Summary

Una camera di stampa 3D per organico dispositivo optoelettronico degradazione test

Published: August 10, 2018
doi:

Summary

Qui, presentiamo un protocollo per la progettazione, la fabbricazione e l’uso di una semplice, versatile stampante 3D e controllata camera atmosferica per la caratterizzazione ottica ed elettrica di dispositivi optoelettronici organici aria-sensibile.

Abstract

In questo manoscritto, delineiamo la fabbricazione di una camera atmosferica piccola, portatile e facile da usare per organico e dispositivi optoelettronici perovskite, utilizzando la stampa 3D. Come questi tipi di dispositivi sono sensibili all’umidità e ossigeno, tale camera può aiutare i ricercatori a caratterizzare le proprietà elettroniche e stabilità. La camera è destinata a essere utilizzato come un ambiente temporaneo, riutilizzabile e stabile con proprietà controllate (tra cui umidità, introduzione di gas e temperatura). Può essere utilizzato per proteggere i materiali sensibili all’aria o di esporli a contaminanti in modo controllato per studi di degradazione. Per caratterizzare le proprietà della sezione, descriviamo una procedura semplice per determinare la velocità di trasmissione del vapor d’acqua (WVTR) utilizzando umidità relativa misurata da un sensore di umidità standard. Questa procedura operativa standard, con una densità di riempimento di 50% di acido polilattico (PLA), si traduce in una camera che può essere utilizzata per settimane senza alcuna perdita significativa delle proprietà della periferica. La versatilità e la facilità d’uso della camera permette di essere adattato a qualsiasi condizione di caratterizzazione che richiede un’atmosfera controllata compatto.

Introduction

Dispositivi optoelettronici organica e perovskite, celle solari e diodi emettitori di luce basati su molecole organiche semiconducting π-coniugati e organometal alogenuri sono un settore in rapida crescita della ricerca. Organici diodi emettitori di luce (OLED) sono già un importante elemento tecnologico di illuminazione Visualizza1e fotovoltaico organico hanno cominciato a realizzare le efficienze che li rendono competitivi con silicio amorfo2. Il recente progresso rapido di dispositivi basati su perovskite per assorbire luce e luminescente applicazioni3,4,5 suggerisce che dispositivi a basso costo, facilmente trasformati sono suscettibili di trovare presto diffusa distribuzione. Tuttavia, tutte queste tecnologie soffrono una sensibilità agli agenti inquinanti atmosferici, in particolare l’umidità e ossigeno, che limita la loro effettiva durata6,7,8,9.

Per i ricercatori che studiano tali sistemi, può essere utile avere una camera adattabile, facile da usare, portatile e riutilizzabile per proteggere tali materiali sensibili o di esporli a contaminanti in un modo controllato10,11. Anche se è possibile utilizzare un vano portaoggetti per la caratterizzazione di dispositivi aria-sensibili, questi ambienti grandi, costosi e percorso fisso, inerti potrebbero essere incompatibili con l’ampia gamma di caratterizzazione che potrebbe essere necessarie. Per fornire un portatile alternativo, Reese et al. 10 proposto un piccolo alloggiamento di metallo basato su una flangia di vuoto standard adatta per la caratterizzazione elettrica ed ottica di dispositivi organici. Abbiamo adattato questo design, rendendolo meno costoso e più versatile mediante stampa 3D per produrre i componenti della camera. L’uso di stampa 3D, invece di lavorazione, permette regolazioni rapide, conveniente per cambiare campione o requisiti ambientali pur mantenendo l’utilità di progettazione di base. In questo contributo, ci illustra la procedura per rendere tale camera e utilizzarlo per estrarre le caratteristiche corrente-tensione di un dispositivo di diodo organico.

Un buon incapsulamento di organico e perovskite dispositivi dovrebbero avere WVTRs di 10-3 – 10-6 g/m2/giorno per a lungo termine dispositivo stabilità12,13, affinché le piccole infiltrazioni d’acqua nel dispositivo organico anche in molto condizioni difficili. Come quest’Aula è progettata per essere un ambiente controllato per il testing scopi piuttosto che un metodo di deposito o incapsulamento a lungo termine, i requisiti per una camera di efficace non sono rigorosi. La camera dovrebbe essere in grado di mantenere le proprietà del dispositivo entro un ragionevole lasso di tempo per eseguire esperimenti di caratterizzazione. La procedura operativa standard di utilizzo di PLA si traduce in una camera che può essere utilizzata per diversi giorni o anche settimane, con un flusso di gas incorporato, senza una perdita significativa delle proprietà del dispositivo.

Cambiando i materiali, o anche la forma e le dimensioni del corpo camera possono influenzare drasticamente la penetrazione degli agenti inquinanti dall’aria nella camera. Pertanto, l’ingresso di umidità e ossigeno deve essere attentamente monitorato per ogni disegno determinare l’efficacia della camera. Abbiamo, inoltre alla fabbricazione della camera, di delineare una procedura semplice per determinare la WVTR della sezione, utilizzando un sensore di umidità disponibili in commercio, per stabilire un calendario per l’uso della camera per la sperimentazione.

Tale camera semplice ma versatile consente più tipi di esperimenti per essere eseguita. Possono agire come ambienti di atmosfera inerte all’esterno del vano portaoggetti, adatto per caratterizzazioni elettriche ed ottiche attraverso la finestra e porte elettriche passanti. Loro portabilità permette loro di essere utilizzato con apparecchiature di caratterizzazione elettrica standard fuori dal laboratorio dove erano manufactured, che è utile nel round robin test per affidabilità14 o per ottenere misurazioni certificate del dispositivo prestazioni15. Questi alloggiamenti sono anche particolarmente utili per studiare gli effetti dell’introduzione di contaminanti per prove di degradazione controllata, con semplici modifiche. L’uso della stampa 3D permette una significativa, rapida adattabilità a cambiare layout di dispositivo, dimensioni, o i requisiti di test.

Protocol

1. le parti 3D stampa camera Nota: Tutte le preparazione della stampante, le impostazioni del software “affettatrice” e parametri di stampa erano specifici per la stampante indicata nella Tabella materiali. C’è una vasta gamma di stampanti 3D, ciascuno con il proprio set di passaggi di preparazione e parametri ottimali. C’è anche una vasta gamma di colori possibili per il filamento di polimero utilizzato per le parti stampate. Non è necessario utilizzare la stessa plastica pe…

Representative Results

Misure di corrente-tensione: Questa camera è progettata per consentire la sperimentazione di un dispositivo aria-sensibile diodo, come una cella solare organica o perovskite o un diodo a emissione luminosa. Può agire come un incapsulamento temporaneo, riutilizzabile o come un metodo di introdurre contaminanti per eseguire il test di degradazione controllata. Le curve di densità di corrente-tensione (JV) mostr…

Discussion

I passaggi critici nel ricreare questo esperimento includono la stampa delle sezioni per evitare crepe, lacune o povere caratteristiche di riempimento che possono fare diminuire la WVTR, la camera per evitare eventuali infiltrazioni di umidità e ossigeno stringendo il morsetto KF50 di tenuta realizzare una completa sigillatura fra gli alloggiamenti superiore e inferiore, utilizzando un epossidico a bassa pressione nominale a vuoto intorno i piedini di contatto o qualsiasi passanti per evitare qualsiasi fuoriuscita e cre…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Gli autori riconoscono Peter Jonosson e il Lyons nuovo Media Center per la stampa 3D degli alloggiamenti. Questa ricerca è stata sostenuta da 436100-2013 RGPIN, ER15-11-123, il McMaster Dean di ingegneria dello studente non laureato estate ricerca Premio Excellence e il programma di opportunità di ricerca dello studente non laureato.

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

References

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check_url/56925?article_type=t

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Cite This Article
Mogus, E., Torres-Kulik, B., Gustin, C., Turak, A. A 3D-printed Chamber for Organic Optoelectronic Device Degradation Testing. J. Vis. Exp. (138), e56925, doi:10.3791/56925 (2018).

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