有机光伏(OPV)材料在纳米尺度本质上是不均匀的。纳米非均匀性,OPV材料的影响,光伏设备的性能。在本文中,我们描述了一个协议,用于低于100纳米的分辨率OPV材料的电气和机械性能的定量测量。
有机光伏(OPV)材料在纳米尺度本质上是不均匀的。纳米非均匀性,OPV材料的影响,光伏设备的性能。因此,了解空间组成的变化以及OPV材料的电性能向前推动光伏技术是极为重要的。1,2在本文中,我们描述了协议的OPV材料的电气和机械性能的定量测量子-100纳米的分辨率。目前,材料的性能进行测量,用市售基于AFM的的技术(PeakForce,导电AFM),一般只提供定性信息。与文献数据的值性以及杨氏模量测定,用我们的方法对典型的ITO / PEDOT:PSS/P3HT:PC 61 BM系统有很好的对应。 P3HT:PC 61 BM的混合分离到PC 61 BM丰富和P3HT丰富的domai纳秒。的PC 61 BM丰富和P3HT丰富域的机 械性能是不同的,它允许为域归属的膜的表面上。更重要的是,机械和电气的数据相结合,允许相关的域结构的表面上的膜的膜的厚度通过测量与电性能变化。
作为带来了一个焦点上OPV技术的最新突破,功率转换效率(PCE)的有机光伏(OPV)细胞(推在细胞水平的10%)3,在演唱会遵守与高通量和低成本的制造工艺4廉价的大面积的太阳能电池的制造的挑战可能的解决方案。 OPV材料在纳米尺度本质上是不均匀的。 OPV材料的纳米尺度的不均匀性和光电器件的性能有着密切的联系。因此,了解成分不均匀性,以及OPV材料的电性能OPV技术向前发展是极为重要的。自1986年以来已经发展成为原子力显微镜(AFM)表面形貌的高精度测量的工具。如今,技术材料的性能(杨氏模量,功能6-10工作,11行为ivity 13日至15日,12机电,等)的测量,正吸引着越来越多的关注。在OPV材料的情况下,本地的物相组成和电性能的相关性,揭示更好地了解有机太阳能电池的内部运作带来了希望。1,16-17基于原子力显微镜的高分辨率相技术能够归属8作为电性能,在聚合材料中的映射。因此,在原则上,聚合物相组合物(通过机械测量)18和电气性能的相关性的是可以使用基于AFM的技术。许多基于AFM的技术,材料的机械和电气性能的测量使用AFM探针和表面之间的接触面积不变的假设。这种假设经常失败,从而导致表面形貌之间的强相关性与机械/电气性能。最近,一种新的原子力显微镜为基础的技术高通量测量的机械的属性(PeakForce)19。 PeakForce的金枪鱼(变化的PeakForce方法)提供了一个平台,同时测量的样品的机械和电气性能。然而,PeakForce金枪鱼方法生产的机械和电气性能的地图,这通常是密切相关的,因为在测量过程中的接触下落不明变异。在本文中,我们提出了一个实验性协议,用于删除相关性,与不同的接触半径利用原子力显微镜的机械和电气性能,同时保持精确的测量。实现材料的电阻和杨氏模量的定量测量结果的协议。
The authors have nothing to disclose.
MPN是感谢主任的奖学金计划提供财政支持。 ,MPN要感谢曾育志与发展的协议,用于太阳能电池加工的帮助。这项工作是在纳米材料研究中心,美国能源部科学办公室,办公室基础能源科学用户设施的合同号DE-AC02-06CH11357。
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 |