यह पेपर रोल-टू-रोल स्लॉट-डाई लेपित, गैर-फुलरीन कार्बनिक फोटोवोल्टिक्स पर सूखने वाले स्याही के सीटू जीआईएसएक्सएस प्रयोगों में इन-हाउस (प्रयोगशाला एक्स-रे उपकरण के साथ) प्रदर्शन और विश्लेषण करने के लिए एक दिशानिर्देश है।
हम सीटू चारण घटना छोटे कोण एक्स-रे बिखरने (GISAXS) प्रयोग में एक घर में पेश करते हैं, जो बयान के दौरान कार्बनिक फोटोवोल्टिक्स (OPVs) में सक्रिय परत के रोल-टू-रोल स्लॉट-डाई कोटिंग के सुखाने वाली काइनेटिक्स की जांच करने के लिए विकसित किया गया है। इस प्रदर्शन के लिए, ध्यान P3HT के संयोजन पर है: ओ-IDTBR और P3HT: EH-IDTBR,जिसमें अलग-अलग सुखाने वाली काइनेटिक्स और डिवाइस प्रदर्शन होते हैं, बावजूद इसके कि उनकी रासायनिक संरचना केवल छोटे अणु स्वीकारकर्ता के साइडचेन से थोड़ी भिन्न होती है। यह लेख सीटू जीआईएसएक्स प्रयोग में प्रदर्शन करने के लिए एक कदम-दर-कदम गाइड प्रदान करता है और परिणामों का विश्लेषण और व्याख्या करने के तरीके को दर्शाता है। आमतौर पर, OPVs में सक्रिय परत के सुखाने की गति की जांच करने के लिए सीटू एक्स-रे प्रयोगों में इस प्रकार का प्रदर्शन सिंक्रोट्रॉन तक पहुंच पर निर्भर करता है। हालांकि, इस पेपर में वर्णित विधि का उपयोग करके और आगे विकसित करके, सुखाने वाली स्याही की आकृति विज्ञान में मौलिक अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए दिन-प्रतिदिन के आधार पर मोटे लौकिक और स्थानिक संकल्प के साथ प्रयोग करना संभव है।
ऑर्गेनिक फोटोवोल्टिक्स (ओपीवी) सबसे होनहार उभरती सौर सेल प्रौद्योगिकियों में से एक का प्रतिनिधित्व करता है। OPVs उल्लेखनीय लघु ऊर्जा लौटाने के समय1के साथ गैर-टोक्सिक सामग्रियों के आधार पर लागत प्रभावी नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत के बड़े पैमाने पर उत्पादन को सक्षम कर सकता है। ओपीवी में फोटोएक्टिव हिस्सा प्रवाहकीय पॉलिमर और अणुओं की लगभग 300-400 एनएम मोटी परत है, जिसे रोल-टू-रोल कोटिंग तकनीक1द्वारा प्रति मिनट कई मीटर की दर से मुद्रित किया जा सकता है। यह पतली फिल्म तकनीक लचीली, रंगीन और हल्के है, जो नए सौर ऊर्जा बाजारों के लिए पथ खोलती है, जैसे इंटरनेट-ऑफ-थिंग्स, बिल्डिंग इंटीग्रेशन, सजावटी प्रतिष्ठान और बहुतबड़े पैमाने पर2,3,4,5पर तेजी से स्थापना/अनइंस्टॉलेशन । इसके अलावा, OPVs में पूरी तरह से प्रचुर मात्रा में और गैर-सूक्ष्म तत्व होते हैं, जो उन्हें उत्पादन और रीसायकल करने के लिए सस्ते दोनों बनाते हैं। इसलिए, इस तकनीक को उद्योग और शिक्षा जगत से बढ़ता ध्यान मिल रहा है । जैविक सौर सेल का गठन करने वाले पूर्ण स्टैक में प्रत्येक परत को अनुकूलित करने के लिए जबरदस्त प्रयासकिए गए हैं, और OPVs6,7,8के अंतर्निहित भौतिकी को समझने के लिए बहुत सारे सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक अनुसंधान किए गए हैं। प्रौद्योगिकी में भारी रुचि ने इस क्षेत्र को अपनी वर्तमान स्थिति में धकेल दिया है जहां प्रयोगशालाओं में निर्मित चैंपियन उपकरण 18% दक्षता9से अधिक हैं । हालांकि, निर्माण (यानी, कठोर सब्सट्रेट्स पर स्पिन-कोटिंग से लेकर लचीले सब्सट्रेट्स पर स्केलेबल जमाव तक) को दक्षता10में महत्वपूर्ण नुकसान के साथ किया जाता है। इस अंतर को पाटना इस प्रकार OPVs के लिए अन्य व्यावसायिक रूप से उपलब्ध पतली फिल्म सौर सेल प्रौद्योगिकियों के साथ प्रतिस्पर्धी बनने के लिए सर्वोपरि है ।
ओपीवी एक पतली फिल्म तकनीक है जिसमें कई कार्यात्मक परतें होती हैं। इस प्रदर्शन में, ध्यान पूरी तरह से फोटोएक्टिव परत पर है। यह परत विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह वह जगह है जहां फोटॉन अवशोषित होते हैं, और फोटोकरंट उत्पन्न होता है। आमतौर पर, फोटोएक्टिव परत में कम से कम दो घटक होते हैं, अर्थात् एक दाता और एक स्वीकार्य। यहां, ध्यान दाता बहुलक P3HT पर या तो ओ-IDTBR या EH: IDTBR के साथ स्वीकारकर्ता11के रूप में संयोजन में है, रासायनिक फार्मूले के साथ के रूप में चित्रा 1में दिखाया गया है । फोटोएक्टिव परत के इष्टतम डिजाइन को एक थोक हेट्रोजंक्शन (बीएचजे) के रूप में वर्णित किया गया है, जहां यौगिकों को पूरे डिवाइस में इंटरमिक्स किया जाता है, जैसा कि चित्र 2में दिखाया गया है। बीएचजे को स्लॉट-डाई कोटिंग द्वारा प्राप्त किया जाता है जिसमें दाता और समाधान10में स्वीकारकर्ता होते हैं। सब्सट्रेट पर गीली स्याही को कोटिंग करते समय, सॉल्वेंट अणु वाष्पित हो जाते हैं, जो दाता और स्वीकार्य को एक परस्पर अवस्था में छोड़ देते हैं। चरण पृथक्करण, अभिविन्यास, आदेश और आकार वितरण के संबंध में दाता/स्वीकार्य व्यक्ति का वितरण आमतौर पर बीएचजे की आकृति विज्ञान के रूप में जाना जाता है । सक्रिय परत की आकृति विज्ञान कार्य सिद्धांत4,12की प्रकृति के कारण सौर कोशिका के प्रदर्शन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है । कार्य सिद्धांत चित्रा 2 में सचित्र है और चार चरणों में वर्णित किया जा सकता है: सबसे पहले, एक आने वाले फोटॉन अवशोषित और उच्चतम कब्जे वाले आणविक कक्षीय (HOMO) से सबसे कम खाली आणविक कक्षीय (LUMO) के लिए एक इलेक्ट्रॉन उत्तेजित है । छेद (होमो में एक खाली राज्य) और उत्तेजित इलेक्ट्रॉन एक साथ बंधे हुए हैं। इस बाउंड इलेक्ट्रॉन-होल-पेयर को एक्सिटन के रूप में जाना जाता है। दूसरा, एक्सिटन घूमने के लिए स्वतंत्र है, और पुनर्संयोजन से पहले अनुमानित मतलब मुक्त पथ 20 एनएम6है। तीसरा, जब एक्सिटन दाता और स्वीकारकर्ता के बीच एक इंटरफ़ेस के पास होता है, तो यह स्वीकार्य रूप से स्वीकारकर्ता के लुमो में एक मुफ्त इलेक्ट्रॉन में अलग करने के लिए अनुकूल होता है और दाता के होमो में एक मुफ्त छेद होता है। चौथा, अगर डिवाइस एक सर्किट से जुड़ा हुआ है, शुल्क इस तरह एनोड और कैथोड के लिए ले जाया जाएगा । OPVs की कार्यक्षमता में सुधार करने के लिए, आकृति विज्ञान को चार चरणों में से प्रत्येक को समायोजित करने के लिए अनुकूलित किया जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि बीएचजे आने वाले फोटॉनों में से कई को यथासंभव अवशोषित करता है और यथासंभव अधिक से अधिक गतिमान शुल्क उत्पन्न करता है। इष्टतम आकृति विज्ञान का बड़ा वैज्ञानिक सवाल बना हुआ है।
यह अभी भी एक खुला सवाल है, और दाता और स्वीकारकर्ता के एक विशिष्ट संयोजन के लिए आकृति विज्ञान को अनुकूलित करने की प्रक्रिया अब तक परीक्षण और त्रुटि द्वारा की जाती है। मिश्रण P3HT के लिए इष्टतम कोटिंग की स्थिति: ओ-आईडीटीबीआर और पी 3 एचटीटी: ईएच-आईडीटीबीआर 13,14की सूचना दी गई है। इसी तरह के प्रयोगात्मक मापदंडों का उपयोग यहां P3HT: O-IDTBR और P3HT दोनों तैयार करने के लिए किया गया था: ईएच-आईडीटीबीआर रोल-60 डिग्री सेल्सियस पर एक लचीले सब्सट्रेट पर लेपित, जैसा कि कुआन लियू एट अल15द्वारा वर्णित है । रोल-कोटेड ओपीवी में एक उल्टे संरचना16 है और इंडियम टिन ऑक्साइड (आईटीओ-मुक्त) के बिना लचीले सब्सट्रेट्स पर निर्मित थे, संरचना पीईटी/एजी-ग्रिड/पेडोट: पीएसएस/जेडओ/पी3एचटी: ओ-आईडीटीबीआर या ईएच-आईडीटीबीआर/पीडॉट:पीएसएस/एजी-ग्रिड, जहां प्रकाश पीईटी सबट्रेट्स के माध्यम से प्रवेश करता है । PEDOT: पीएसएस पॉली (3,4-एथिलेंडिऑक्सीथियोफेन) पॉलीस्टीरीन सल्फोनेट और पीईटी पॉली (एथिलीन टेरेफ्थेलेट) के लिए एक संक्षिप्त नाम है। निर्माण के बाद, अंतिम स्टैक को 1 सेमी 2 के फोटोएक्टिव क्षेत्र के साथ छोटे सौर कोशिकाओं में काट दियाजाताहै।
मानक का मतलब है कि सौर कोशिकाओं के प्रदर्शन की विशेषता के लिए वर्तमान घनत्व बनाम वोल्टेज (जे-वी) घटता और बाहरी क्वांटम दक्षता (EQE) स्पेक्ट्रा को मापने शामिल हैं । P3HT: O-IDTBR और P3HT: EH-IDTBRदोनों के लिए, परिणाम चित्र 3 और तालिका 1में दिखाए गए हैं । P3HT: EH-IDTBR सौर सेल का कम 2.2% पीसीई इसके कम शॉर्ट सर्किट करंट (जेएससी)के कारण है, जो पी3एचटी की तुलना में 9.0 Ω.सेमी2 की श्रृंखला प्रतिरोध (रुपये) द्वारा आंशिक रूप से सीमित है: 7.7 Ω सेमी2का ओ-आईडीटीबीआर। ओपन-सर्किट वोल्टेज (वीओसी),दोनों उपकरणों(टेबल 1)में समान है, जो दो स्वीकारकर्ताओं की इलेक्ट्रॉनिक समानता को दर्शाता है। P3HT के फोटोवोल्टिक बैंड-गैप: ओ-आईडीटीबीआर और पी 3 एचटीटी: ईएच-आईडीटीबीआर सौर कोशिकाएं क्रमशः 1.60 ईवी और 1.72 ईवी हैं, जो चित्र 3 में दिखाए गए ईक्यूई में रेडशिफ्ट द्वारा देखी गई ऑप्टिकल संपत्तियों के साथ समझौते में हैं और एनरिक पी एस जे एट अलद्वारारिपोर्ट की गई हैं। आमतौर पर, एक रेडशिफ्ट अधिक क्रिस्टलीय संरचना के कारण होता है, इस प्रकार यह उम्मीद की जाती है कि ओ-आईडीटीबीआर के पास विशिष्ट कोटिंग स्थितियों के लिए ईएच-आईडीटीबीआर की तुलना में उच्च स्तर की क्रिस्टलीयता होती है। P3HT के बेहतर जेअनुसूचित जाति: ओ-IDTBR सौर सेल अपने व्यापक स्पेक्ट्रल अवशोषण और डिवाइस प्रसंस्करण सुधार के कारण भाग में है । ईएच-आईडीटीबीआर और ओ-आईडीटीबीआर आधारित उपकरणों के लिए एकीकृत ईक्यूई धाराएं 1 सूर्य रोशनी के तहत 5.5 और 8.0 एमए/सेमी2 हैं जैसा कि चित्र 3में दिखाया गया है। EQE प्रोफाइल से, यह देखा जा सकता है कि 1:1 द्रव्यमान अनुपात P3HT के लिए आदर्श के करीब है: ओ-IDTBR लेकिन P3HT के लिए इष्टतम नहीं है: EH-IDTBR। डिवाइस प्रदर्शन में अंतर आंशिक रूप से P3HT में पिनहोल की उपस्थिति से समझाया जा सकता है: EH-IDTBR फिल्म, जबकि P3HT: O-IDTBR के रूप में चित्रा 4में दिखाया गया है चिकनी दिखाई देता है । P3HT में पिनहोल: ईएच-आईडीटीबीआर सामग्री प्रणाली सौर सेल निर्माण के दौरान बाद में PEDOT: पीएसएस परत द्वारा कवर किया जाता है, जो उपकरणों के शॉर्ट-सर्किटिंग को रोकता है। इसके अलावा, स्वीकारकर्ताओं की साइड चेन क्रमशः रैखिक और शाखाकृत होती हैं, जो उनकी घुलनशीलता को अलग करती है, और इस प्रकार उनकी सुखाने वाली काइनेटिक्स होती है। कोटिंग करते समय सुखाने वाले काइनेटिक्स की जांच करने के लिए एक मिनी रोल-टू-रोल कोटर का उपयोग कर सकते हैं, जो सौर सेल निर्माण17की एक ही कोटिंग स्थितियों की नकल करता है, जैसा कि पहली बार 201518में प्रदर्शित किया गया था।
यहां, हम इन-हाउस एक्स-रे स्रोत के साथ OPVs के लिए सुखाने वाली स्याही की आकृति विज्ञान की जांच करने के लिए, सीटू जीआईएसएक्सएस प्रयोगों में प्रदर्शन करने के लिए एक बेहतर मिनी रोल-टू-रोल स्लॉट-डाई कोटिंग मशीन का आवेदन प्रस्तुत करते हैं। GISAXS आकार, आकार, और अभिविन्यास वितरण में या पतली फिल्मों19पर जांच करने के लिए पसंदीदा तरीका है । GISAXS प्रयोग करते समय, नमूने की जांच करने वाले बिखरे हुए एक्स-रे 2डी डिटेक्टर पर एकत्र किए जाते हैं। चुनौतीपूर्ण हिस्सा अध्ययन किया जा रहा है कि नमूना से वांछित जानकारी प्राप्त करने के लिए सही मॉडल का चयन करने के लिए है। इसलिए, एक उपयुक्त मॉडल चुनने के लिए नमूना संरचना के बारे में पूर्व जानकारी आवश्यक है। इस तरह का ज्ञान परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (एएफएम), ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (TEM), या आणविक गतिशीलता सिमुलेशन7से प्राप्त किया जा सकता है। यहां, हम पेश करेंगे कि क्यों और कैसे Teubner और Strey20 के ढांचे को लागू करने के लिए सीटू GISAXS प्रयोगों में से प्राप्त डेटा मॉडल के लिए BHJs के लिए स्याही के अंदर डोमेन के आकार वितरण को पुनः प्राप्त करते हुए सुखाने । मिनी रोल-टू-रोल कोटर का उपयोग करने के दो फायदे हैं। सबसे पहले, यह बड़े पैमाने पर उत्पादन 1:1 की नकल करता है; इस प्रकार, हम निश्चित हैं कि डिवाइस प्रदर्शन और सक्रिय परत की तुलना सीधे की जा सकती है। दूसरा, इस विधि का उपयोग करके, हम एक प्रयोगशाला एक्स-रे स्रोत के साथ एक सीटू प्रयोग में अनुमति देने के लिए बीम में पर्याप्त ताजा स्याही रखने में सक्षम हैं। जीआईएसएक्स के साथ पतली फिल्मों की आकृति विज्ञान को करने और उनका विश्लेषण करने के तरीके पिछले 18,21, 22,23,24,25, 26,27,28,28दशकों में तेजी से विकसित हो रहे हैं । आमतौर पर, ओपीवी में सक्रिय परत के सुखाने वाले काइनेटिक्स की जांच करने के लिए सीटू जीआईएसएक्सएस प्रयोग करते समय, एक सिंक्रोट्रॉन स्रोत की आवश्यकता होती है18,26,27। सिंक्रोट्रॉन विकिरण सामान्य रूप से बेहतर समय संकल्प और बेहतर आंकड़े प्रदान करने के लिए इस तरह के प्रयोग करने के लिए इन-हाउस एक्स-रे स्रोत पर पसंद किया जाता है। हालांकि, सिंक्रोट्रॉन दिन-प्रतिदिन के आधार पर उपलब्ध नहीं हैं और उन्हें उत्पादन लाइन फिट करने के लिए समायोजित नहीं किया जा सकता है, इसलिए एक इन-हाउस एक्स-रे स्रोत स्याही-फॉर्मूलों, कोटिंग स्थितियों को अनुकूलित करने और सुखाने की भौतिकी में मौलिक अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए एक उपयोगी रोजमर्रा के उपकरण के रूप में काम कर सकता है। इन-हाउस एक्स-रे स्रोत का उपयोग करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण नुकसान सामग्री की खपत है। चूंकि एक्स-रे का प्रवाह सिंक्रोट्रॉन की तुलना में कम से कम पांच परिमाण के आदेश है, इसलिए पर्याप्त आंकड़े प्राप्त करने के लिए अधिक सामग्री की आवश्यकता होती है। इसलिए, यह तकनीक अभी तक नई सामग्री की खोज के लिए उपयुक्त नहीं है, जहां केवल छोटी मात्रा में सामग्री सुलभ है। उन सामग्रियों के लिए जो सस्ते और संश्लेषण में आसान हैं, जो स्केलेबिलिटी29के लिए एक प्रमुख कारक भी है, यह विधि बड़े पैमाने पर रोल-टू-रोल लेपित ओपीवी10,30के लिए दक्षता अंतर को बंद करने की खोज में सिंक्रोट्रॉन के उपयोग पर लाभप्रद होगी।
यह लेख ओपीवी के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए लागू स्याही के सुखाने की जांच करने के लिए सीटू जीआईएसएक्सएस प्रयोगों में प्रदर्शन के माध्यम से पाठक का मार्गदर्शन करेगा। डेटा में कमी और विश्लेषण का एक उदाहरण डेटा की व्याख्या करने के लिए विभिन्न मॉडलों की चर्चा के साथ प्रस्तुत किया जाता है।
एक GISAXS प्रयोग के लिए घटना कोण बहुत महत्वपूर्ण है। यह सवाल किया जा सकता है कि एक लचीला सब्सट्रेट पर 18 मीटर फिल्म के रोल-टू-रोल कोटिंग के दौरान घटना के कोण के संबंध में फिल्म कितनी स्थिर कदम रखेगी । इस प्रदर्शन में किए गए प्रयोगों के लिए, हम चलती सब्सट्रेट की स्थिरता साबित नहीं कर सकते, लेकिन पिछले प्रकाशित डेटा जहां सेटअप के पुराने संस्करण का उपयोग किया जाता है, एक स्थिर फिल्म18,21दस्तावेज़। पिछले सिंक्रोट्रॉन प्रयोगों जहां इस रोल-टू-रोल कोटर का उपयोग किया गया है, ने यह दर्शाया है कि घटना कोण ± 0.03 डिग्री से अधिक भिन्न नहीं होता है जैसा कि समय के एक समारोह के रूप में परावर्तित बीम की स्थिति द्वारा मूल्यांकन किया जाता है (0.1 एस के अस्थायी संकल्प के साथ), जो इस प्रयोग के लिए योनेडा लाइन से ± 12 पिक्सल के बराबर है। जबकि, क्षैतिज लाइन एकीकरण ± 50 पिक्सल के साथ किया गया था। इस विश्लेषण के लिए की गई धारणा के तहत, घटना कोण के इस छोटे से परिवर्तन इस काम के विश्लेषण को प्रभावित नहीं करेगा और इसलिए उपेक्षित किया जा सकता है । भविष्य में, इस प्रकार के प्रयोग बीम-स्टॉप के बिना और पूरे प्रयोग में घटनाओं के कोण की जांच करने के लिए डेटा के निरंतर संग्रह के साथ किए जाने चाहिए।
सुखाने वाली फिल्म, सापेक्ष दबाव और सापेक्ष आर्द्रता के ऊपर हवा संवहन पतली फिल्मों के सुखाने-प्रोफ़ाइल को प्रभावित करने के लिए जाना जाता है; इस प्रकार, पूरी तरह से प्रजनन योग्य प्रयोग करने के लिए, इन मापदंडों को सावधानीपूर्वक मापना एक आवश्यकता है। इस पेपर में चार मापों के बीच तुलना इस तथ्य के कारण मान्य है कि इन्हें उसी दिन ठीक एक ही शर्तों के तहत लेपित किया गया था।
सीटू जीआईएसएक्स प्रयोग में रोल-टू-रोल करने के लिए, एक सफल प्रयोग सुनिश्चित करने के लिए कई मानदंडों को पूरा किया जाना चाहिए। सामग्री के बीच इलेक्ट्रॉन घनत्व (इसके विपरीत) में अंतर को बिखरने वाले संकेत के लिए पर्याप्त उच्च होने की आवश्यकता होती है। इस विषय पर दिशा निर्देश जे Als-नीलसन एट अल५३प्रकाशित किया गया है ।
सिंक्रोट्रॉन के सापेक्ष प्रयोगशाला स्रोत के कम एक्स-रे प्रवाह के कारण, इस तरह के प्रयोगों को करने के लिए बहुत अधिक सामग्री की आवश्यकता होती है। इस प्रकार, यह सामग्री की खोज के लिए पूरी तरह से लागू नहीं है, लेकिन OPVs के लिए प्रासंगिक स्याही के योगों के अनुकूलन के लिए एक उपकरण के रूप में काम करेगा। इसके अतिरिक्त, कम प्रवाह के कारण, स्याही सुखाने के लौकिक संकल्प के संबंध में मोटे प्रयोग करना ही संभव है। ऐसे प्रयोगों के दौरान हम सूखते समय 18 मीटर की सक्रिय परत की जांच कर रहे हैं। हम प्रयोग के दौरान बड़े पैमाने पर आकृति विज्ञान में छोटे बदलाव की उम्मीद करते हैं, और इसलिए हम 18 मीटर लेपित फिल्म के मतलब की जांच करते हैं। यह बड़े पैमाने पर निर्माण की स्थितियों की नकल करता है। यदि कुछ मीटरों के भीतर असंगति का अध्ययन किया जाना है, तो सिंक्रोट्रॉन विकिरण की आवश्यकता है।
3000 सेकंड के एक्सपोजर का प्रदर्शन इष्टतम प्रयोगात्मक डिजाइन नहीं है। बड़े पैमाने पर एकरूपताओं का विश्लेषण करने और हर समय घटना के कोण की जांच करने के लिए डेटा के लचीले लौकिक बिनिंग की अनुमति देने के लिए एक अधिक मजबूत तरीका कई छोटे एक्सपोजर करना है।
हमारे ज्ञान का सबसे अच्छा करने के लिए, यह एक प्रयोगशाला एक्स-रे स्रोत पर OPVs के लिए स्याही के रोल-टू-रोल कोटिंग पर सीटू जीआईएसएक्सएस में प्रदर्शन करने का पहला प्रदर्शन है, हालांकि हमने पहले क्रिस्टलीय विवर्तन संकेत54,55का विश्लेषण करते हुए इसी तरह के प्रयोगों का प्रदर्शन किया है। इस प्रदर्शन और प्रोटोकॉल के साथ, हमारा मानना है कि शोधकर्ताओं, छात्रों और विकासशील इंजीनियरों के लिए सीटू जीआईएसएक्सएस प्रयोगों को लागू करना और प्रदर्शन करना आसान होगा। यह संभावित रूप से अनुसंधान क्षेत्र में तेजी ला सकता है, सिर्फ इसलिए कि दिन-प्रतिदिन के आधार पर ऐसे उपकरणों का उपयोग करना संभव है। इसके अतिरिक्त, रोल-टू-रोल कोटर का उपयोग करके इस प्रयोग में जांच किए गए संरचनात्मक गुणों के साथ सौर सेल प्रदर्शन की तुलना करना संभव है, 1:1।
प्रायोगिक सेटअप में सुधार के लिए घर में एक्स-रे स्रोत होने के सभी फायदों का फायदा उठाने की आवश्यकता होती है। छोटे प्रयोगशाला स्रोतों के लिए प्रयोग करने योग्य एक्स-रे प्रवाह बढ़ाने के अलावा, इस प्रयोग के सुधार के लिए पहला कदम एल्यूमीनियम से चोटियों को बिखरने से बचना है जो डेटा को ओवरलिंग कर रहे हैं, जैसा कि चित्रा 9 (बाएं) में दिखाया गया है। यह एक एक्स-रे अवशोषित सब्सट्रेट धारक है कि उचित हीटिंग के लिए 150 डिग्री सेल्सियस तक तापमान का सामना कर सकते हैं स्थापित करके महसूस किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, नमूना से ठीक पहले गार्ड स्लिट डेटा गुणवत्ता में सुधार होगा। यह प्रदर्शन विशेष रूप से कार्बनिक सौर सेल समुदाय में अनुसंधान के लिए रुचि नहीं है, लेकिन किसी भी क्षेत्र है कि शोध या पतली फिल्म प्रौद्योगिकियों के लिए कोटिंग मापदंडों का अनुकूलन है । एक साथ GIWAXS के साथ इस तकनीक का संयोजन, जहां क्रिस्टलीय संरचनाओं की जांच की जाती है, वैज्ञानिक क्षेत्रों की संख्या में और वृद्धि होगी जहां घर में रोल-टू-रोल एक्स-रे प्रयोग लागू होते हैं।
चूंकि सीटू रोल-टू-रोल प्रयोगों में ये गीली फिल्मों की जांच कर रहे हैं, इसलिए यदि सॉल्वेंट प्रबुद्ध एक्स-रे बीम के बहुत बड़े अंशों को अवशोषित नहीं कर रहा है तो यह फायदेमंद है । सामान्य बहुलक में: पीसीबीएम सिस्टम में एक बड़ा विपरीत होता है और एक विलायक के साथ संयुक्त होता है जिसमें क्लोरीन नहीं होता है (जो एक मजबूत एक्स-रे अवशोषक है) एक बड़े विपरीत की गारंटी देगा, इस प्रकार एक उच्च बिखरने की तीव्रता। इस प्रयोग के लिए, P3HT के विपरीत: IDTBR छोटा है और एक क्लोरीनेटेड विलायक के साथ संयुक्त बिखरने की तीव्रता कम है। ये सामग्री इस तरह के प्रयोग के लिए आदर्श नहीं हैं, लेकिन सौर कोशिकाओं के लिए बहुत दिलचस्प है, यही वजह है कि इस तकनीक को यह सुनिश्चित करने के लिए और विकसित किया जाना चाहिए कि कम विपरीत और उच्च अवशोषण वाले सिस्टम की भी जांच की जा सकती है। मॉडल का चुनाव कई जीआईएसएक्स प्रयोगों में तुलनात्मक विश्लेषण करने के लिए सबसे निर्धारित कारक है। इस पेपर में प्रस्तुत विश्लेषण के लिए, चार डेटा सेटों का वर्णन करने के लिए Teubner-Strey का ढांचा लागू किया गया था। एक मॉडल चुनने के लिए सबसे अच्छी विधि जांच नमूने के आकार और आकार के बारे में एबी initio जानकारी के अधिकारी है। यह या तो TEM छवियों, सिमुलेशन, या माइक्रोस्कोप चित्रों से प्राप्त किया जा सकता है। मॉडल की हमारी पसंद के पीछे तर्क पाठ में कहा गया है, लेकिन यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कई मॉडलों को इस तरह के GISAXS डेटा का वर्णन करने के लिए चुना जा सकता है । Teubner-Strey मॉडल मूल रूप से संचरण SAXS के लिए विकसित किया गया था, लेकिन सफलतापूर्वक५१ से पहले बीएचजे सौर कोशिकाओं के GIWAXS डेटा मॉडलिंग की है और अब यहां । इसके अलावा सुधार आणविक गतिशीलता सिमुलेशन से ज्ञात अमूर्त ज्यामितीय मॉडल को अनुकूलित करने और 2डी डेटा मॉडल पर DWBA लागू करने के लिए हैं। वैकल्पिक मॉडलों में शामिल हैं:53में वर्णित और लागू आकार के पॉलीडिस्परेज वितरण की डिग्री के साथ सख्त ज्यामितीय वस्तुएं, जहां डीडब्ल्यूबीए 2डी डेटा को मॉडल करने के लिए आवश्यक है, को-ब्लॉक पॉलीमर जीआईएसएक्सएस सिग्नल56,मुख्य रूप से जैविक नमूनों के लिए मोती मॉडल57,और भग्न ज्यामिति58 5 99 केरूप में आदेशित प्रणालियों को फिट करने के लिए फ्रेस्नेल रिफ्लेक्सिटी और गॉसियन वितरण का संयोजन।
The authors have nothing to disclose.
लेखकों को दो तकनीशियनों जो पुनर्निर्माण और साधन, क्रिस्टियन लार्सन और माइक Wichmann बनाए रखने में मदद स्वीकार करना चाहते हैं । इसके अलावा, लेखकों को उपयोगी चर्चा के लिए दहाड़ आर Søndergaard और एंडरसन Skovbo Gertsen शुक्रिया अदा करना चाहते हैं । इस अध्ययन को यूरोपीय संघ के क्षितिज २०२० अनुसंधान और नवाचार कार्यक्रम (SEEWHI समेकक अनुदान संख्या) के तहत यूरोपीय अनुसंधान परिषद (ईआरसी) द्वारा समर्थित किया गया था । ईआरसी-2015-सीओजी-681881) ।
Bromoanisole | Sigma Aldrich | 104-92-7 | >99.0 % |
Dichlorobenzene | Sigma Aldrich | 95-59-1 | >99.0 % |
EH-IDTBR | 1-Material | BL3144 | |
Eiger X 4M | DECTRIS | ||
EQE | PV Measurements | ||
Flextrode | Infinity PV | Custom order | 10 mm stripes |
JV-Measurements | Keithley + JV software | 2000E + JV Software | |
Mini roll to roll coater | Custom made | Slot die coater on a rotating drum | |
O-IDTBR | 1-Material | DW4076P | |
P3HT | 1-Material | M1011 | RR 97.6 % |
PEDOT | Sigma Aldrich | 155090-83-8 | |
PET Substrate | AMCOR FLEXIABLES | ||
Silver ink | CCI EUROLAM | DuPont 5025 | Silver conductor |
Syringe | Braun | Injekt | |
Syringe pump | Syringe pump pro | ||
Tubes | Mikrolab Aarhus A/S | ||
X-ray source | Rigaku | Rotating anode |