This work was supported by Polymer-Based Materials for Harvesting Solar Energy (PHaSE), an Energy Frontier Research Center funded by the U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences under award number DE-SC0001087 and the U.S. Office of Naval Research under contract N00014-15-1-2244. Portions of this research were carried out at beamline 7.3.3 and 11.0.1.2 at the Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory, which was supported by the DOE, Office of Science, and Office of Basic Energy Sciences.

1.フォトンアクティブブレンドインク調製<ol><li> （化学構造は、 図1に示す）DPPBTポリマーを10mgとPC 71 BM材料10mgを秤量します。 4ミリリットルバイアルでそれらを混ぜます。 </li><li>混合物中に1.5ミリリットルのクロロホルムおよび1,2-ジクロロベンゼンの75μLを加えます。 </li><li> 、バイアルに小さな撹拌棒を入れ、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）キャップでバイアルを閉じ、ホットプレートにバイアルを移します。 〜50℃で一晩使用前に〜400rpmで、かつ熱で撹拌。 </li></ol> 2. ITOとウエハ基板洗浄と準備<ol><li>負荷プリパターニングインジウムスズ酸化物（ITO）ガラス基板（3インチ×1インチの半分でITOを除去）、またはシリコンウェハは、テフロン（登録商標）洗浄用ラックに、ガラス容器（ 図2）にラックを置きます。ガラス容器に希釈洗剤溶液（300ml mlの1％万能洗剤溶液）を添加し、15分間超音波処理し、超音波処理中にガラス容器に入れました。</li><li>界面活性剤を除去し、脱イオン（DI）水を数回でITOガラスをすすぎます。その後、容器に300ミリリットルのDI水を追加し、さらに15分間超音波処理装置にガラス容器を置きます。 </li><li>容器から水を除去します。容器に300ミリリットルのアセトンを追加し、15分間超音波処理します。 </li><li>アセトンを除去します。ガラス容器に300ミリリットル2-isopranolを追加し、15分間超音波処理します。 </li><li>オーブンの中に出てラッククリーニングを移動します。 100℃にオーブン温度を設定し、ITOガラスが完全に乾燥するまで3-5時間を待ちます。 </li><li>洗浄された基板を取り出します。 UVオゾンクリーナーや酸素プラズマクリーナーにそれらを転送します。製造業者のプロトコルに従って〜15分のためにそれらをきれいにするハイパワーUVオゾンやプラズマを使用してください。 </li><li> 、スピンコーター上に洗浄した基板を入れ、150μlのポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸（PEDOT：PSS）を追加し、洗浄した基板上に溶液を、そしてコートに3000rpmでスピンコートを〜30nmのPEDOT：PSS（PEDOT：PSS 4083）ITOガラスやシリコンウエハのいずれかの上に薄膜。 </li><li>スピンコーティングされた基材を脱ぎます。 15分間150℃で加熱プレートとアニール上に新鮮なコーティングされた基板を移送します。 </li></ol> 3.活性層の印刷<ol><li>負荷基板。ミニスロットダイコーターのベース板上にPSSコーティングされたITO基板：PEDOTを入れてください。しっかりと基板を保持するために、スロットダイコーターの真空チャックに接続された真空ポンプをオンにします。 （異なるコンポーネントを配置するために、図3を参照してください。） </li><li>右プリンタヘッドの下にそれを置くために、基板の位置を調整します。これは、基板プレートの下線形マニピュレータを使用することによって行うことができます。 </li><li>プリントヘッドを保持している2次元の傾斜マニピュレータを使用して傾けるヘッドを調整します。ヘッドがロードされた基板の上に垂直に立っていることを確認します。このプロセスにおいて、印字ヘッドが近いsubstraに低下させることができることに注意してくださいTE。頭が傾いているか否かを示すために、記録ヘッドと基板との間のギャップを使用してください。ウエハ基板を使用した場合、印刷ヘッドのマイナーな画像が表示されます、傾きを確認するためにはるかに容易になりますので、これは、非常に有用であろう。 </li><li>チューンゼロに頭 - 基板距離。垂直運動は、力センサに連結されています。印字ヘッドが浮上した場合には、一定の力の読みは（頭を印刷し、マニピュレータアセンブリを傾ける重量から）得られます。プリンタヘッドは、基板に触れたら、読み取りがゼロ位置をマーキング、減少します。ステップ距離の設定については、 図4を参照してください。距離を調整することでジョグモードを使用します。 注：垂直マニピュレータ並進板がバネを使用してベースに接続され、バネ定数が僅かに変化します。このように、力センサの小さな変化は、実験中に避けられません。 </li><li>実験を実行するために、ヘッドと基板の値を設定します。この実験では、設定100μmで基板ギャップに頭。 </li><li>印刷するために使用されるリニア並進ステージモータを調整します。開始点と終了点を探します。これらの値を記録します。リニアモータの移動距離は100mmです。ここでは、出発点として、10mmのモータ位置と終点80がミリメートルモータの位置を設定します。 </li><li>モーター制御ソフトウェアインターフェース（ 図4b）を用いて、10ミリメートル/秒の印刷速度を設定します。 100メートル/秒にモータ加速速度を設定します。 <ol><li>モーターが正常に動作しないか、ソフトウェアにエラーが発生した場合、ソフトウェアを再起動し、ソフトウェアインターフェイスで、その後 &quot;有効&quot;と &quot;ホーム&quot;をクリックしてください。印刷処理中に、プリントヘッドが固定されたままと基板を溶液を分配し、産業用印刷処理を模倣するように移動することに注意してください。 </li></ol></li><li>ロードDPPBT：PCBM溶液（室温）1mlシリンジに、スロットに接続されたシリンジポンプにシリンジをマウントプリンタを死にます。ソフトウェア（注射器の直径および溶液供給速度、この場合、0.3 ml /分）の制御における印刷パラメータを設定します。 </li><li>印刷実験を開始します。 <ol><li>ソフトウェアを制御する際に、位置ウィンドウで始点位置を入力して、出発点に基板を移動します。詳細については、 図4cを参照してください。 </li><li>シリンジポンプソフトウェアの開始をクリックすることで、スロットダイヘッドへの溶液を圧送するように起動します。代わりに、手動でシリンジポンプを操作します。各コーティングのために、ソリューションの〜100μlの周りに使用されます。通常、初めて印刷用に300μlのソリューションを使用し、繰り返し印刷用〜100μlの溶液を使用してください。 </li><li>迅速にソリューションは、印刷ヘッドから出てくるの起動時に並進運動を開始し、基板が終了位置に移動します。これは重要なステップであることに注意してください。モーター楽章を開始するために、入力した位置のウィンドウに終了位置の並進運動をプリロードし、クリックement。 </li><li>シリンジポンプを停止し、垂直方向のモーターを用いて印刷ヘッドを持ち上げます。オフ真空を回してベースプレートオフ基板を取ります。この印刷ヘッドのためのデッドボリュームは250μLであるため、最初の時間を埋めることは、溶液の250以上μLを取ることに注意してください。 </li><li>残留溶媒を除去するために、3-5時間、真空オーブンにプリント基板をロードします。 </li><li>印字ヘッドの下にペトリ皿を置きます。ヘッドをクリーニングするプリントヘッドに10ミリリットルのクロロホルムをポンプ。ペトリ皿で、汚染さクロロホルム溶液を収集します。洗浄液をポンピングしながら、印字ヘッドをきれいに綿棒を使用してください。各コーティングの実行後に、別の解決策が使用されている場合は特に、プリントヘッドのクリーニングを行ってください。 注：DPPBT：PCBM溶液は暗緑色を示しています。クリーニングが完了すると、何色がクロロホルム溶媒から理解することができません。 </li></ol></li></ol> 4.カソード電極蒸着<ol><li>ロード活性層は、シャドーマスク（ 図5）上に基板をコーティングし、蒸発室にマスクをマウントします。 </li><li>電極スタッド（ 図6a）との間に2熱蒸着ボートを置きます。 LiFを塩と1ボート（かろうじてカバーボート、〜0.2グラム）とアルミニウム金属と1ボート（4ペレット）をロードします。 </li><li>蒸発室を閉じ、約2×10 -6 Torrまで蒸発チャンバーをポンプダウン。 </li><li> 100nmのアルミニウム続いLiFを1nmのを堆積させるために、チャンバを設定します。現在の場合、LiFを蒸着するために20％の電力を使用し、Al堆積のために26％の電力を使用します。 図6bに示す本研究で使用されるシステムの蒸発器の制御インターフェースです。 </li><li>避難ポンプを停止し、窒素ガスでチャンバーを埋めます。圧力が大気圧に戻ると、基板を取り出します。 </li></ol> 5.太陽光発電の性能測定<ol><li>半分のガラススライドを準備しますデバイス製造に使用されるITOガラスの幅。グローブボックス内でこのステップを実行します。ガラス基板の片面に貼り付け、エポキシ接着剤、エポキシ接着剤コーティングされたガラススライドを使用してデバイス領域をカバーする（サンプル・デバイスについては、 図11を参照）。エポキシが硬化したとき、デバイスは完全に密封されます。 </li><li>太陽光シミュレーションランプを開始し、100ミリワット/ cm 2の1.5放射線AMに設定。測定の前に、約15分間のランプを安定させます。 図7に示す本研究で用いたPV計測システムです。 </li><li>楽器を示唆距離でのソーラーシミュレーターの下でデバイスをマウントします。測定回路にアノードとカソードを接続します。製造業者のプロトコルを用いて電気マルチメータを用いて、電流 - 電圧曲線を記録します。 </li><li>次のようにデバイスの性能を決定します。 J scを：短絡電流、太陽電池デバイスが提供できることを最大電流。 V ocの</sub&gt;：開放電圧、太陽電池デバイスが供給できる最大電圧。 FF：係数、J SC * V ocので割っIV曲線の最大面積を埋めます。 PCE：電力変換効率、J 皮下 *のV ocの* FF /（100mWの/ cm 2）でした。 </li></ol> 6.シンクロトロンX線測定<ol><li> X線測定で空気散乱を抑制するために、ヘリウムボックスを設定します。ヘリウムボックスにミニスロットダイコーターをマウントします。高度な光源のヘリウムボックスを使用して斜入射X線回折実験の実験設定は図8に示されています。 </li><li>溶媒蒸発を超える厚さの変化を監視するために、印刷機の上に光干渉計をマウントします。この実験では、（ 例えば 、FilmetrixのF20）UVXモデルを使用します。この実験で使用される材料は、300〜900 nmの波長の強い光吸収を持っています。 <ol><li>光干渉計番目の光源ランプを使用します材料の吸収を避けることができます。この実験では1,100-1,700 nmの波長ランプを使用してください。その操作手順以下の実験の前に、機器を事前にキャリブレーションを行います。 </li></ol></li><li>プリンタの基板ホルダ上にPSSコーティングされたウエハ基板を、ステップ3.2から3.5以下のヘッドと基板の位置を調整しますPEDOTを入れてください。真空ポンプの電源をオンにし、ウエハ基板がしっかりと基板ホルダーにこだわっていることを確認します。 </li><li>空気を除去するために、ヘリウムボックスをパージします。酸素センサーによってモニターすることができる未満0.3体積％であるべきであること酸素レベルに注意してください。 </li><li> X線は、基板（印刷時の終了位置）に当たる位置に基板を合わせ、入射角、この場合は0.16°に設定してください。ビームラインプロトコルに従って合わせます。 </li><li> X線照射時間とデータ取得方法を設定します。ここでは、（サーバ光損傷を避けるために）露光時間として2秒を使用し、遅延時間が3秒続きます。このように、各実験期間の意志5秒です。 100繰り返しの連続キューを行います。このようにして100写真を撮ります。 </li><li>実験に名前を付け、実験的なファイルを保存するためにデータ・パスを選択します。 図9に示す上記の設定を容易に配置することができる高度な光源のビームライン7.3.3ユーザインタフェースです。 </li><li>モーター制御ソフトウェアの開始位置を入力することにより、開始位置に基板を移動します。 X線シャッターを起動し、検出器は、連続的に回折/散乱信号を記録します。 </li><li>プリントヘッドにソリューションを供給するためのシリンジポンプを起動します。溶液は、（監視カメラによってモニターした）印刷ヘッドから吐出を開始すると、すぐに印刷処理を開始します。 注：事前に選択された測定位置に到達すると、2次元検出器は、溶液からの散乱信号を捕捉します。膜厚は、干渉計によって監視されます。このように薄い膜形態の発生が記録されます。 </li><li>プリンタを持ち上げ頭と実験が行われたときにヘッドクリーニングを行ってください。 </li></ol>

<ol>
	<li>Brabec, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer-Fullerene+Bulk-Heterojunction+Solar+Cells.">Polymer-Fullerene Bulk-Heterojunction Solar Cells.</a> Adv. Mater. 22 (34), 3839-3856 (2010).</li><li>Thompson, B. C., Fr&#233;chet, J. M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer-Fullerene+Composite+Solar+Cells.">Polymer-Fullerene Composite Solar Cells.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 47 (1), 58-77 (2008).</li><li>G&#252;nes, S., Neugebauer, H., Sariciftci, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conjugated+Polymer-Based+Organic+Solar+Cells.">Conjugated Polymer-Based Organic Solar Cells.</a> Chem. Rev. 107 (4), 1324-1338 (2007).</li><li>Krebs, F. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+OE-A+OPV+demonstrator+anno+domini+2011.">The OE-A OPV demonstrator anno domini 2011.</a> Energy Environ. Sci. 4 (10), 4116 (2011).</li><li>Krebs, F. C., Tromholt, T., J&#248;rgensen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Upscaling+of+polymer+solar+cell+fabrication+using+full+roll-to-roll+processing.">Upscaling of polymer solar cell fabrication using full roll-to-roll processing.</a> Nanoscale. 2 (6), 873 (2010).</li><li>Liu, F., Gu, Y., Jung, J. W., Jo, W. H., Russell, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+morphology+of+polymer-based+photovoltaics.">On the morphology of polymer-based photovoltaics.</a> J. Polym. Sci. Polym. Phy. 50 (15), 1018-1044 (2012).</li><li>Liu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+morphology+of+solution-processed+bulk+heterojunction+organic+photovoltaics.">Characterization of the morphology of solution-processed bulk heterojunction organic photovoltaics.</a> Prog. Polym. Sci. 38 (12), 1990-2052 (2013).</li><li>Schmidt-Hansberg, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+monitoring+the+drying+kinetics+of+knife+coated+polymer-fullerene+films+for+organic+solar+cells.">In situ monitoring the drying kinetics of knife coated polymer-fullerene films for organic solar cells.</a> J. appl. phys. 106 (12), 124501 (2009).</li><li>Pearson, A. J., Wang, T., Lidzey, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+dynamic+measurements+in+correlating+structure+with+optoelectronic+properties+in+polymer+fullerene+bulk-heterojunction+solar+cells.">The role of dynamic measurements in correlating structure with optoelectronic properties in polymer fullerene bulk-heterojunction solar cells.</a> Rep. Prog. Phys. 76 (2), 022501 (2013).</li><li>Treat, N. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interdiffusion+of+PCBM+and+P3HT+Reveals+Miscibility+in+a+Photovoltaically+Active+Blend.">Interdiffusion of PCBM and P3HT Reveals Miscibility in a Photovoltaically Active Blend.</a> Adv. Energy Mater. 1 (1), 82-89 (2010).</li><li>Collins, B. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+Miscibility+of+Polymer-Fullerene+Blends.">Molecular Miscibility of Polymer-Fullerene Blends.</a> J. Phys. Chem. Lett. 1 (21), 3160-3166 (2010).</li><li>Chen, D., Liu, F., Wang, C., Nakahara, A., Russell, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bulk+Heterojunction+Photovoltaic+Active+Layers+via+Bilayer+Interdiffusion.">Bulk Heterojunction Photovoltaic Active Layers via Bilayer Interdiffusion.</a> Nano Lett. 11 (5), 2071-2078 (2011).</li><li>Gu, Y., Wang, C., Russell, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-Length-Scale+Morphologies+in+PCPDTBT/PCBM+Bulk-Heterojunction+Solar+Cells.">Multi-Length-Scale Morphologies in PCPDTBT/PCBM Bulk-Heterojunction Solar Cells.</a> Adv. Energy Mater. 2 (6), 683-690 (2012).</li><li>Perez, L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solvent+Additive+Effects+on+Small+Molecule+Crystallization+in+Bulk+Heterojunction+Solar+Cells+Probed+During+Spin+Casting.">Solvent Additive Effects on Small Molecule Crystallization in Bulk Heterojunction Solar Cells Probed During Spin Casting.</a> Adv. Mater. 25 (44), 6380-6384 (2013).</li><li>Lee, J. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Processing+Additives+for+Improved+Efficiency+from+Bulk+Heterojunction+Solar+Cells.">Processing Additives for Improved Efficiency from Bulk Heterojunction Solar Cells.</a> J. Am. Chem. Soc. 130 (11), 3619-3623 (2008).</li><li>Shin, N., Richter, L. J., Herzing, A. A., Kline, R. J., DeLongchamp, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Processing+Additives+on+the+Solidification+of+Blade-Coated+Polymer/Fullerene+Blend+Films+via+In-Situ+Structure+Measurements.">Effect of Processing Additives on the Solidification of Blade-Coated Polymer/Fullerene Blend Films via In-Situ Structure Measurements.</a> Adv. Energy Mater. 3 (7), 938-948 (2013).</li><li>S&#0248;dergaard, R., H&#246;sel, M., Angmo, D., Larsen-Olsen, T. T., Krebs, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Roll-to-roll+fabrication+of+polymer+solar+cells.">Roll-to-roll fabrication of polymer solar cells.</a> Mater. Today. 15 (1-2), 36-49 (2012).</li><li>Liu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+Polymer+Solar+Cells+Based+on+a+Low+Bandgap+Semi-crystalline+DPP+Polymer-PCBM+Blends.">Efficient Polymer Solar Cells Based on a Low Bandgap Semi-crystalline DPP Polymer-PCBM Blends.</a> Adv. Mater. 24 (29), 3947-3951 (2012).</li><li>Liu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relating+Chemical+Structure+to+Device+Performance+via+Morphology+Control+in+Diketopyrrolopyrrole-Based+Low+Band+Gap+Polymers.">Relating Chemical Structure to Device Performance via Morphology Control in Diketopyrrolopyrrole-Based Low Band Gap Polymers.</a> J. Am. Chem. Soc. 135 (51), 19248-19259 (2013).</li><li>Liu, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+Printing+and+In+Situ+Morphology+Observation+of+Organic+Photovoltaics+Using+Slot-Die+Coating.">Fast Printing and In Situ Morphology Observation of Organic Photovoltaics Using Slot-Die Coating.</a> Adv. Mater. 27 (5), 886-891 (2015).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

ここで説明する方法は、簡単に工業生産にスケールアップすることができ、フィルム製造方法の開発に焦点を当てています。薄いフィルム印刷とシンクロトロンの形態の特徴付けは、プロトコルで最も重要なステップです。以前の研究室スケールOPV研究では、スピンコーティング、薄膜デバイスを製造するために支配的な方法として使用されます。しかし、このプロセスは、産業ベースのロ?...

有機太陽光発電（OPV）は、近い将来に費用対効果の高い再生可能エネルギーを生成するために有望な技術です。 1、2、3、多大な努力が光活性ポリマーを開発し、高効率のデバイスを製造する試みがなされてきました。現在までに、単層OPVデバイスは、&gt; 10％の電力変換効率（PCE）を達成しています。これらの効率は、膜を生成するために、スピンコーティングを使用して、実験室規模のデバイスで達成されている、より大きなサイズのスケールのデバイスへの変換は、PCEの有意な減少を伴うされています。業界では4、 図5に示すように 、ロール・ツー・ロール（R2R）系薄膜コーティングは、特に、溶媒除去の速度で、典型的な実験室規模のプロセスとは全く異なっている導電性基板上の光子活性薄膜を生成するために使用されます。形態は、KIあるので、これは非常に重要ですnetically相分離、秩序、配向および溶媒蒸発を含む複数の動力学的プロセス、間の相互作用から生じる、捕捉されました。 6、7、この動力学的にトラップされた形態は、しかし、大部分は太陽電池デバイスの性能を決定します。したがって、コーティングプロセスの間に形態学の発展を理解することは、パフォーマンスを最適化するように形態を操作するために非常に重要です。 形態の最適化は、溶媒が除去される溶液中の正孔伝導性ポリマーの順序に関連した動態を理解する必要があり、 8、 図9は、フラーレンベースの電子伝導体とポリマーの相互作用を定量化します。モルフォを定義する添加剤の役割を理解する10、11、12でれっと; 13、14、15、溶媒（単数又は複数）及び添加剤の蒸発の相対速度のバランスをとります。 16工業的に関連する設定で、活性層に定量的形態の進化を特徴付けるための課題でした。ロール・ツー・ロール処理を大規模OPVデバイスの製造のために研究されています。 4、17しかし、これらの研究は、効果の研究市販のポリマーへの制限、材料の大量に使用される製造環境で行いました。 本論文では、ミニスロットダイコーティングシステムを使用してOPVデバイスを製造する技術的な詳細が示されています。このようなフィルムの乾燥速度と膜厚制御などのコーティングパラメータを直接産業FAに関するこの研究を行う、より大規模なプロセスに適用可能ですbrication。また、材料の非常に少量の新たな合成材料にこの処理を適用作り、ミニスロットダイコーティング実験に使用されています。設計では、このミニスロットダイコーターは、シンクロトロンのエンドステーションに装着することができ、したがって、入射小角X線散乱（GISAXS）を放牧し、X線回折（GIXD）が進化に関するリアルタイムの研究を可能にするために使用することができます長さの広範囲の形態の加工条件の範囲の下でフィルムの乾燥工程の異なる段階でスケーリングします。これらの研究で得られた情報は、直接に工業生産の設定に転送することができます。使用される材料の少量は、光活性材料および種々の処理条件下でその混合物の多数の迅速なスクリーニングを可能にします。 ローバンド共役ポリマーベースの半結晶性ジケトピロロピロール及びクォーター（DPPBT）はモデル供与体材料として使用され、（6,6） - フェニルC71-butyriれますC酸メチルエステル（PC 71 BM）は、電子受容体として使用されます。 18、19これは、そのDPPBT以前の研究で示されている：溶媒としてクロロホルムを使用した場合、PC 71 BMブレンドは、大きなサイズの相分離を形成します。クロロホルム：1,2-ジクロロベンゼン溶媒混合物は、相分離の大きさを減少させ、従って、デバイス性能を高めることができます。溶媒乾燥プロセス中の形態形成は、入射X線回折および散乱を放牧することによってその場で検討されています。太陽電池素子は、ミニスロットダイコーターを用いて作製スピンコーティングように製造装置に類似している20、最良の溶媒混合条件を使用して5.2％の平均PCEを示しました。ミニスロットダイコーターは、工業的に相対これらの物質の予測生存率のギャップを埋める、産業プロセスを模倣する研究室の設定で、太陽電池デバイスを製造するための新しいルートを開きますevant設定。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="787">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">PC71BM</td>
			<td style="width:263px;">Nano-C Inc</td>
			<td style="width:184px;">nano-c-PCBM-SF</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">DPPBT</td>
			<td style="width:263px;">The University of Massachusetts</td>
			<td style="width:184px;">Custom Made</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">PEDOT:PSS</td>
			<td style="width:263px;">Heraeus</td>
			<td style="width:184px;">P VP Al 4083</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Mucasol Liquid Cleaner</td>
			<td style="width:263px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:184px;">Z637181</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Acetone</td>
			<td style="width:263px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:184px;">270725</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Isopropyl Alcohol</td>
			<td style="width:263px;">BDH</td>
			<td style="width:184px;">BDH1133</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Chloroform</td>
			<td style="width:263px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:184px;">372978&#160;</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">1,2-diChlorobenzene</td>
			<td style="width:263px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:184px;">240664</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Lithium fluoride</td>
			<td style="width:263px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:184px;">669431</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Aluminum</td>
			<td style="width:263px;">Kurt Lesker</td>
			<td style="width:184px;">EVMAL50QXHD</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Glass vials</td>
			<td style="width:263px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:184px;">03-391-7B</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Ultrasonic Cleaner</td>
			<td style="width:263px;">Cleanosonic</td>
			<td style="width:184px;">Branson 2800</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Oven</td>
			<td style="width:263px;">WVR</td>
			<td style="width:184px;">414005-118</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Cleaning Rack</td>
			<td style="width:263px;">Lawrence Berkeley National Lab</td>
			<td style="width:184px;">Custom Made</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Shadow Mask</td>
			<td style="width:263px;">Lawrence Berkeley National Lab</td>
			<td style="width:184px;">Custom Made</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">UV-Ozone Cleaner</td>
			<td style="width:263px;">UVOCS INC</td>
			<td style="width:184px;">T16X16 OES</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Glove Box</td>
			<td style="width:263px;">MBraun</td>
			<td style="width:184px;">Custom Made</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Evaporator</td>
			<td style="width:263px;">MBraun</td>
			<td style="width:184px;">Custom Made</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Slot Die Coater</td>
			<td style="width:263px;">Jema Science Inc</td>
			<td style="width:184px;">Custom Made</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Solar Simulator</td>
			<td style="width:263px;">Newport</td>
			<td style="width:184px;">Class ABB</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Spin Coater</td>
			<td style="width:263px;">SCS Equipment</td>
			<td style="width:184px;">SCS G3</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Hot Plate</td>
			<td style="width:263px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:184px;">SP131015Q</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">X-ray Measurement</td>
			<td style="width:263px;">Lawrence Berkeley National Lab</td>
			<td style="width:184px;">Beamline 7.3.3</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

printing fabrication of bulk heterojunction solar cells and in situ morphology characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

図3に示されているミニスロットダイコーティングシステムです。それは、一つのコーティング機、一方のシリンジポンプと、中央制御ボックスで構成されています。コーティング機、スロットダイヘッド、一水平並進ステージと、1つの垂直並進ステージで構成されている本質的な部分です。スロットダイヘッドは、2-Dのチルトマニピュレー...

Watch this Scientific Journal Video about Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization at JoVE.com

バルクヘテロ接合太陽電池の印刷製造とその場形態特性評価 |エンジニアリング |ビデオ

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

ここでは、シンクロトロン散乱技術を使用して、ミニスロットダイコーターを用いた有機薄膜太陽電池を製造するためのプロトコルとインライン関連構造の特徴付けを示します。

バルクヘテロ接合太陽電池の印刷作製と<em&gt;その場で</em&gt;形態キャラクタリゼーション

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

printing-fabrication-bulk-heterojunction-solar-cells-situ-morphology

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Biology

Engineering

Cellular Processes

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Photosynthesis

SCIENTISTS IN ACTION

10.2K ビュー.  Lawrence Berkeley National Laboratory. ここでは、シンクロトロン散乱技術を使用して、ミニスロットダイコーターを用いた有機薄膜太陽電池を製造するためのプロトコルとインライン関連構造の特徴付けを示します。 

ビデオ: Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Metamaterials (MM), artificial materials engineered to have properties that may not be found in nature, have been widely explored since the first theoretical1 and experimental demonstration2 of their unique properties. MMs can provide a highly controllable electromagnetic response, and to date have been demonstrated in every technologically relevant spectral range including the optical3, near IR4, mid IR5 , THz6 , mm-wave7 , microwave8 and radio9 bands. Applications include perfect lenses10, sensors11, telecommunications12, invisibility cloaks13 and filters14,15. We have recently developed single band16, dual band17 and broadband18 THz metamaterial absorber devices capable of greater than 80% absorption at the resonance peak. The concept of a MM absorber is especially important at THz frequencies where it is difficult to find strong frequency selective THz absorbers19. In our MM absorber the THz radiation is absorbed in a thickness of ~ &lambda;/20, overcoming the thickness limitation of traditional quarter wavelength absorbers. MM absorbers naturally lend themselves to THz detection applications, such as thermal sensors, and if integrated with suitable THz sources (e.g. QCLs), could lead to compact, highly sensitive, low cost, real time THz imaging systems.

This protocol outlines the simulation, fabrication and characterization of THz metamaterial absorbers. Such absorbers, when coupled with an appropriate sensor, have applications in THz imaging and spectroscopy.

テラヘルツメタマテリアルアブソーバのシミュレーション、作製と評価

Metamaterials (MM),  artificial materials engineered to have properties that may not be found in  nature, have been widely explored since the first ...

工学

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view and for its considerable potential for practical applications. Slow light photonic crystal waveguides, in particular, have played a major part and have been successfully employed for delaying optical signals1-4 and the enhancement of both linear5-7 and nonlinear devices.8-11
Photonic crystal cavities achieve similar effects to that of slow light waveguides, but over a reduced band-width. These cavities offer high Q-factor/volume ratio, for the realization of optically12 and electrically13 pumped ultra-low threshold lasers and the enhancement of nonlinear effects.14-16 Furthermore, passive filters17 and modulators18-19 have been demonstrated, exhibiting ultra-narrow line-width, high free-spectral range and record values of low energy consumption.
To attain these exciting results, a robust repeatable fabrication protocol must be developed. In this paper we take an in-depth look at our fabrication protocol which employs electron-beam lithography for the definition of photonic crystal patterns and uses wet and dry etching techniques. Our optimised fabrication recipe results in photonic crystals that do not suffer from vertical asymmetry and exhibit very good edge-wall roughness. We discuss the results of varying the etching parameters and the detrimental effects that they can have on a device, leading to a diagnostic route that can be taken to identify and eliminate similar issues.
The key to evaluating slow light waveguides is the passive characterization of transmission and group index spectra. Various methods have been reported, most notably resolving the Fabry-Perot fringes of the transmission spectrum20-21 and interferometric techniques.22-25 Here, we describe a direct, broadband measurement technique combining spectral interferometry with Fourier transform analysis.26 Our method stands out for its simplicity and power, as we can characterise a bare photonic crystal with access waveguides, without need for on-chip interference components, and the setup only consists of a Mach-Zehnder interferometer, with no need for moving parts and delay scans.
When characterising photonic crystal cavities, techniques involving internal sources21 or external waveguides directly coupled to the cavity27 impact on the performance of the cavity itself, thereby distorting the measurement. Here, we describe a novel and non-intrusive technique that makes use of a cross-polarised probe beam and is known as resonant scattering (RS), where the probe is coupled out-of plane into the cavity through an objective. The technique was first demonstrated by McCutcheon et al.28 and further developed by Galli et al.29

Use of photonic crystal slow light waveguides and cavities has been widely adopted by the photonics community in many differing applications. Therefore fabrication and characterization of these devices are of great interest. This paper outlines our fabrication technique and two optical characterization methods, namely: interferometric (waveguides) and resonant scattering (cavities).

フォトニック結晶スローライト導波路とキャビティの作製と評価

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical Saturable Transitions (POST). In this technique the chemical properties of organic photochromic molecules that undergo single-photon reactions are exploited, enabling rapid top-down nanopatterning over large areas at low light intensities, thereby, allowing for the circumvention of the far-field diffraction barrier.4 Simple, cost-effective, high throughput and resolution alternatives to nanopatterning are being explored, such as, two-photon polymerization5,6, beam pen lithography (BPL)7, scanning electron beam lithography (SEBL), and focused ion beam (FIB) patterning. However, multi-photon approaches require high light intensities, which limit their potential for high throughput and offer low image contrast. Although, electron and ion beam lithographic processes offer increased resolution, the serial nature of the process is limited to slow writing speeds, which also prevents patterning of features over large areas. Beam-pen lithography is an approach towards parallel near-field optical lithography. However, the gap between the source of the beam and the surface of the photoresist needs to be controlled extremely precisely for good pattern uniformity and this is very challenging to accomplish for large arrays of beams. Patterning via Optical Saturable Transitions (POST) is an alternative optical nanopatterning technique for patterning sub-wavelength features1-3. Since this technique uses single photons instead of electrons, it is extremely fast and does not require high light intensities1-3, opening the door to massive parallelization.

We report that the diffraction limit of conventional optical lithography can be overcome by exploiting the transitions of organic photochromic derivatives induced by their photoisomerization at low light intensities.1-3 This paper outlines our fabrication technique and two locking mechanisms, namely: dissolution of one photoisomer and electrochemical oxidation.

光可飽和遷移を経由してパターニング - 作製と特性評価

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

転写印刷により水素化微結晶シリコン太陽電池の光トラッピング銀ナノ構造の統合

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must be smaller than the incident wavelength of sound and the width of the fluidic channels are typically tens to hundreds of micrometers across, acoustofluidic devices typically use ultrasonic waves generated from a piezoelectric transducer pulsating at high frequencies (in the megahertz range). At characteristic frequencies that depend on the geometry of the device, it is possible to induce the formation of standing waves that can focus particles along desired fluidic streamlines within a bulk flow. Here, we describe a method for the fabrication of acoustophoretic devices from common materials and clean room equipment. We show representative results for the focusing of particles with positive or negative acoustic contrast factors, which move towards the pressure nodes or antinodes of the standing waves, respectively. These devices offer enormous practical utility for precisely positioning large numbers of microscopic entities (e.g., cells) in stationary or flowing fluids for applications ranging from cytometry to assembly.

Acoustofluidic devices use ultrasonic waves within microfluidic channels to manipulate, concentrate and isolate suspended micro and nanoscopic entities. This protocol describes the fabrication and operation of such a device supporting bulk acoustic standing waves to focus particles in a central streamline without the aid of sheath fluids.

作製とAcoustofluidicのデバイスの動作は、粒子のフォーカシングSheathlessためのバルク弾性定在波を支援

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

超伝導共振器の作製と評価

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

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%.

色素増感太陽電池用二酸化チタンのデジタル印刷

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.

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.

チタンアルコキシドおよび半導体ポリマーに基づいて、完全に印刷可能な有機 - 無機バルクヘテロ接合太陽電池用形態制御

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

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction of degradation mechanisms and prevention of module field failure can consequently decrease investment risks as well as increase the electricity yield. An improved knowledge level can for these reasons significantly decrease the total costs of PV electricity. 
In order to better understand and minimize the degradation of PV modules, the occurring degradation mechanisms and conditions should be identified. This should preferably happen under combined stresses, since modules in the field are also simultaneously exposed to multiple stress factors. Therefore, two 'Combined Stress test with in situ measurement' setups have been designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, illumination, and electrical biases as independently controlled stress factors on solar cells and minimodules. The setups also allow real-time monitoring of the electrical properties of these samples. This protocol presents these setups and describes the experimental possibilities. Moreover, results obtained with these setups are also presented: various examples about the influence of both deposition and degradation conditions on the stability of thin film Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) as well as Cu2ZnSnSe4 (CZTS) solar cells are described. Results on the temperature dependency of CIGS solar cells are also presented.

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

Two &#39;Combined Stress test with in situ measurement&#39; setups, which allow real-time monitoring of accelerated degradation of solar cells and modules, were designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, electrical biases, and illumination as independently controlled stress factors. The setups and various experiments executed are presented.

その場で太陽電池とモジュールの加速劣化のモニタリング: Cu (In, Ga) Se2太陽電池に関するケーススタディ

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...

Developing High Performance GaP/Si Heterojunction Solar Cells

To improve the efficiency of Si-based solar cells beyond their Shockley-Queisser limit, the optimal path is to integrate them with III-V-based solar cells. In this work, we present high performance GaP/Si heterojunction solar cells with a high Si minority-carrier lifetime and high crystal quality of epitaxial GaP layers. It is shown that by applying phosphorus (P)-diffusion layers into the Si substrate and a SiNx layer, the Si minority-carrier lifetime can be well-maintained during the GaP growth in the molecular beam epitaxy (MBE). By controlling the growth conditions, the high crystal quality of GaP was grown on the P-rich Si surface. The film quality is characterized by atomic force microscopy and high-resolution x-ray diffraction. In addition, MoOx was implemented as a hole-selective contact that led to a significant increase in the short-circuit current density. The achieved high device performance of the GaP/Si heterojunction solar cells establishes a path for further enhancement of the performance of Si-based photovoltaic devices.

Here, we present a protocol to develop high-performance GaP/Si heterojunction solar cells with a high Si minority-carrier lifetime.

高パフォーマンス ギャップ/Si ヘテロ接合太陽電池の開発

To improve the efficiency of Si-based solar cells beyond their Shockley-Queisser limit, the optimal path is to integrate them with III-V-based solar ...