाता है। 18, 19 यह पिछले अध्ययनों कि DPPBT में दिखाया गया है: पीसी 71 बीएम मिश्रणों बड़े आकार चरण जुदाई फार्म जब विलायक के रूप में क्लोरोफॉर्म का उपयोग कर। एक क्लोरोफॉर्म: 1,2-dichlorobenzene विलायक मिश्रण चरण जुदाई के आकार को कम करने और इस प्रकार डिवाइस के प्रदर्शन को बढ़ा सकते हैं। विलायक सुखाने की प्रक्रिया के दौरान आकृति विज्ञान गठन घटना एक्स-रे विवर्तन और बिखरने चराई से बगल में जांच की है। सौर सेल उपकरणों का उपयोग कर मिनी स्लॉट मरने coater सबसे अच्छा विलायक मिश्रण की स्थिति, 20 जो स्पिन कोटिंग करने के लिए गढ़े उपकरणों के समान है का उपयोग कर 5.2% की एक औसत PCE दिखाया गढ़े। मिनी स्लॉट मरने coater एक अनुसंधान प्रयोगशाला की स्थापना है कि एक औद्योगिक प्रक्रिया mimics में सेल उपकरणों सौर निर्माण करने के लिए, एक औद्योगिक रूप से रिलायंस एनर्जी में इन सामग्रियों की व्यवहार्यता की भविष्यवाणी में एक खाई को भरने के लिए एक नया मार्ग खुल जाता हैEVANT सेटिंग।
Protocol
Representative Results
Discussion
विधि यहाँ वर्णित एक फिल्म तैयारी विधि है कि आसानी से औद्योगिक उत्पादन में बढ़ाया जा सकता है के विकास पर केंद्रित है। पतली फिल्म मुद्रण और सिंक्रोटॉन आकृति विज्ञान लक्षण वर्णन प्रोटोकॉल के साथ सबसे मह…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by Polymer-Based Materials for Harvesting Solar Energy (PHaSE), an Energy Frontier Research Center funded by the U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences under award number DE-SC0001087 and the U.S. Office of Naval Research under contract N00014-15-1-2244. Portions of this research were carried out at beamline 7.3.3 and 11.0.1.2 at the Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory, which was supported by the DOE, Office of Science, and Office of Basic Energy Sciences.
Materials
| PC71BM | Nano-C Inc | nano-c-PCBM-SF | |
| DPPBT | The University of Massachusetts | Custom Made | |
| PEDOT:PSS | Heraeus | P VP Al 4083 | |
| Mucasol Liquid Cleaner | Sigma-Aldrich | Z637181 | |
| Acetone | Sigma-Aldrich | 270725 | |
| Isopropyl Alcohol | BDH | BDH1133 | |
| Chloroform | Sigma-Aldrich | 372978 | |
| 1,2-diChlorobenzene | Sigma-Aldrich | 240664 | |
| Lithium fluoride | Sigma-Aldrich | 669431 | |
| Aluminum | Kurt Lesker | EVMAL50QXHD | |
| Glass vials | Fisher Scientific | 03-391-7B | |
| Ultrasonic Cleaner | Cleanosonic | Branson 2800 | |
| Oven | WVR | 414005-118 | |
| Cleaning Rack | Lawrence Berkeley National Lab | Custom Made | |
| Shadow Mask | Lawrence Berkeley National Lab | Custom Made | |
| UV-Ozone Cleaner | UVOCS INC | T16X16 OES | |
| Glove Box | MBraun | Custom Made | |
| Evaporator | MBraun | Custom Made | |
| Slot Die Coater | Jema Science Inc | Custom Made | |
| Solar Simulator | Newport | Class ABB | |
| Spin Coater | SCS Equipment | SCS G3 | |
| Hot Plate | Thermo Scientific | SP131015Q | |
| X-ray Measurement | Lawrence Berkeley National Lab | Beamline 7.3.3 |
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