دائرة المطبوعة 3D للأجهزة الإلكترونية البصرية العضوية اختبار تدهور
Summary
نقدم هنا، على بروتوكول لتصميم وتصنيع واستخدام بسيطة، تنوعاً دائرة الغلاف الجوي طباعة 3D والخاضعة للرقابة لتوصيف الأجهزة البصرية والكهربائية للأجهزة الإلكترونية البصرية العضوية حساسة للهواء.
Abstract
في هذه المخطوطة، فإننا مخطط تصنيع دائرة الغلاف الجوي صغيرة، المحمولة، وسهلة الاستخدام للعضوية والأجهزة الإلكترونية البصرية بيروفسكيتي، باستخدام الطباعة 3D. هذه دائرة بهذه الأنواع من أجهزة حساسة للرطوبة والأكسجين، يمكن أن تساعد الباحثين في وصف الخصائص الإلكترونية والاستقرار. قاعة المقصود ليتم استخدامها كبيئة مؤقتة وقابلة لإعادة الاستخدام، ومستقرة مع خصائص الخاضعة للرقابة (بما في ذلك إدخال الغاز، الرطوبة ودرجة الحرارة). يمكن استخدامه لحماية مواد حساسة للهواء أو لتعرضها للملوثات بطريقة الخاضعة للرقابة لدراسات التحلل. لتوصيف خصائص الغرفة، فإننا مخطط إجراء بسيط لتحديد معدل انتقال بخار الماء (وفتر) باستخدام الرطوبة النسبية التي تقاس بجهاز استشعار رطوبة قياسية. هذا إجراءات التشغيل الموحدة، بكثافة بدأت أعمال الحفر 50% من حامض اللبنيك (جيش التحرير الشعبي)، باستخدام النتائج في دائرة التي يمكن استخدامها لمدة أسابيع دون أي خسارة كبيرة لخصائص الجهاز. ببراعة وسهولة استخدام قاعة يسمح لها بأن تتكيف مع أي شرط التوصيف التي تتطلب أجواء تسيطر عليها الاتفاق.
Introduction
الأجهزة الإلكترونية البصرية العضوية وبيروفسكيتي، والخلايا الشمسية، والضوء – الثنائيات الباعثة على أساس الجزيئات العضوية انتشارية مترافق π وهاليدات أورجانوميتال حقل متنامية بسرعة للبحوث. العضوية الخفيفة – ينبعث الثنائيات (OLEDs) هي بالفعل تكنولوجية عنصرا رئيسيا في الإضاءة ويعرض1، وقد بدأت الضوئية العضوية لتحقيق الكفاءة التي تجعلها قادرة على المنافسة مع غير متبلور السليكون2. الأخيرة التقدم السريع للأجهزة المستندة إلى بيروفسكيتي لامتصاص الضوء وإشارات التطبيقات3،،من45 يوحي بأن أجهزة منخفضة التكلفة، والمجهزة بسهولة من المحتمل أن تجد قريبا على نطاق واسع النشر. ومع ذلك، كل من هذه التكنولوجيات يعانون من حساسية لملوثات الغلاف الجوي، لا سيما الرطوبة والأكسجين، مما يحد إعمار الفعال6،7،،من89.
للباحثين الذين يدرسون هذه النظم، يمكن أن يكون من المفيد أن دائرة قابلة للتكيف، وسهلة الاستخدام، والمحمولة، والقابل لإعادة الاستخدام لحماية هذه المواد الحساسة أو لتعرضها للملوثات في طريقة التي تسيطر عليها10،11. على الرغم من أنه من الممكن استخدام الدرج الأمامي لتوصيف أجهزة حساسة للهواء، قد تكون هذه البيئات الكبيرة، باهظة الثمن، وموقع ثابت، خامل غير متوافقة مع مجموعة واسعة من توصيف التي قد تكون مطلوبة. توفير بديلة، محمولة ريس et al. واقترح 10 دائرة معدنية صغيرة استناداً شفة فراغ قياسية مناسبة لتوصيف العضوية من الأجهزة الكهربائية والبصرية. أننا قد تكيف مع هذا التصميم، يجعلها أرخص وأكثر تنوعاً باستخدام الطباعة 3D لإنتاج مكونات الدائرة. يسمح استخدام 3D للطباعة، بدلاً من القطع، إجراء تعديلات سريعة وفعالة من حيث التكلفة لتغيير نموذج أو المتطلبات البيئية مع المحافظة على الأداة المساعدة للتصميم الأساسي. في هذه المساهمة، المخطط التفصيلي الإجراء لجعل هذه دائرة، واستخدامها لاستخراج خصائص الجهد الحالي لجهاز صمام ثنائي العضوية.
تغليف جيد للعضوية، وينبغي أن يكون لدى الأجهزة بيروفسكيتي وفترس من 10-3 -10-6 غم/م2/يوم للمدى الطويل الجهاز الاستقرار12،13، لضمان دخول الماء القليل في الجهاز العضوي حتى في جداً ظروف قاسية. كما تم تصميم هذه الدائرة أن تكون بيئة تسيطر عليها لاختبار الأغراض بدلاً من أسلوب تخزين أو تغليف طويلة الأجل، الاحتياجات اللازمة لتشكيل دائرة فعالة ليست صارمة. ينبغي أن تكون الدائرة قادرة على الحفاظ على خصائص الجهاز في إطار زمني معقول القيام بتجارب توصيف. الإجراءات التشغيلية الموحدة لجيش التحرير الشعبي الصيني باستخدام النتائج في دائرة التي يمكن استخدامها لعدة أيام أو حتى أسابيع مع تدفق غاز مدمجة، دون خسارة كبيرة من خصائص الجهاز.
تغيير المواد، أو حتى بالشكل والحجم من هيئة الدائرة يمكن أن يؤثر بشدة على تغلغل الملوثات من الجو إلى الدائرة. ولذلك، يحتاج دخول الرطوبة والأكسجين التي سترصد بعناية لكل تصميم تحديد كفاءة الدائرة. أننا، بالإضافة إلى ذلك تصنيع الدائرة، مخطط إجراء بسيط لتحديد وفتر الدائرة باستخدام جهاز استشعار رطوبة متاحة تجارياً، وأن تضع جدولاً زمنياً لاستخدام قاعة للتجريب.
تسمح هذه دائرة بسيطة، ولكن تنوعاً لأنواع متعددة من التجارب التي يتعين القيام بها. أنها يمكن أن تعمل كجو خامل في بيئات خارج الدرج الأمامي، مناسبة للأوصاف الكهربائية والبصرية من خلال منافذ فيدثرو الكهربائية ونافذة. قابليتها يسمح لهم ليتم استخدامها مع المعدات القياسية توصيف الكهربائية خارج المختبر حيث أنها صنعت، ومفيدة في جولة روبن اختبار للموثوقية14 أو للحصول على قياسات معتمدة من الجهاز 15من الأداء. هذه الدوائر أيضا مفيدة بشكل خاص لدراسة آثار إدخال ملوثات لاختبارات التدهور التي تسيطر عليها، مع تعديلات بسيطة. استخدام الطباعة 3D يسمح تكيف هامة وسريعة لتغيير تخطيطات الجهاز، الأحجام، أو متطلبات الاختبار.
Protocol
Representative Results
Discussion
وتشمل الخطوات الحاسمة في إعادة هذه التجربة طباعة الدوائر لتجنب الشقوق أو الفجوات أو الفقيرة في تعبئة الخصائص التي يمكن إنقاص وفتر، ختم الدائرة لمنع دخول أي من الرطوبة والأكسجين بتشديد المشبك KF50 إلى تحقيق ختم كامل بين الدوائر العليا والسفلي، واستخدام الإيبوكسي الضغط المنخفض تصنيفها من ف?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب يعترف بيتر جونسون ومركز وسائط الإعلام الجديدة ليون لطباعة 3D للدوائر. هذا البحث أيده 436100-2013 رجبين، ER15-11-123، ماكماستر عميد الهندسة الجامعية الصيفية البحوث جائزة التميز، وبرنامج فرص البحوث الجامعية.
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 |
Riferimenti
- 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)
