Una cámara 3D impreso para dispositivos optoelectrónicos orgánicos degradación pruebas
Summary
Aquí, presentamos un protocolo para el diseño, fabricación y uso de una cámara atmosférica 3D impreso y controlada simple y versátil para la caracterización óptica y eléctrica de dispositivos optoelectrónicos orgánicos sensibles al aire.
Abstract
En este manuscrito, describiremos la fabricación de una cámara atmosférica pequeña, portátil y fácil de usar para orgánicos y dispositivos optoelectrónicos de perovskita, con impresión 3D. Como este tipo de dispositivos es sensible a la humedad y el oxígeno, tal cámara puede ayudar a los investigadores en la caracterización de las propiedades electrónicas y estabilidad. La cámara está diseñada para ser utilizado como un medio temporal, reutilizable y estable con propiedades controladas (incluyendo humedad, introducción de gas y temperatura). Puede ser utilizado para proteger los materiales sensibles al aire o exponerlos a contaminantes de forma controlada para estudios de degradación. Para caracterizar las propiedades de la cámara, describiremos un procedimiento sencillo para determinar la tasa de transmisión de vapor de agua (WVTR) con humedad relativa medida por un sensor de humedad estándar. Este procedimiento operativo estándar, usando una densidad de relleno de 50% de ácido poliláctico (PLA), resulta en una cámara que se puede utilizar durante semanas sin pérdida significativa de propiedades del dispositivo. La versatilidad y facilidad de uso de la cámara le permite adaptarse a cualquier condición de caracterización que requiere de un ambiente controlado por el Pacto.
Introduction
Dispositivos optoelectrónicos orgánicos y perovskita, células solares y diodos emisores de luz basados en moléculas orgánicas semiconductores π-conjugados y organometálicos de haluros son un creciente campo de investigación. Orgánicos diodos emisores de luz (OLEDs) son ya un elemento tecnológico importante en la iluminación y muestra1, y photovoltaics orgánicos han comenzado a lograr eficiencias que los hacen competitivos con silicio amorfo2. El reciente adelanto rápido de dispositivos basados en la perovskita para absorber luz y emiten luz aplicaciones3,4,5 sugiere que dispositivos de bajo costo, fácilmente procesados están probables que pronto se encuentre generalizada implementación. Sin embargo, todas estas tecnologías sufren una sensibilidad a los contaminantes atmosféricos, particularmente la humedad y oxígeno, lo cual limita su vida efectiva6,7,8,9.
Para los investigadores estudiando estos sistemas, puede ser útil tener una cámara adaptable, fácil de usar, portable y reutilizable para proteger dichos materiales sensibles o exponerlos a contaminantes en una manera controlada10,11. Aunque es posible utilizar una guantera para la caracterización de dispositivos sensibles al aire, estos ambientes grandes, costosos y ubicación fija, inertes pueden ser incompatibles con la amplia gama de caracterización que se podrían necesitar. Para proporcionar un portátil alternativo, Reese et al. 10 propone una pequeña cámara de metal basado en una brida vacío estándar adecuada para la caracterización óptica y eléctrica de dispositivos orgánicos. Hemos adaptado este diseño, lo que es más barata y más versátil mediante el uso de 3D-impresión para producir los componentes de la cámara. El uso de la impresión en 3D, en lugar de mecanizado, permite ajustes rápidos, rentables a cambio de muestra o requisitos ambientales manteniendo la utilidad del diseño básico. En esta contribución, describir el procedimiento para hacer una cámara de esa y utilizarlo para extraer las características corriente-voltaje de un dispositivo de diodo orgánico.
Una buena encapsulación de orgánico y perovskita dispositivos deben tener WVTRs de 10-3 – 10-6 g/m2/día a largo plazo dispositivo estabilidad12,13, para poca entrada de agua en el aparato orgánico aún en muy duras condiciones. Esta cámara está diseñada para ser un entorno controlado para probar propósitos en lugar de un método de encapsulación o almacenamiento de información a largo plazo, los requisitos para una cámara eficaz no son tan estrictos. La cámara debe ser capaz de mantener las propiedades del dispositivo dentro de un plazo razonable para llevar a cabo experimentos de caracterización. El procedimiento de funcionamiento estándar de la utilización de PLA resulta en una cámara que puede utilizarse durante varios días o incluso semanas con un flujo de gas incorporado, sin pérdida significativa de las propiedades del dispositivo.
Cambiando los materiales, o incluso la forma y el tamaño del cuerpo de cámara pueden afectar drásticamente la penetración de los contaminantes del aire en la cámara. Por lo tanto, la penetración de humedad y oxígeno debe ser supervisados cuidadosamente para que cada diseño determinar la eficacia de la cámara. Adicionalmente a la fabricación de la cámara, describiremos un procedimiento simple para determinar la WVTR de la cámara utilizando un sensor de humedad disponible en el mercado, para establecer un calendario para el uso de la cámara de experimentación.
Una cámara sencilla pero versátil permite varios tipos de experimentos a realizar. Pueden actuar como ambientes de atmósfera inerte fuera de la guantera, conveniente para caracterización eléctrica y óptica a través de los puertos de paso eléctrico y ventanas. Su portabilidad le permite para ser utilizado con equipos estándar de caracterización eléctrica fuera del laboratorio donde se fabricaron, que es útil en pruebas de confiabilidad14 turnos o para obtener mediciones certificadas del dispositivo rendimiento15. Estas cámaras también son particularmente útiles para estudiar los efectos de la introducción de contaminantes para las pruebas de degradación controlada, con simples modificaciones. El uso de la impresión 3D permite una adaptabilidad rápida, significativa para cambiar configuraciones de dispositivo, tamaños, o requisitos de prueba.
Protocol
Representative Results
Discussion
Los pasos críticos en recrear este experimento incluyen la impresión de las cámaras para evitar grietas, huecos o pobres características de relleno que pueden disminuir la WVTR, sellado de la cámara para evitar cualquier entrada de humedad y oxígeno apretando la abrazadera KF50 conseguir una completa estanqueidad entre las cámaras superior e inferior, mediante un epoxy de baja presión nominal de vacío alrededor de las clavijas de contacto o cualquier pasantes para evitar cualquier fuga y crear un sello entre la …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores reconocen Peter Jonosson y el centro de prensa nueva de Lyon para la impresión 3D de las cámaras. Esta investigación fue apoyada por 436100-2013 RGPIN ER15-11-123, el McMaster Decano de ingeniería licenciatura verano investigación Premio a la excelencia y el programa de oportunidades de investigación de pregrado.
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
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