Support for this work was provided by DOE STTR grant DE-SC0003664 on Parallel Tandem Organic Solar Cells with Carbon Nanotube Sheet Interlayers and Welch Foundation grant AT-1617. The authors thank J. Bykova for providing CNT forests and A. R. Howard, K. Meilczarek, and J. Velten for technical assistance and useful discussions.

1. Indium Tin Oxide (ITO) Modélisation et nettoyage REMARQUE: Utilisez 15Ω / □ ITO verre, et l&#39;achat ou de couper le verre de l&#39;ITO en tailles appropriées pour le revêtement par centrifugation et la photolithographie. Il est plus efficace d&#39;effectuer les étapes 1.1 à 1.7 sur un morceau de verre aussi vaste que possible, puis couper en petits appareils. Notez également que les étapes 1.1-1.7 exigent le verre ITO être orienté avec l&#39;OIC vers le haut. Ceci peut être vérifié facilement avec le réglage de la résistance d&#39;un multimètre. <ol><li> manteau de spin 1 ml de résine positive S1813 sur le ITO côté du verre ITO à un taux de 3,000 rpm pendant 1 min. Utilisez plus résister à de gros morceaux de verre, assurez-vous que tout le verre est revêtu, et éliminer toutes les bulles avant de commencer la tournette. </li><li> Recuire la résine verre revêtu, sur une plaque chaude à 115 ° C pendant 1 min. </li><li> Charger l&#39;échantillon et le photomasque sur le dispositif d&#39;alignement de contact. </li><li> Exposer la résine photosensible revêtue d&#39;ITO verre pour une approtemps échéant. Le temps d&#39;exposition est de l&#39;ordre de 10 s, mais cette fois-ci varie en fonction de l&#39;intensité de la lampe UV, du type de résine photosensible, et l&#39;épaisseur. </li><li> Développer les substrats exposées aux UV dans MF311 développeur. Le processus automatisé de Spin processeur produit les meilleurs et les plus reproductibles résultats, mais le développement peut se faire manuellement comme suit. <ol><li> Immerger le substrat exposées aux UV pendant 1 minute dans le révélateur, suivi d&#39;un rinçage à l&#39;eau désionisée (DI) de l&#39;eau et séchage avec un pistolet à azote. Parce que le développeur perd de sa résistance rapidement, remplacer le développeur entre les échantillons, ou bien augmenter le temps de développement en réutilisant développeur. </li></ol></li><li> Graver les substrats d&#39;ITO dans l&#39;acide chlorhydrique concentré (HCl). Cela prend entre 5 à 10 min en fonction de la concentration du HCl. Rincer à l&#39;eau DI, sec, et tester la résistivité des parties attaquées avec un multimètre. Si une conductivité reste, graver pour un temps plus long. </li><li> Une fois la gravure terminée, retirez le photoresist avec de l&#39;acétone. Notez que le retrait rapide de la résine empêche HCl résiduelle de sur-gravure de la ITO à motifs. </li><li> Si nécessaire, couper les substrats de verre ITO gravées dans la taille de l&#39;appareil. </li><li> Nettoyer les substrats ITO dans un appareil à ultrasons à bain à une séquence de solvants - de l&#39;eau déminéralisée, de l&#39;acétone, le toluène, le méthanol, l&#39;alcool isopropylique et enfin. </li></ol> 2. VPO sous-cellule de fabrication <ol><li> Préparer P3HT: PC 61 BM solution. REMARQUE: Pour obtenir des résultats plus cohérents, préparer les solutions dans un environnement d&#39;azote. Il est possible de suivre la procédure suivante dans les conditions ambiantes. <ol><li> Trouvez et notez la masse de deux propres, ~ 4 ml flacon en verre et leurs chapeaux, et les marquer avec un marqueur permanent pour les distinguer des autres. </li><li> Dans une boîte à gants de l&#39;azote ou de l&#39;argon, transférer environ 10 mg de poly (3-hexylthiophène-2,5-diyle) (P3HT) et à un flacon à environ 10 mg de phényl-C 61 ester méthylique de l&#39;acide butyrique (PC 61 BM) à l&#39;autre. </li><li> Peser à nouveau les fioles de trouver la masse du P3HT et PC 61 BM. </li><li> Transférer les flacons de P3HT et PC 61 BM dans une boîte à gants pour le reste du processus de prise de solution. </li><li> Ajouter une barre d&#39;agitation magnétique dans chaque flacon, puis ajouter assez chlorobenzène à chaque à la création de 45 mg / ml solutions. </li><li> Placer les solutions sur une plaque d&#39;agitation magnétique chaude à 55 ° C pendant environ 2 heures ou jusqu&#39;à ce que les solutés sont complètement dissous. </li><li> Mélanger des volumes égaux de la P3HT et PC 61 BM ensemble des solutions, et de laisser l&#39;agitation de la solution mixte pendant une heure avant de l&#39;utiliser. </li></ol></li><li> Préparer PTB7: PC 71 BM solution. <ol><li> Répétez les étapes 2.1.1 à 2.1.4 avec poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl}) (PTB7) et phényl-7,1-butyrique ester méthylique d&#39;acide (PC 71 BM) au lieu de P3HT et PC61 BM. </li><li> Faire un mélange de 3% en volume 1,8-diiodooctane (DIO) dans le chlorobenzène. Ce mélange est appelé DIO-CB. </li><li> Ajouter une barre d&#39;agitation magnétique dans chaque flacon, puis ajouter assez DIO-CB pour le flacon de PTB7 d&#39;avoir une solution à 12 mg / ml et assez DIO-CB pour le PC 71 BM flacon d&#39;avoir un / ml, solution à 40 mg. </li><li> Que ces solutions remuer sur une plaque chauffante à 70 ° C pendant deux jours. </li><li> Mélanger les solutions dans un rapport en poids de PC à PTB7 BM 71 de 1 à 1,5. </li><li> Laissez le bruit de solution mixte pendant une heure à 70 ° C avant de l&#39;utiliser. </li></ol></li><li> Filtre poly (3,4-éthylènedioxythiophène): poly (styrène sulfonate) (PEDOT: PSS) à travers un filtre en nylon taille de 0,45 um de pores. Notez que cette procédure utilise P VP AI4083. </li><li> Spin Coat couches actives. <ol><li> Placez substrats ITO nettoyés, ITO vers le haut, dans un nettoyeur UV-ozone pendant 5 min. </li><li> Spin-coat 120 pi du PEDOT filtré PSS sur UV-traitée à l&#39;ozone, à motifs ITO- substrat de verres à 3000 rpm pendant 1 min. Ceci devrait vous donner une épaisse couche de 30 nm. </li><li> Recuire le PEDOT: PSS substrats ITO revêtus pendant 5 min à 180 ° C. </li><li> Spin-manteau 70 pi du P3HT mixte: PC 61 BM solution sur PEDOT: PSS enduit ITO substrats à environ 1000 rpm pendant 1 min. Varier la vitesse que nécessaire pour déposer une couche active d&#39;épaisseur 200 nm. </li><li> Recuire le P3HT: PC substrats enduits BM 61 à 170 ° C pendant 5 min. Les résultats peuvent varier de la température de recuit optimal. </li><li> Spin-manteau 70 pi de la PTB7 mixte: PC 71 BM solution sur PEDOT: PSS enduit ITO substrats à environ 700 rpm pendant 1 min. Varier la vitesse que nécessaire pour déposer une couche active d&#39;épaisseur de 100 nm. </li><li> Chargez le PTB7: PC 71 substrats revêtus BM dans un vide poussé (&lt;2 x 10 -6 Torr) chambre à supprimer l&#39;OID résiduelle. En règle générale, les échantillons à partir de la chambre O / N. </li></ol></li></ol> 3. fabriquer le dispositif Tandem &lt;ol&gt; <li> Électrodes flottant CNT. <ol><li> Couper les substrats PTB7 et P3HT en deux pour faire un dispositif de tandem. Un modèle de ITO spécialisé ne nécessiterait pas cette étape. Le motif ITO doit avoir au moins deux électrodes en ITO parallèle étendant d&#39;un bord à un mm de l&#39;autre. </li><li> Préparer d&#39;abord la PTB7 et P3HT substrats recouverts par essuyant polymère et PEDOT des bords de la vitre, et exposer la bande d&#39;ITO qui sera utilisé comme électrode commune comme on le voit dans le premier panneau de la figure 1. </li><li> Laminer l&#39;électrode commune CNT au-dessus des électrodes PTB7 et P3HT. Appliquer un film de SWCNT en plaçant le côté CNT du papier filtre sur l&#39;appareil, en appuyant doucement, puis peler le papier filtre loin. Ceci est illustré dans le deuxième panneau de la figure 1. </li><li> Densifier le CNT électrode sur la surface en appliquant méthoxy-nonafluorobutane (C 4 F 9 OCH 3) (HFE) et en revêtant la CNT avec une petite amount du liquide, puis laisser sécher. </li><li> Essuyer le polymère CNT et au-dessus de l&#39;ITO et le verre qui aura l&#39;électrode de grille, comme indiqué dans le troisième panneau de la figure 1. Retirer tout le polymère à partir de la vitre pour éviter toute fuite de grille avec une lame de rasoir. </li><li> Laminer la porte électrode CNT sur la zone nettoyée des substrats PTB7 et P3HT enrobés. Laminer la MWCNT en tirant à partir du bord de la forêt MWCNT avec une lame de rasoir et laissez reposer la feuille librement entre des tubes capillaires. Passez le dispositif à travers la feuille autonome pour laminer la CNT sur l&#39;appareil. L&#39;électrode de grille doit avoir 3.2 fois le nombre de couches comme indiqué sur l&#39;électrode commune. </li><li> Densifier l&#39;électrode de grille avec HFE. </li></ol></li><li> Placer une petite goutte (≈10 pi) de liquide ionique, N, N -Diethyl- N méthyl-N-- (2-méthoxy) tétrafluoroborate d&#39;ammonium, DEME-BF 4, au-dessus de deux électrodes CNT d&#39;unedes substrats. </li><li> Placez délicatement le substrat sans liquide ionique sur le dessus du substrat avec un liquide ionique avec les électrodes communes et porte sur le dessus de chaque-autre. Ceci est illustré dans le dernier panneau de la figure 1. </li><li> Placer un photomasque avec une dimension d&#39;ouverture plus petite que la taille de l&#39;électrode au-dessus de la zone active. Utilisez de petits clips pour maintenir le photomasque en place ainsi que de tenir l&#39;appareil en même temps pendant les essais. </li></ol> 4. Mesurer l&#39;appareil <ol><li> Transférer le dispositif dans la boîte à gants de mesure. </li><li> Effectuer les raccordements électriques. <ol><li> Branchez l&#39;alimentation de porte approvisionnement entre l&#39;électrode commune et l&#39;électrode de grille avec la commune sol. </li><li> Raccorder les deux anodes d&#39;ITO à des fils qui sont connectés à un commutateur qui permet de sélectionner une ou l&#39;autre anode ou les anodes. </li><li> Connectez la sortie de l&#39;interrupteur à l&#39;entrée de l&#39;unité de mesure de la source. </li><li> Connectez le sol des AME sourceure unité à l&#39;électrode commune. </li></ol></li><li> Mesurez les caractéristiques IV de l&#39;appareil en répétant les étapes suivantes pour monter V Gate. <ol><li> Porte ensemble V à la valeur suivante, à partir de V = 0 V Porte de V 2 = V porte en incréments de 0,25 V. </li><li> Attendre 5 minutes, ou jusqu&#39;à ce que le courant de grille est stabilisé. Idéalement, le courant de gâchette doit se stabiliser autour de 10 s de nanoampères. </li><li> Réglez le commutateur à deux sous-cellules. </li><li> Ouvrez le volet de la lampe. </li><li> Exécuter une détection de tension sur l&#39;unité de mesure de la source de volt à -1 volt à environ 1 100 incréments ou plus. </li><li> Exécution d&#39;une détection de tension de 1 volt à 1 volt. </li><li> Fermez le volet de la lampe. </li><li> Exécutez de nouveau les balayages de tension. </li><li> Réglez le commutateur de la sous-cellule avant. </li><li> Répétez les étapes 4.3.4 à 4.3.8. </li><li> Réglez le commutateur de la sous-cellule arrière. </li><li> Répétez les étapes 4.3.4 à 4.3.8. </li></ol></li><li> Calculer les paramètres de l&#39;appareil. &lt;ol&gt; <li> Trouver le courant de court-circuit (SC J) de chaque sous-cellule au niveau de chaque porte de V en trouvant le courant produit par le dispositif lorsque la tension aux bornes de la sous-cellule est égal à 0 V. </li><li> Trouver la tension en circuit ouvert (V OC) de chaque sous-cellule au niveau de chaque porte de V en trouvant la tension produite par le dispositif lorsque le courant à travers la sous-cellule est de 0 A. </li><li> Trouver la puissance maximale de la cellule solaire en multipliant chaque valeur de tension à chacune des valeurs de courant et la sélection de la valeur maximale (la plus négative). Cela suppose que l&#39;on mesure photo-courant généré courant négatif. </li><li> Trouver le rendement de conversion de puissance (η) en divisant la puissance maximale de la puissance de lumière d&#39;entrée. </li><li> Trouver le facteur de remplissage (FF) en divisant la puissance maximale par le produit de V et J SC CO. </li></ol></li></ol>

<ol>
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The authors have nothing to disclose.

Les résultats mettent en évidence quelques considérations lors de la conception des cellules solaires tandem parallèle. Notamment, si l&#39;un des sous-cellules est peu performant, les performances du tandem dans négativement affectée. Les résultats montrent qu&#39;il existe deux principaux effets. Si une sous-cellule est court-circuitée, par exemple, montre un comportement ohmique, la FF T ne sera pas plus élevé que la FF de la sous-cellule mauvais. J T SC et V T...

Semi-conducteurs polymères sont les principaux photovoltaïques organiques (OPV) matériaux raison de la forte capacité d&#39;absorption, de bonnes propriétés de transport, la flexibilité, et la compatibilité avec des substrats sensibles à la température. Dispositif VPO efficacité de conversion de puissance, η, ont augmenté considérablement au cours des dernières années, avec l&#39;efficacité des cellules simples aussi élevées que 9,1% 1, les une technologie d&#39;énergie de plus en plus viable faire. Malgré les améliorations dans η, les minces optimales des épaisseurs de couches actives des dispositifs limitent l&#39;absorption de lumière et empêchent la fabrication fiable. En outre, la largeur spectrale de l&#39;absorption de lumière de chaque polymère est limitée par rapport aux matériaux inorganiques. Polymères appariement des différentes sensibilité spectrale contourne ces difficultés, ce qui rend les architectures en tandem 2 Une innovation nécessaire. Dispositifs série en tandem sont l&#39;architecture en tandem le plus commun. Dans cette conception, un materi de transport d&#39;électronsAl, une couche métallique de recombinaison facultatifs, et une couche de transport de trous relient deux couches photoactives indépendantes appelées sous-cellules. Liaison sous-cellules dans une configuration en série augmente la tension du dispositif de combinaison de circuit ouvert. Certains groupes ont eu du succès avec les couches de transport dégénéré dopées 3 - 5, mais plusieurs groupes ont utilisé des particules d&#39;or ou d&#39;argent pour aider la recombinaison de trous et d&#39;électrons dans la couche intermédiaire 6,7. En revanche, les tandems parallèles nécessitent une électrode à haute conductivité, soit anode ou de cathode, l&#39;assemblage des deux couches actives. La couche intermédiaire doit être très transparent, ce qui limite les intercalaires en tandem de la série contenant des particules métalliques, et plus encore pour les intercalaires en tandem parallèles composées de fines électrodes métalliques continues. nanotubes de carbone (CNT) feuilles montrent une plus grande transparence de couches métalliques. Ainsi, le Nanotech Institute, en collaboration avec l&#39;Université de Shimane, a introduit l&#39;idée d&#39;utiliser comme électrode de couche intermédiaire dans des dispositifs monolithiques, 8 parallèles en tandem. Les efforts précédents sélectionnée monolithiques, parallèles, appareils tandem de VPO avec des feuilles CNT fonctionnant comme anodes entre les couches 8,9. Ces méthodes nécessitent des soins spéciaux pour éviter un court-circuit d&#39;un ou de deux cellules ou des couches précédentes dommageables au moment du dépôt des couches ultérieures. Le nouveau procédé décrit dans ce document facilite la fabrication en plaçant l&#39;électrode CNT au-dessus des couches actives polymères de deux cellules individuelles, puis la stratification des deux dispositifs séparés ensemble comme représenté sur la figure 1. Ce procédé est remarquable que le dispositif, y compris l&#39;air -stable cathode CNT, peut être fabriqué entièrement dans les conditions ambiantes en utilisant seulement le traitement à sec et solution. Feuilles CNT ne sont pas intrinsèquement bonnes cathodes, car ils nécessitent dopage de type n de diminuer la fonction de travail afin de recueillir des électrons de la zone photosensibled&#39;une cellule solaire 10. À double couche électrique de charge dans un électrolyte, comme un liquide ionique, peut être utilisé pour déplacer la fonction de travail de CNT électrodes 11-14. Comme décrit dans un papier précédent et 15 représentée sur la figure 2, lorsque la tension de grille (V Gate) est augmente, la fonction de travail de l&#39;électrode commune CNT est diminuée, ce qui crée une asymétrie électrode. Cela empêche la collecte de trou de bailleur de fonds du VPO en faveur de la collecte des électrons de l&#39;accepteur de l&#39;OPV, et les appareils sous tension, changement de photorésistance inefficace dans photodiode 15 comportement. Il convient également de noter que l&#39;énergie utilisée pour charger l&#39;appareil et la puissance perdue en raison des courants de fuite de grille est insignifiant comparé à l&#39;énergie produite par la cellule solaire 15. Déclenchement ionique d&#39;électrodes CNT a un grand effet sur la fonction de travail en raison de la faible densité d&#39;états et la hauteaire de surface par rapport au volume dans les électrodes de CNT. Des procédés similaires ont été utilisées pour améliorer une barrière de Schottky à l&#39;interface de CNT avec du n-Si 16.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="788">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:191px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly-(styrenesulfonate)</td>
			<td style="width:191px;">Heraeus</td>
			<td colspan="2">Clevios PVP AI 4083</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">poly(3- hexylthiophene-2,5-diyl)&#160;</td>
			<td style="width:191px;">Rieke Metals&#160; Inc.</td>
			<td style="width:119px;">P3HT:&#160; P200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">phenyl-C61 -butyric&#160; acid methyl&#160; ester</td>
			<td style="width:191px;">1- Material</td>
			<td style="width:119px;">PC61BM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b&#8242;]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl})&#160;</td>
			<td style="width:191px;">1- Material</td>
			<td style="width:119px;">PTB7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">phenyl-C61 -butyric acid methyl&#160; ester</td>
			<td style="width:191px;">Solenne</td>
			<td style="width:119px;">PC71BM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">1,8-Diiodooctane</td>
			<td style="width:191px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">250295</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Chlorobenzene</td>
			<td style="width:191px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">284513</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Indium Tin Oxide Coated Glass 15 Ohm/SQ</td>
			<td style="width:191px;">Lumtec</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">S1813</td>
			<td style="width:191px;">UTD Cleanroom</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">MF311</td>
			<td style="width:191px;">UTD Cleanroom</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HCl</td>
			<td style="width:191px;">UTD Cleanroom</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Acetone</td>
			<td style="width:191px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">A18-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Toluene</td>
			<td style="width:191px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">T323-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Methanol</td>
			<td style="width:191px;">BDH</td>
			<td style="width:119px;">BDH1135-19L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Isopropanol</td>
			<td style="width:191px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">A416-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">CEE Spincoater</td>
			<td style="width:191px;">Brewer Scientific</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/tools/CEESpinCoater.htm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Contact Printer</td>
			<td style="width:191px;">Quintel</td>
			<td style="width:119px;">Q4000-6</td>
			<td>http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/QuintelPrinter.htm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">CPK Spin Processor</td>
			<td style="width:191px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/tools/CPKsolvent.htm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:312px;">Spin Coater</td>
			<td style="width:191px;">Laurell</td>
			<td style="width:119px;">WS-400-6NPP/LITE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Glove Box</td>
			<td style="width:191px;">M-Braun</td>
			<td style="width:119px;">Lab Master 130</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Solar Simulator</td>
			<td style="width:191px;">Thermo Oriel/Newport</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Keithley 2400 SMU</td>
			<td style="width:191px;">Keithley/Techtronix</td>
			<td align="right" style="width:119px;">2400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Keithley 7002 Multiplexer</td>
			<td style="width:191px;">Keithley/Techtronix</td>
			<td align="right" style="width:119px;">7002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Ultrasonic Cleaner</td>
			<td style="width:191px;">Kendal</td>
			<td style="width:119px;">HB-S-49HDT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:312px;">Micropipette</td>
			<td style="width:191px;">Eppendorf</td>
			<td style="width:119px;">200uL</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ambient method for the production of an ionically gated carbon nanotube common cathode in tandem organic solar cells

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two solution-processed polymeric cells connected in parallel by a transparent carbon nanotubes (CNT) interlayer. This structure includes improvements in fabrication techniques for tandem OPV devices. First the need for ambient-processed cathodes is considered. The CNT anode in the tandem device is tuned via ionic gating to become a common cathode. Ionic gating employs electric double layer charging to lower the work function of the CNT electrode. Secondly, the difficulty of sequentially stacking tandem layers by solution-processing is addressed. The devices are fabricated via solution and dry-lamination in ambient conditions with parallel processing steps. The method of fabricating the individual polymeric cells, the steps needed to laminate them together with a common CNT cathode, and then provide some representative results are described. These results demonstrate ionic gating of the CNT electrode to create a common cathode and addition of current and efficiency as a result of the lamination procedure.

Un dispositif de tandem formé de polymères, en particulier les polymères de sensiblement différents largeurs de bande différentes, est d&#39;un intérêt pratique, car ces appareils peuvent absorber la plus large gamme spectrale de la lumière. Dans cette structure de l&#39;appareil, la sous-cellule est la cellule PTB7 arrière et P3HT est la sous-cellule d&#39;entrée. Ceci est destiné à absorber la plus grande quantité de lumière que la sous-cellule P3HT est en grande partie transparente à la lumière de lon...

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Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells

A method of fabricating, in ambient conditions, organic photovoltaic tandem devices in a parallel configuration is presented. These devices feature an air-processed, semi-transparent, carbon nanotube common cathode.

Méthode ambiante pour la production d&#39;un ionique Gated nanotubes de carbone cathode commune dans les cellules solaires organiques Tandem

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

9.3K vues.  The University of Texas at Dallas. A method of fabricating, in ambient conditions, organic photovoltaic tandem devices in a parallel configuration is presented. These devices feature an air-processed, semi-transparent, carbon nanotube common cathode.

Vidéo: Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells

Controlling the Size, Shape and Stability of Supramolecular Polymers in Water

For aqueous based supramolecular polymers, the simultaneous control over shape, size and stability is very difficult1. At the same time, the ability to do so is highly important in view of a number of applications in functional soft matter including electronics, biomedical engineering, and sensors. In the past, successful strategies to control the size and shape of supramolecular polymers typically focused on the use of templates2,3, end cappers4 or selective solvent techniques5. 
Here we disclose a strategy based on self-assembling discotic amphiphiles that leads to the control over stack length and shape of ordered, chiral columnar aggregates. By balancing electrostatic repulsive interactions on the hydrophilic rim and attractive non-covalent forces within the hydrophobic core of the polymerizing building block, we manage to create small and discrete spherical objects6,7. Increasing the salt concentration to screen the charges induces a sphere-to-rod transition. Intriguingly, this transition is expressed in an increase of cooperativity in the temperature-dependent self-assembly mechanism, and more stable aggregates are obtained. 
For our study we select a benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) core connected to a hydrophilic metal chelate via a hydrophobic, fluorinated L-phenylalanine based spacer (Scheme 1). The metal chelate selected is a Gd(III)-DTPA complex that contains two overall remaining charges per complex and necessarily two counter ions. The one-dimensional growth of the aggregate is directed by &pi;-&pi; stacking and intermolecular hydrogen bonding. However, the electrostatic, repulsive forces that arise from the charges on the Gd(III)-DTPA complex start limiting the one-dimensional growth of the BTA-based discotic once a certain size is reached. At millimolar concentrations the formed aggregate has a spherical shape and a diameter of around 5 nm as inferred from 1H-NMR spectroscopy, small angle X-ray scattering, and cryogenic transmission electron microscopy (cryo-TEM). The strength of the electrostatic repulsive interactions between molecules can be reduced by increasing the salt concentration of the buffered solutions. This screening of the charges induces a transition from spherical aggregates into elongated rods with a length &gt; 25 nm. Cryo-TEM allows to visualise the changes in shape and size. In addition, CD spectroscopy permits to derive the mechanistic details of the self-assembly processes before and after the addition of salt. Importantly, the cooperativity -a key feature that dictates the physical properties of the produced supramolecular polymers- increases dramatically upon screening the electrostatic interactions. This increase in cooperativity results in a significant increase in the molecular weight of the formed supramolecular polymers in water.

The goal of this experiment is to determine and control the size, shape and stability of self-assembled discotic amphiphiles in water. For aqueous based supramolecular polymers such level of control is very difficult. We apply a strategy using both repulsive and attractive interactions. The experimental techniques applied to characterize this system are broadly applicable.

Contrôle de la taille, la forme et la stabilité des polymères supramoléculaires dans l&#39;eau

For aqueous based supramolecular polymers, the simultaneous control over shape, size and stability is very difficult1. At the same time, the ability to do ...

Recherche

Ingénierie

Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip devices, and their applications. In particular, capabilities for cost-effective fabrication of polymer microstructures were transformed by the advent of soft lithography and other micromolding techniques 1, 2, and this led a revolution in applications of microfabrication to biomedical engineering and biology. Nevertheless, it remains challenging to fabricate microstructures with well-defined nanoscale surface textures, and to fabricate arbitrary 3D shapes at the micro-scale. Robustness of master molds and maintenance of shape integrity is especially important to achieve high fidelity replication of complex structures and preserving their nanoscale surface texture. The combination of hierarchical textures, and heterogeneous shapes, is a profound challenge to existing microfabrication methods that largely rely upon top-down etching using fixed mask templates. On the other hand, the bottom-up synthesis of nanostructures such as nanotubes and nanowires can offer new capabilities to microfabrication, in particular by taking advantage of the collective self-organization of nanostructures, and local control of their growth behavior with respect to microfabricated patterns. 
Our goal is to introduce vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), which we refer to as CNT "forests", as a new microfabrication material. We present details of a suite of related methods recently developed by our group: fabrication of CNT forest microstructures by thermal CVD from lithographically patterned catalyst thin films; self-directed elastocapillary densification of CNT microstructures; and replica molding of polymer microstructures using CNT composite master molds. In particular, our work shows that self-directed capillary densification ("capillary forming"), which is performed by condensation of a solvent onto the substrate with CNT microstructures, significantly increases the packing density of CNTs. This process enables directed transformation of vertical CNT microstructures into straight, inclined, and twisted shapes, which have robust mechanical properties exceeding those of typical microfabrication polymers. This in turn enables formation of nanocomposite CNT master molds by capillary-driven infiltration of polymers. The replica structures exhibit the anisotropic nanoscale texture of the aligned CNTs, and can have walls with sub-micron thickness and aspect ratios exceeding 50:1. Integration of CNT microstructures in fabrication offers further opportunity to exploit the electrical and thermal properties of CNTs, and diverse capabilities for chemical and biochemical functionalization 3.

We present methods for fabrication of patterned microstructures of vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), and their use as master molds for production of polymer microstructures with organized nanoscale surface texture. The CNT forests are densified by condensation of solvent onto the substrate, which significantly increases their packing density and enables self-directed formation of 3D shapes.

Moulage de fabrication, de densification, et une réplique de 3D Microstructures de nanotubes de carbone

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip ...

Dry Oxidation and Vacuum Annealing Treatments for Tuning the Wetting Properties of Carbon Nanotube Arrays

In this article, we describe a simple method to reversibly tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays. Here, CNT arrays are defined as densely packed multi-walled carbon nanotubes oriented perpendicular to the growth substrate as a result of a growth process by the standard thermal chemical vapor deposition (CVD) technique.1,2 These CNT arrays are then exposed to vacuum annealing treatment to make them more hydrophobic or to dry oxidation treatment to render them more hydrophilic. The hydrophobic CNT arrays can be turned hydrophilic by exposing them to dry oxidation treatment, while the hydrophilic CNT arrays can be turned hydrophobic by exposing them to vacuum annealing treatment. Using a combination of both treatments, CNT arrays can be repeatedly switched between hydrophilic and hydrophobic.2 Therefore, such combination show a very high potential in many industrial and consumer applications, including drug delivery system and high power density supercapacitors.3-5
The key to vary the wettability of CNT arrays is to control the surface concentration of oxygen adsorbates. Basically oxygen adsorbates can be introduced by exposing the CNT arrays to any oxidation treatment. Here we use dry oxidation treatments, such as oxygen plasma and UV/ozone, to functionalize the surface of CNT with oxygenated functional groups. These oxygenated functional groups allow hydrogen bond between the surface of CNT and water molecules to form, rendering the CNT hydrophilic. To turn them hydrophobic, adsorbed oxygen must be removed from the surface of CNT. Here we employ vacuum annealing treatment to induce oxygen desorption process. CNT arrays with extremely low surface concentration of oxygen adsorbates exhibit a superhydrophobic behavior.

This article describes a simple method to fabricate vertically aligned carbon nanotube arrays by CVD and to subsequently tune their wetting properties by exposing them to vacuum annealing or dry oxidation treatment.

L&#39;oxydation à sec et un recuit sous vide Traitements pour Réglage des propriétés de mouillage de tableaux de nanotubes de carbone

In this article, we describe a simple method to reversibly  tune the wetting properties of vertically aligned carbon nanotube (CNT) arrays.  Here, CNT ...

Synthesis and Functionalization of Nitrogen-doped Carbon Nanotube Cups with Gold Nanoparticles as Cork Stoppers

Nitrogen-doped carbon nanotubes consist of many cup-shaped graphitic compartments termed as nitrogen-doped carbon nanotube cups (NCNCs). These as-synthesized graphitic nanocups from chemical vapor deposition (CVD) method were stacked in a head-to-tail fashion held only through noncovalent interactions. Individual NCNCs can be isolated out of their stacking structure through a series of chemical and physical separation processes. First, as-synthesized NCNCs were oxidized in a mixture of strong acids to introduce oxygen-containing defects on the graphitic walls. The oxidized NCNCs were then processed using high-intensity probe-tip sonication which effectively separated the stacked NCNCs into individual graphitic nanocups. Owing to their abundant oxygen and nitrogen surface functionalities, the resulted individual NCNCs are highly hydrophilic and can be effectively functionalized with gold nanoparticles (GNPs), which preferentially fit in the opening of the cups as cork stoppers. These graphitic nanocups corked with GNPs may find promising applications as nanoscale containers and drug carriers.

We discussed the synthesis of individual graphitic nanocups using a series of techniques including chemical vapor deposition, acid oxidation and probe-tip sonication. By citrate reduction of HAuCl4, the graphitic nanocups were effectively corked with gold nanoparticles due to the chemically reactive edges of the cups.

Synthèse et fonctionnalisation des dopé à l&#39;azote Coupes de nanotubes de carbone avec des nanoparticules d&#39;or que les bouchons de liège

Nitrogen-doped carbon  nanotubes consist of many cup-shaped graphitic compartments termed as  nitrogen-doped carbon nanotube cups (NCNCs).  These ...

Using Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering to Investigate Organic Solar Cell Materials

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped crystallites. Neutrons are passed through two well defined regions of magnetic field; one before and one after the sample. The two magnetic field regions have opposite polarity and are tuned such that neutrons travelling through both regions, without being perturbed, will undergo the same number of precessions in opposing directions. In this case the neutron precession in the second arm is said to &#34;echo&#34; the first, and the original polarization of the beam is preserved. If the neutron interacts with a sample and scatters elastically the path through the second arm is not the same as the first and the original polarization is not recovered. Depolarization of the neutron beam is a highly sensitive probe at very small angles (&#60;50&#160;&#956;rad) but still allows a high intensity, divergent beam to be used. The decrease in polarization of the beam reflected from the sample as compared to that from the reference sample can be directly related to structure within the sample.
In comparison to scattering observed in neutron reflection measurements the SERGIS signals are often weak and are unlikely to be observed if the in-plane structures within the sample under investigation are dilute, disordered, small in size and polydisperse or the neutron scattering contrast is low. Therefore, good results will most likely be obtained using the SERGIS technique if the sample being measured consist of thin films on a flat substrate and contain scattering features that contains a high density of moderately sized features (30 nm to 5 &#181;m) which scatter neutrons strongly or the features are arranged on a lattice. An advantage of the SERGIS technique is that it can probe structures in the plane of the sample.

Progress has been made in utilizing spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) as a neutron scattering technique to probe the length-scales in irregular samples. Crystallites of [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester have been probed using the SERGIS technique and the results confirmed by optical and atomic force microscopy.

Utilisation de la diffusion de l’incidence de broutage résolue par écho de spin neutronique pour étudier les matériaux des cellules solaires organiques

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped ...

Fabrication of Low Temperature Carbon Nanotube Vertical Interconnects Compatible with Semiconductor Technology

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive thin-films. Due to the low growth temperature, the process allows integration with modern low-&#954; dielectrics and some flexible substrates. The process is compatible with standard semiconductor fabrication, and a method for the fabrication of electrical 4-point probe test structures for vertical interconnect test structures is presented. Using scanning electron microscopy the morphology of the CNT bundles is investigated, which demonstrates vertical alignment of the CNT and can be used to tune the CNT growth time. With Raman spectroscopy the crystallinity of the CNT is investigated. It was found that the CNT have many defects, due to the low growth temperature. The electrical current-voltage measurements of the test vertical interconnects displays a linear response, indicating good ohmic contact was achieved between the CNT bundle and the top and bottom metal electrodes. The obtained resistivities of the CNT bundle are among the average values in the literature, while a record-low CNT growth temperature was used.

A method for the growth of low temperature vertically-aligned carbon nanotubes, and the subsequent fabrication of vertical interconnect electrical test structures using semiconductor fabrication is presented.

Fabrication de basse température de nanotubes de carbone interconnexions verticales Compatible avec la technologie des semiconducteurs

We demonstrate a method for the low temperature growth (350 &#176;C) of vertically-aligned carbon nanotubes (CNT) bundles on electrically conductive ...

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and non-destructively reveals the hydrogen density distribution at surfaces, at interfaces, and in the volume of solid materials with high depth resolution. The technique applies a 15N ion beam of 6.385 MeV provided by an electrostatic accelerator and specifically detects the 1H isotope in depths up to about 2 &#956;m from the target surface. Surface H coverages are measured with a sensitivity in the order of ~1013 cm-2 (~1% of a typical atomic monolayer density) and H volume concentrations with a detection limit of ~1018 cm-3 (~100 at. ppm). The near-surface depth resolution is 2-5 nm for surface-normal 15N ion incidence onto the target and can be enhanced to values below 1 nm for very flat targets by adopting a surface-grazing incidence geometry. The method is versatile and readily applied to any high vacuum compatible homogeneous material with a smooth surface (no pores). Electrically conductive targets usually tolerate the ion beam irradiation with negligible degradation. Hydrogen quantitation and correct depth analysis require knowledge of the elementary composition (besides hydrogen) and mass density of the target material. Especially in combination with ultra-high vacuum methods for in-situ target preparation and characterization, 1H(15N,&#945;&#947;)12C NRA is ideally suited for hydrogen analysis at atomically controlled surfaces and nanostructured interfaces. We exemplarily demonstrate here the application of 15N NRA at the MALT Tandem accelerator facility of the University of Tokyo to (1) quantitatively measure the surface coverage and the bulk concentration of hydrogen in the near-surface region of a H2 exposed Pd(110) single crystal, and (2) to determine the depth location and layer density of hydrogen near the interfaces of thin SiO2 films on Si(100).

We illustrate the application of 1H(15N,&#945;&#947;)12C resonant nuclear reaction analysis (NRA) to quantitatively evaluate the density of hydrogen atoms on the surface, in the volume, and at an interfacial layer of solid materials. The near-surface hydrogen depth profiling of a Pd(110) single crystal and of SiO2/Si(100) stacks is described.

Quantification des concentrations d&#39;hydrogène dans des surfaces et interfaces des couches et des matériaux en vrac par le biais de profils en profondeur avec l&#39;analyse de la réaction nucléaire

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

Digital Printing of Titanium Dioxide for Dye Sensitized Solar Cells

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less environmentally damaging with lower processing temperatures presenting a viable and low cost alternative to conventional production. This paper further enhances these environmental credentials by evaluating the digital printing and therefore additive production route for these cells. This is achieved here by investigating the formation and performance of a metal oxide photoelectrode using nanoparticle sized titanium dioxide. An ink-jettable material was formulated, characterized and printed with a piezoelectric inkjet head to produce a 2.6 &#181;m thick layer. The resultant printed layer was fabricated into a functioning cell with an active area of 0.25 cm2 and a power conversion efficiency of 3.5%. The binder-free formulation resulted in a reduced processing temperature of 250 &#176;C, compatible with flexible polyamide substrates which are stable up to temperatures of 350 &#730;C. The authors are continuing to develop this process route by investigating inkjet printing of other layers within dye sensitized solar cells.

This paper investigates the suitability of inkjet printing for the manufacturing of dye-sensitized solar cells. A binder-free TiO2 nanoparticle ink was formulated and printed onto a FTO glass substrate. The printed layer was fabricated into a cell with an active area of 0.25 cm2 and an efficiency of 3.5%.

Impression numérique de dioxyde de titane pour les cellules solaires à colorant

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less ...

Morphology Control for Fully Printable Organic&#8211;Inorganic Bulk-heterojunction Solar Cells Based on a Ti-alkoxide and Semiconducting Polymer

The photoactive layer of a typical organic thin-film bulk-heterojunction (BHJ) solar cell commonly uses fullerene derivatives as the electron-accepting material. However, fullerene derivatives are air-sensitive; therefore, air-stable material is needed as an alternative. In the present study, we propose and describe the properties of Ti-alkoxide as an alternative electron-accepting material to fullerene derivatives to create highly air-stable BHJ solar cells. It is well-known that controlling the morphology in the photoactive layer, which is constructed with fullerene derivatives as the electron acceptor, is important for obtaining a high overall efficiency through the solvent method. The conventional solvent method is useful for high-solubility materials, such as fullerene derivatives. However, for Ti-alkoxides, the conventional solvent method is insufficient, because they only dissolve in specific solvents. Here, we demonstrate a new approach to morphology control that uses the molecular bulkiness of Ti-alkoxides without the conventional solvent method. That is, this method is one approach to obtain highly efficient, air-stable, organic-inorganic bulk-heterojunction solar cells.

Morphology Control for Fully Printable Organic&amp;#8211;Inorganic Bulk-heterojunction Solar Cells Based on a Ti-alkoxide and Semiconducting Polymer

A method for fully printable, fullerene-free, highly air-stable, bulk-heterojunction solar cells based on Ti alkoxides as the electron acceptor and the electron-donating polymer fabrication is described here. Moreover, a method for controlling the morphology of the photoactive layer through the molecular bulkiness of the Ti-alkoxide units is reported.

Contrôle Morphologie pour Bulk-hétérojonction cellules solaires organiques-inorganiques entièrement imprimables Basé sur un Ti-alcoolate et Polymer Semiconductor

The photoactive layer of a typical organic thin-film bulk-heterojunction (BHJ) solar cell commonly uses fullerene derivatives as the electron-accepting ...

Precision Milling of Carbon Nanotube Forests Using Low Pressure Scanning Electron Microscopy

A nanoscale fabrication technique appropriate for milling carbon nanotube (CNT) forests is described. The technique utilizes an environmental scanning electron microscope (ESEM) operating with a low pressure water vapor ambient. In this technique, a portion of the electron beam interacts with the water vapor in the vicinity of the CNT sample, dissociating the water molecules into hydroxyl radicals and other species by radiolysis. The remainder of the electron beam interacts with the CNT forest sample, making it susceptible to oxidation from the chemical products of radiolysis. This technique may be used to trim a selected region of an individual CNT, or it may be used to remove hundreds of cubic microns of material by adjusting ESEM parameters. The machining resolution is similar to the imaging resolution of the ESEM itself. The technique produces only small quantities of carbon residue along the boundaries of the cutting zone, with minimal effect on the native structural morphology of the CNT forest.

Low pressure scanning electron microscopy in a water vapor ambient is used to machine nanoscale to microscale features in carbon nanotube forests.

Fraisage de précision des nanotubes de carbone des forêts Utilisation Numérisation basse pression Electron Microscopy

A nanoscale fabrication technique appropriate for milling carbon nanotube (CNT) forests is described. The technique utilizes an environmental scanning ...