同時定量伝導率およびAFMを用いた有機太陽電池材料の機械的特性の測定
Summary
有機太陽電池（OPV）材料は、ナノメートルスケールで本質的に不均一である。 OPVの材料のナノスケールの不均質性は、光電子デバイスのパフォーマンスに影響を与えます。本稿では、100nm以下の分解能でのOPV材料の電気的および機械的性質の定量的測定のためのプロトコルを記述します。
Abstract
有機太陽電池（OPV）材料は、ナノメートルスケールで本質的に不均一である。 OPVの材料のナノスケールの不均質性は、光電子デバイスのパフォーマンスに影響を与えます。したがって、組成の空間的変動だけでなく、OPVの材料の電気的特性の理解と、前方のPV技術を移動するための最重要課題である。本稿では1,2、我々はサブでのOPV材料の電気的および機械的性質の定量的測定のためのプロトコルを記述する-100 nmの分解能。現時点では、材料特性の測定は、一般的に定性的な情報を提供する市販のAFMベースの技術（PeakForce、導電性AFM）を用いて行った。抵抗だけでなく、ヤング率が原型ITO / PEDOTに我々の方法を用いて測定値：PSS/P3HT：PC 61 BMのシステムは、文献データとよく対応しています。 P3HT：PC 61 BMのブレンドは、61、BM-リッチとP3HT-リッチdomai PC上に分離NS。 PC 61 BM -金持ちとP3HTリッチドメインの機械的性質は、膜の表面にドメインの帰属が可能になる、とは異なります。重要なのは、機械的および電気的データを組み合わせることで、フィルムの厚さを通して測定された電気特性のばらつきを持つ膜の表面にドメイン構造の相関を可能にします。
Introduction
高スループットの遵守と低コスト製造プロセス4と連携して有機太陽電池（OPV）セルの電力変換効率の最近のブレークスルー（PCE）（細胞レベルで10％を押す）3としてOPVの技術にスポットライトを持ってきた大面積太陽電池の安価な製造への挑戦のために可能な解決策。 OPVの材料は、ナノメートルスケールで本質的に不均一である。 OPVの材料と光起電力デバイスの性能のナノスケールの不均質性は密接に接続されています。したがって、組成物中の不均一性と同様にOPVの材料の電気的特性を理解することが楽しみにOPVの技術を移動するための最重要課題である。原子間力顕微鏡（AFM）は、1986年以来表面地形の高分解能測定のためのツールとして開発されました。今日5、材料特性（ヤング率、6月10日仕事関数、11の行動のためのテクニックivity、電気機械技術12、13-15等）の測定値が増加し、注目を集めています。 OPVの材料の場合には、地元の相組成と電気特性との相関は、有機太陽電池の内部の仕組みの理解を明らかにするための可能性を秘めています。1、16-17、AFMベースの技術は、同様に高分解能の位相属性8が可能である等の高分子材料にマッピング電気的特性。従って、原理的には、ポリマー相組成（機械測定による）18と電気的特性の相関は、AFMベースの技術を使用することで可能です。材料の機械的および電気的特性の測定のため、多くのAFMベースの技術は、AFM探針と表面間の接触面積の一定の仮定を使用しています。この仮定はしばしば表面トポグラフィーおよび電気的/機械的特性の間には強い相関関係、その結果、失敗します。のため最近では、新しいAFMベースの技術機械的性質（PeakForce）19の高スループット測定が導入されました。 PeakForceマグロ（PeakForce法のバリエーション）は、サンプルの機械的および電気的特性の同時測定のためのプラットフォームを提供します。しかし、PeakForceマグロメソッドは、通常、強くあるため測定中の接触の行方変動の相関関係にある機械的および電気的特性マップを生成します。本稿では、AFMを用いて機械的および電気的特性の正確な測定を維持しながら、接触半径を変化させることに関連付けられている相関を除去するための実験プロトコルを提示。材料の抵抗及びヤング率の定量的測定におけるプロトコル結果の実装。
Protocol
Representative Results
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
MPNは、財政支援のためのディレクターズフェローシッププログラムに感謝しています。 MPNは、太陽電池の処理のためのプロトコルの開発を支援するためゆう志Tsengさんに感謝したいと考えています。この作品は、ナノスケール材料センター、米国エネルギー省、科学局、契約番号DE-AC02-06CH11357下の基礎エネルギー科学ユーザー施設の事務所で行われました。
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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