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.

Preparação Mistura Ink 1. Photon-ativa <ol><li> Pesar 10 mg de polímero DPPBT e 10 mg de material de PC 71 BM (estruturas químicas mostrados na Figura 1). Misturá-los em um frasco de 4 ml. </li><li> Adicionar 1,5 ml de clorofórmio e 75 mL de 1,2-diclorobenzeno na mistura. </li><li> Coloque uma pequena barra de agitação dentro do frasco, feche o frasco com um politetrafluoretileno (PTFE) boné, e transferir o frasco para um prato quente. Agita-se a ~ 400 rpm e aquece-se a ~ 50 ° C durante a noite antes da utilização. </li></ol> 2. ITO e Wafer limpeza e preparação do substrato <ol><li> Carga de pré-modelado substrato índio óxido de estanho (ITO) de vidro (1 polegada por 3 polegadas, com metade removido ITO) ou bolacha de silício num bastidor de limpeza de Teflon e colocar a cremalheira em um recipiente de vidro (Figura 2). Adicionar solução de detergente diluído (300 ml, solução de detergente universal 1%) para dentro do recipiente de vidro e colocar o recipiente de vidro em sonicador e sonicado durante 15 minutos.</li><li> Remover o detergente e lavar o vidro ITO com água deionizada (DI) de água um par de vezes. Em seguida, adicionam-se 300 ml de água Dl para dentro do recipiente, e colocar o recipiente de vidro em sonicador durante mais 15 minutos. </li><li> Remover a água do recipiente. Adicionar 300 ml de acetona para dentro do recipiente, e sonicar durante 15 min. </li><li> Remover a acetona. Adicionar 300 ml de 2-isopranol para dentro do recipiente de vidro, e, em seguida, sonicar durante 15 min. </li><li> Mova a limpeza da cremalheira para fora em um forno. Ajustar a temperatura do forno para 100 ° C, e esperar 3-5 horas até que o vidro ITO é completamente seca. </li><li> Retire substratos limpos. Transferi-los para um UV-ozono produto de limpeza ou de oxigênio líquido de limpeza plasma. Use de alta potência de UV-ozono ou plasma para limpá-los para ~ 15 min de acordo com o protocolo do fabricante. </li><li> Colocar o substrato limpo para um spin-coater, adicionar 150 uL de poli (3,4-etilenodioxitiofeno) de sulfonato de poliestireno (PEDOT: PSS) solução sobre o substrato limpo, e revestimento de centrifugação a 3.000 rpm para revestira ~ 30 nm de espessura PEDOT: PSS (PEDOT: PSS 4083) fina película sobre o vidro de ITO ou de silício wafers. </li><li> Tire substratos de spin revestido. Transferir os substratos revestidos frescas sobre uma placa de aquecimento e recozimento a 150 ° C durante 15 min. </li></ol> 3. Activo camada de impressão <ol><li> substrato de carga. Coloque o PEDOT: PSS substrato de ITO revestido sobre a placa de base da ranhura de revestimento mini-matriz. Ligar a bomba de vácuo que está ligado ao mandril de vácuo da ranhura de revestimento de matriz para segurar firmemente o substrato. (Ver Figura 3 para localizar componentes diferentes). </li><li> Ajuste a posição do substrato para colocá-lo bem debaixo da cabeça de impressão. Isto pode ser feito usando o manipulador linear por baixo da placa do substrato. </li><li> Ajuste a cabeça inclinada usando o manipulador de inclinação 2-D que mantém a cabeça de impressão. Certifique-se de que a cabeça está posicionado verticalmente por cima do substrato carregado. Note-se que neste processo, a cabeça de impressão pode ser reduzido perto do substrate. Use a lacuna entre a cabeça de impressão eo substrato para mostrar se a cabeça está inclinada ou não. Isso será extremamente útil quando um substrato de wafer é usado, uma vez que uma imagem menor da cabeça de impressão vai aparecer e vai ser muito mais fácil de verificar a inclinação. </li><li> Sintonize a distância cabeça-de-substrato para zero. O motor vertical é acoplado com um sensor de força. Quando a cabeça de impressão é flutuante, será obtida uma leitura força constante (a partir do peso de imprimir cabeça e inclinando conjuntos manipulador). Uma vez que a cabeça de impressão toca substrato, a leitura irá reduzir, marcando a posição zero. Veja a Figura 4 para a configuração de distância escalonada. Use o modo jog em ajustar a distância. NOTA: A placa de manipulador de translação vertical é ligado à sua base usando molas e a constante de mola varia ligeiramente. Assim, pequenas alterações no sensor de força são inevitáveis ​​durante a experiência. </li><li> Defina um valor cabeça-de-substrato para executar o experimento. Nesta experiência, a definircabeça ao substrato diferença para 100 mm. </li><li> Ajustar o motor estágio de translação linear, que vai ser utilizado para imprimir. Encontre o ponto de partida e ponto final. Anote esses valores. A distância do curso do motor linear é de 100 mm. Aqui, definir a posição do motor mm 10 como ponto de partida e 80 mm posição do motor como o ponto final. </li><li> Ajuste a velocidade de impressão de 10 mm / seg usando o motor que controla interface de software (Figura 4b). Defina a velocidade de aceleração do motor a 100 m / s. <ol><li> Se o motor não funcionar adequadamente ou o software tem um erro, por favor, reinicie o software e clique em &quot;enable&quot; e depois em &quot;casa&quot; na interface do software. Note-se que durante o processo de impressão, a cabeça de impressão se mantém fixa e o substrato move-se para administrar a solução e imitar o processo de impressão industrial. </li></ol></li><li> Carga DPPBT: solução PCBM (temperatura ambiente) em 1 ml de uma seringa e a montagem de uma seringa à bomba de seringa que é ligada à ranhuramorrer impressora. Defina os parâmetros de impressão no software de controle (diâmetro seringa e velocidade de alimentação de solução, 0,3 ml / min, neste caso). </li><li> Iniciar a experiência de impressão. <ol><li> Mover o substrato para o ponto de partida, escrevendo a posição do ponto de partida na janela posição no controlo de software. Veja a Figura 4c para mais detalhes. </li><li> Comece a bomba de solução na cabeça slot de morrer, clicando no início do software bomba de seringa. Como alternativa, operar manualmente a bomba de seringa. Para cada revestimento, irá ser usado em torno de ~ 100 ul de solução. Normalmente, utilizar solução de 300 ul para a impressão primeira vez e usar ~ solução de 100 ul para a impressão repetida. </li><li> iniciar rapidamente o motor de translação quando a solução começa a sair da cabeça de impressão e o substrato irá se mover para a posição final. Por favor note que este é um passo crítico. Pré-carregar o motor de translação terminando posição para a janela de posição e clique em Enter para iniciar a mov do motorement. </li><li> Pare a bomba de seringa e levante a cabeça de impressão utilizando o motor vertical. Ligue o vácuo e levar o substrato fora da placa de base. Note-se que o volume morto para esta cabeça de impressão é de 250 ul, e enchendo deste modo a primeira vez que leva mais do que 250 ul de solução. </li><li> Carregar o substrato impresso, numa estufa de vácuo durante 3-5 h para remover o solvente residual. </li><li> Coloque uma placa de Petri por baixo da cabeça de impressão. Bombear 10 ml de clorofórmio na cabeça de impressão para limpar a cabeça. Recolhe-se o clorofórmio solução contaminada com a placa de Petri. Use cotonetes para limpar a cabeça de impressão ao bombear a solução de limpeza. Depois de cada execução do revestimento, limpar a cabeça de impressão, especialmente quando uma solução diferente é usado. NOTA: O DPPBT: solução PCBM mostra uma cor verde escuro. Quando a limpeza está completa, sem cor pode ser visto a partir do solvente de clorofórmio. </li></ol></li></ol> 4. Cathode Eletrodo Deposition <ol><li> carregar osubstrato revestido camada activa para máscaras de sombra (Figura 5) e montar a máscara para a câmara de evaporação. </li><li> Coloque dois barcos evaporação térmica entre os pinos de eléctrodo (Figura 6A). Carregar um barco com sal LiF (mal cobrindo o barco, ~ 0,2 g) e um barco com o metal de alumínio (4 pelotas). </li><li> Feche a câmara de evaporação e bombear para baixo da câmara de evaporação de cerca de 2 x 10 -6 Torr. </li><li> Definir a câmara de depósito 1 nm de LiF seguido de 100 nm de alumínio. No caso atual, usar o poder de 20% para a deposição LiF e usar o poder de 26% para a deposição de Al. Mostrado na Figura 6b é a interface do sistema utilizado neste estudo de controlo do evaporador. </li><li> Pare de bombas de evacuação e encher a câmara com azoto. Quando a pressão retorna à pressão ambiente, tomar as substratos para fora. </li></ol> 5. Medição do Desempenho Fotovoltaica <ol><li> Prepara-se uma lâmina de vidro, que é a metadelargura do vidro ITO que é usado na fabricação do dispositivo. Realizar esta etapa em uma caixa de luva. Cole cola epoxi para um lado do substrato de vidro, e cobrir a área do dispositivo através das lâminas de vidro revestidas com cola epóxi (ver Figura 11 para o dispositivo de amostra). Quando o epóxi ter curado, o dispositivo irá ser totalmente selada. </li><li> Comece a lâmpada de simulação solar e definido como AM 1.5 de radiação com 100 mW / cm 2. Estabilizar a lâmpada para cerca de 15 min antes da medição. Mostrado na Figura 7 é o sistema de medição fotovoltaico utilizado no presente estudo. </li><li> Montar o dispositivo sob o simulador solar a uma distância instrumento sugerido. Ligue o ânodo e o cátodo para o circuito de medição. Grave uma curva de corrente-tensão utilizando um multímetro eléctrica utilizando o protocolo do fabricante. </li><li> Determinar o desempenho do dispositivo, como se segue: J sc: corrente de curto-circuito, a corrente máxima que um dispositivo da célula solar pode entregar; V oc </sub&gt;: Tensão de circuito aberto, a tensão máxima que um dispositivo da célula solar pode entregar; FF: fator de preenchimento, a área máxima na curva IV dividido por J sc * V oc; Eficiência de conversão de energia, J sc * V oc * FF / (100mW / cm2): PCE. </li></ol> Medição de raios-X 6. Synchrotron <ol><li> Configurar uma caixa de hélio para suprimir a dispersão do ar na medição de raios-X. Monte o coater die mini-ranhura na caixa de hélio. Mostrado na figura 8 é a configuração da experiência de pastoreio incidência de raios-X de difracção de experiências utilizando hélio a uma caixa Advanced Light Source. </li><li> Montar um interferómetro óptico sobre a máquina de impressão para controlar a variação da espessura através da evaporação do solvente. Nesta experiência, utilizam um modelo UVX (por exemplo, Filmetrix F20). Os materiais que são usados ​​nesta experiência têm a absorção de luz forte 300-900 nm de comprimento. <ol><li> Use uma lâmpada de fonte de interferômetro óptico them evita a absorção do material. Use uma lâmpada de comprimento de onda 1,100-1,700 nm neste experimento. Pré-calibrar o instrumento antes da experiência na sequência dos seus procedimentos de operação. </li></ol></li><li> Coloque o PEDOT: PSS substrato wafer revestido no suporte substrato da impressora e ajustar a posição da cabeça e do substrato passo seguinte 3,2-3,5. Ligar a bomba de vácuo e certificar-se de que o substrato de pastilha adere ao suporte de substrato firmemente. </li><li> Purgar a caixa de hélio para remover o ar. Note-se que o nível de oxigénio deve ser inferior a 0,3% v, que pode ser controlado através do sensor de oxigénio. </li><li> Alinhar o substrato na posição em que o raio-X colide com o substrato (a posição final em impressão), e ajustar o ângulo de incidência, 0,16 ° neste caso. Alinhar acordo com o protocolo de linha de feixe. </li><li> Definir o método de aquisição de raios-X tempo de exposição e dados. Aqui, utilizar 2 seg, como o tempo de exposição, e seguido por 3 segundos do tempo de atraso (para evitar danos feixe servidor). Assim, cada período de experimentoser de 5 seg. Realizar uma fila contínua de 100 repetições; assim, levar 100 imagens. </li><li> Nome do experimento e escolher o caminho de dados para salvar arquivos experimentais. Mostrado na Figura 9 é a interface do usuário avançada Light Source beamline 7.3.3 onde os ajustes mencionados acima podem ser facilmente localizado. </li><li> Mover o substrato para a posição de partida, inserindo a posição de partida no software de controlo do motor. Comece o obturador de raios-X eo detector gravar continuamente sinais de difração / espalhamento. </li><li> Inicie a bomba de seringa para alimentar solução na cabeça de impressão. Quando a solução começa a ejetar da cabeça de impressão (monitorado por uma câmera de vigilância), iniciar rapidamente o processo de impressão. NOTA: Quando a posição de medição pré-escolhido é alcançada, detector de 2-D vai capturar o sinal de dispersão a partir da solução. espessura do filme será monitorado por interferômetro. Assim, a evolução fina morfologia filme será gravado. </li><li> Levante a impressoracabeça e limpar a cabeça quando experimento é feito. </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. 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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. 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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.

O método descrito aqui concentra-se no desenvolvimento de um método de preparação de película que pode ser facilmente dimensionado para cima na produção industrial. impressão de película fina e caracterização morfologia síncrotron são os passos mais críticos com o protocolo. Em pesquisas de laboratório em escala OPV anterior, revestimento rotativo é usado como o método dominante para fabricar dispositivos de película fina. No entanto, este processo utiliza uma elevada força centrífuga para se espalha...

células fotovoltaicas orgânicas (OPV) são uma tecnologia promissora para a produção de energias renováveis ​​de baixo custo em um futuro próximo. 1, 2, 3 esforços tremendos foram feitos para desenvolver polímeros foto-activa e fabricar dispositivos de alta eficiência. Até à data, os dispositivos individuais OPV em camadas ter alcançado uma eficiência de conversão de energia&gt; 10% (PCE). Essas eficiências foram alcançados em dispositivos escala laboratorial usando revestimento por rotação para gerar o filme, e tradução para dispositivos escala de tamanho maior tem sido repleta de reduções significativas na PCE. 4, 5 Na indústria, rolo a rolo de revestimento de película fina com base (R2R) é utilizado para gerar fotões películas finas activas sobre substratos condutores, o que é muito diferente dos processos típicos escala laboratorial, em particular na taxa de remoção do solvente. Isto é crítico, pois as morfologias são kinetically preso, que resulta da interacção entre vários processos cinéticos, incluindo a separação de fases, ordenação, orientação e evaporação do solvente. 6, 7 Esta morfologia cineticamente aprisionada, no entanto, determina em grande parte o desempenho dos dispositivos de células solares. Assim, a compreensão do desenvolvimento da morfologia durante o processo de revestimento é de grande importância para manipular a morfologia de modo a optimizar o desempenho. A optimização da morfologia requer a compreensão da cinética associados com o ordenamento do polímero condutor de furo em solução como solvente é removido; 8, 9 quantificar as interações do polímero com o condutor de elétrons baseados em fulereno; 10, 11, 12 compreender os papéis de aditivos na definição da morfologia; 13, 14, 15 e equilibrar as taxas relativas de evaporação do solvente (s) e aditivos. 16 Tem sido um desafio para caracterizar a evolução da morfologia quantitativamente na camada activa em um ambiente industrialmente relevantes. processamento de roll-to-roll tem sido estudado para a fabricação de dispositivos OPV em grande escala. 4, 17 No entanto, estes estudos foram realizados numa configuração de fabrico em que grandes quantidades de materiais são usados, o que reduz eficazmente estudos aos polímeros disponíveis comercialmente. Neste trabalho, os detalhes técnicos de fabricação de dispositivos OPV usando um sistema de revestimento die mini slot são demonstrados. parâmetros de revestimento tais como cinética de secagem filme e controle de espessura de filme são aplicáveis ​​a processos de maior escala, fazendo com que este estudo directamente relacionada com fa indústrialubrificação periódi-. Além disso, uma quantidade muito pequena de material é usado na experiência de revestimento ranhura do cunho mini, tornando este processamento aplicável a novos materiais sintéticos. No desenho, este mini-ranhura do cunho revestidor pode ser montado em estações terminais sincrotrão, e de pastagem, assim, a incidência espalhamento pequeno ângulo de raios X (GISAXS) e difracção de raios-X (GIXD) pode ser utilizado para permitir estudos em tempo real sobre a evolução da morfologia sobre uma ampla gama de escalas de comprimento em diferentes fases do processo de secagem película sob uma gama de condições de processamento. As informações obtidas nestes estudos podem ser transferidos diretamente para um ambiente de fabricação industrial. A pequena quantidade de materiais usados ​​permite um rastreio rápido de um grande número de materiais foto-activa e as suas misturas, em diferentes condições de processamento. O diketopyrrolopyrrole semi-cristalino e quaterthiophene (DPPBT) base de banda de baixa conjugado polímero é usado como material de modelo dador, e (6,6) -fenil-C71 butyric éster metílico do ácido (PC 71 BM) é utilizado como o aceitador electrónico. 18, 19 Mostra-se em estudos anteriores que DPPBT: PC 71 BM formar misturas separação de fases tamanho grande quando se usa clorofórmio como o solvente. A clorofórmio: 1,2-diclorobenzeno mistura de solventes pode reduzir o tamanho da separação de fases e, assim, aumentar o desempenho do dispositivo. A formação morfologia durante o processo de secagem do solvente é investigado in situ por pastagem difracção de incidência de raios X e dispersão. Dispositivos da célula solar fabricada usando o molde revestidor mini slot mostrou um PCE média de 5,2% utilizando as melhores condições de misturas de solventes, 20, que é semelhante ao spin-coating dispositivos fabricados. O coater mini slot die abre uma nova rota para fabricar dispositivos de células solares em um ambiente de laboratório de pesquisa que imita um processo industrial, preenchendo uma lacuna no prevendo a viabilidade destes materiais em uma rel industrialmentedefinição Evant.

<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.

Mostrado na Figura 3 é o sistema de revestimento de molde mini-slot. É constituída por uma máquina de revestimento, uma bomba de seringa e uma caixa de controlo central. A máquina de revestimento é a parte essencial, que é feito de uma cabeça de ranhura do cunho, um estágio de translação horizontal, e um estágio de translação vertical. A cabeça ranhura do cunho está montado na base de um motor de translação vertical através de um manipulador de inclina...

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Fabricação de impressão de células solares de heterojunção em massa e caracterização morfológica in situ | Engenharia | Vídeo

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

Aqui, apresentamos um protocolo para fabricar células solares orgânicas fina película usando um aplicador die mini-slot e caracterizações estrutura relacionados em-line usando técnicas de síncrotron de dispersão.

Impressão Fabricação de massa Heterojunction células solares e<em&gt; In Situ</em&gt; Morfologia Caracterização

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

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

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10.2K visualizações.  Lawrence Berkeley National Laboratory.  Aqui, apresentamos um protocolo para fabricar células solares orgânicas fina película usando um aplicador die mini-slot e caracterizações estrutura relacionados em-line usando técnicas de síncrotron de dispersão. 

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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.

Fabricação de simulação, e Caracterização de THz Absorvedores de metamateriais

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

Engenharia

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).

Fabricação e caracterização de guias de onda de luz de cristal fotônico lentas e cavidades

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.

Patterning via ópticos de saturação Transitions - Fabricação e caracterização

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.

Integração da luz Interceptação de prata Nanoestruturas em células solares de silício hidrogenado microcristalina por Transferência de impressão

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.

Fabricação e operação de Acoustofluidic dispositivos que suportam a granel ondas acústicas pe para Sheathless Focando de Partículas

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.

Fabricação e caracterização de supercondutores Resonators

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%.

Impressão digital de dióxido de titânio para células solares Dye sensibilizados

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.

Controle de morfologia para células solares Bulk-heterojunção orgânico-inorgânico totalmente Printable Baseado em um Ti-alcóxido e semicondutores Polymer

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.

In Situ Monitoramento da degradação desempenho acelerado de células solares e módulos: um estudo de caso de Cu (In, Ga) Se2 células solares

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.

Desenvolvimento de células solares de alta Performance GaP/Si Heterojunction

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 ...