Aqui, apresentamos um protocolo para fabricar células solares orgânicas fina película usando um aplicador die mini-slot e caracterizações estrutura relacionados em-line usando técnicas de síncrotron de dispersão.
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Artigo de método
Impressão Fabricação de massa Heterojunction células solares e In Situ Morfologia Caracterização
Neste artigo
Resumo
Resumo
Os materiais à base de polímeros são promissores como dispositivos fotovoltaicos eficientes e flexíveis de baixo custo. A maioria dos esforços de laboratório para obter dispositivos de alto desempenho usou dispositivos preparados por spin coating, um processo que não é passível de fabricação em larga escala. Essa incompatibilidade na fabricação de dispositivos dificulta a tradução dos resultados quantitativos obtidos em laboratório para o nível comercial, dificultando a otimização. Usando um revestidor de matriz de mini-slot, essa incompatibilidade pode ser resolvida traduzindo o processo comercial para o laboratório e caracterizando a formação da estrutura na camada ativa do dispositivo em tempo real e in situ à medida que os filmes são revestidos em um substrato. A evolução da morfologia foi caracterizada sob diferentes condições, permitindo-nos propor um mecanismo pelo qual as estruturas se formam e crescem. Este revestidor de matriz mini-slot oferece uma rota simples, conveniente e eficiente em termos de material, pela qual a morfologia na camada ativa pode ser otimizada em condições industrialmente relevantes. O objetivo deste protocolo é mostrar detalhes experimentais de como um dispositivo de célula solar é fabricado usando um revestidor de mini-slot e detalhes técnicos da execução da caracterização da estrutura in situ usando o revestidor de mini-slot.
Introdução
células fotovoltaicas orgânicas (OPV) são uma tecnologia promissora para a produção de energias renováveis de baixo custo em um futuro próximo. 1, 2, 3 esforços tremendos foram feitos para desenvolver polímeros foto-activa e fabricar dispositivos de alta eficiência. Até à data, os dispositivos individuais OPV em camadas ter alcançado uma eficiência de conversão de energia> 10% (PCE). Essas eficiências foram alcançados em dispositivos escala laboratorial usando revestimento por rotação para gerar o filme, e tradução para dispositivos escala de tamanho maior tem sido repleta....
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Protocolo
Preparação Mistura Ink 1. Photon-ativa
- Pesar 10 mg de polímero DPPBT e 10 mg de material de PC 71 BM (estruturas químicas mostrados na Figura 1). Misturá-los em um frasco de 4 ml.
- Adicionar 1,5 ml de clorofórmio e 75 mL de 1,2-diclorobenzeno na mistura.
- Coloque uma pequena barra de agitação dentro do frasco, feche o frasco com um politetrafluoretileno (PTFE) boné, e transferir o frasco para um prato quente. Agita-se a ~ 400 rpm e aquece-se a ~ 50 ° C durante a noite antes da utilização.
2. ITO e Wafer limpeza e preparação do substrato
- Carga de pré-modelado substra....
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Resultados
Mostrado na Figura 3 é o sistema de revestimento de molde mini-slot. É constituída por uma máquina de revestimento, uma bomba de seringa e uma caixa de controlo central. A máquina de revestimento é a parte essencial, que é feito de uma cabeça de ranhura do cunho, um estágio de translação horizontal, e um estágio de translação vertical. A cabeça ranhura do cunho está montado na base de um motor de translação vertical através de um manipulador de inclinação 2-D. Fi.......
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Discussão
O método descrito aqui concentra-se no desenvolvimento de um método de preparação de película que pode ser facilmente dimensionado para cima na produção industrial. impressão de película fina e caracterização morfologia síncrotron são os passos mais críticos com o protocolo. Em pesquisas de laboratório em escala OPV anterior, revestimento rotativo é usado como o método dominante para fabricar dispositivos de película fina. No entanto, este processo utiliza uma elevada força centrífuga para se espalhar solução BHJ, que é.......
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Divulgações
Os autores não têm nada a divulgar.
Agradecimentos
Este trabalho foi apoiado pela Polymer-Based Materials for Harvesting Solar Energy (PHaSE), um Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia financiado pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciências Básicas de Energia sob o número de concessão DE-SC0001087 e pelo Escritório de Pesquisa Naval dos EUA sob o contrato N00014-15-1-2244. Partes desta pesquisa foram realizadas na linha de luz 7.3.3 e 11.0.1.2 na Fonte de Luz Avançada, Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, que foi apoiada pelo DOE, Escritório de Ciência e Escritório de Ciências Básicas de Energia.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| PC71BM | Nano-C Inc | nano-c-PCBM-SF | |
| DPPBT | A Universidade de Massachusetts | Custom Made | |
| PEDOT:PSS | Heraeus | P VP Al 4083 | |
| Mucasol Líquido de Limpeza | Sigma-Aldrich | Z637181 | |
| Acetona | Sigma-Aldrich | 270725 | |
| Álcool Isopropílico | BDH | BDH1133 | |
| Clorofórmio | Sigma-Aldrich | 372978 | |
| 1,2-diclorobenzeno | Sigma-Aldrich | 240664 | |
| Fluoreto de lítio | Sigma-Aldrich | 669431 | |
| Alumínio | Kurt Lesker | EVMAL50QXHD | |
| Frascos de vidro | Fisher Scientific | 03-391-7B | |
| Limpador Ultrassônico | Cleanosonic | Branson 2800 | |
| Forno | WVR | 414005-118 | |
| Rack de Limpeza | Lawrence Berkeley National Lab | Custom | |
| Made Shadow Mask | Lawrence Berkeley National Lab | Custom | |
| UV-Ozone Cleaner | UVOCS INC | T16X16 OES | |
| Glove Box | MBraun | ||
| Made Evaporator | MBraun | ||
| Made Slot Die Coater | Jema Science Inc | Simulador Solar Personalizado | |
| Newport | Classe ABB | ||
| Spin Coater | SCS Equipamento | SCS G3 | |
| Placa Quente | Thermo Scientific | SP131015Q | |
| Medição de Raios-X | Lawrence Berkeley National Lab | Beamline 7.3.3 |
Referências
- Brabec, C. J., et al. Polymer-Fullerene Bulk-Heterojunction Solar Cells. Adv. Mater. 22 (34), 3839-3856 (2010).
- Thompson, B. C., Fréchet, J. M. J. Polymer-Fullerene Composite Solar Cells. Angew. Chem. Int. Ed. 47 (1), 58-77 (2008).
- Günes, S., Neugebauer, H., Sariciftci, N. S.
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Reimpressões e permissões
