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

1. İndiyum Kalay Oksit (ITO) Desenlendirme ve Temizlik NOT: 15Ω / □ İTO cam ve satın alma ya da spin kaplama ve fotolitografiyle için uygun boyutlarda ITO cam kesti. Mümkün olduğunca büyük bir cam parçası üzerinde adımları 1,1-1,7 gerçekleştirmek, ve sonra daha küçük cihazların içine kesmek için en etkili yöntemdir. Ayrıca 1.1-1.7 ITO-tarafı yukarı dönük olmak üzere İTO cam gerektiren adımları unutmayın. Bu multimetrenin direnç ayarı ile kolayca kontrol edilebilir. <ol><li> 1 dakika boyunca 3000 rpm hızında İTO camın İTO-yüzüne S1813 pozitif fotodirenç Spin kat 1 mi. , Büyük cam parçaları için direnmek daha kullanın tüm cam kaplı olduğundan emin olun ve sıkma kaplayıcıyı başlamadan önce varsa kabarcıkları. </li><li> 1 dakika boyunca 115 ° C de, sıcak bir plaka üzerinde, kaplanmış cam karşı yeniden birleşir. </li><li> Örnek ve temas hizalayıcısı üzerine fotomaske yükleyin. </li><li> Bir onaylama için ışığa dirençli kaplanmış İTO cam Açığauygun zaman. Maruz kalma süresi 10 saniye civarındadır, ancak UV lambası yoğunluğu, fotorezist Çeşidi ve kalınlığına göre, bu zaman değişir. </li><li> MF311 geliştirici UV maruz kalan yüzeylerde geliştirin. Bir dönüş işlemcinin otomatik işlemleri en iyi ve en tekrarlanabilir sonuçlar üretir, ancak takip kalkınma elle yapılabilir. <ol><li> Geliştirici 1 dakika boyunca UV maruz kalan tabakaları daldırın, deiyonize (Dİ) su içinde durulama ve bir azot tabancası ile kurutuldu. Geliştirici hızlı gücünü kaybeder, çünkü örnekler arasındaki geliştirici değiştirin, ya da geliştirici yeniden ne zaman alternatif geliştirme süresini artırın. </li></ol></li><li> Konsantre edilmiş hidroklorik asit (HCI) İTO substratlar etch. Bu, HCl konsantrasyonuna bağlı olarak, 5-10 dakika arası sürer. Kuru DI su içinde durulayın ve bir multimetre ile kazınmış kısımlarının mukavemetliliğini test edin. Herhangi bir iletkenlik kalırsa, daha uzun bir süre aşınmaya. </li><li> Aşındırma işlemi tamamlandıktan sonra, p kaldırmaAseton ile hotoresist. Fotorezist bu istemi çıkarılması desenli ITO gravür fazla kalıntı HCl engeller. </li><li> Gerekirse, aygıt boyutları içine kazınmış İTO cam yüzeylerde kesti. </li><li> Son olarak izopropil alkol DI su, aseton, tolüen, metanol, ve - çözücülerin bir dizisinde bir banyo ultrasonikatör içinde İTO yüzeylerin temizlenmesi. </li></ol> 2. OPV Alt hücre Fabrikasyon <ol><li> PC 61 BM çözüm: P3HT hazırlayın. NOT: En tutarlı sonuçlar için, bir azot ortamında çözümleri hazırlamak. Bu ortam koşullarında bu prosedürü takip etmek mümkündür. <ol><li> Bul ve iki temiz, ~ 4 ml cam şişe ve kapaklar kütlesini yazmak ve başka onları ayırmak için kalıcı bir kalem ile işaretleyin. </li><li> (P, bir nitrojen veya argon eldiven kutusu içinde, bir şişeye poli (3-hexylthiophene-2,5-diil) (P3HT) yaklaşık olarak 10 mg transferi ve fenil-Cı 61 -butirik asit metil esterin sadece yaklaşık olarak, 10 mgDiğer C 61 BM). </li><li> P3HT ve PC 61 BM kütlesini bulmak için tekrar şişeleri tartılır. </li><li> Çözüm verme sürecinin geri kalanı için bir torpido gözü içine P3HT ve PC 61 BM ile şişeleri aktarın. </li><li> Her bir şişeye manyetik bir karıştırma çubuğu ilave edin ve daha sonra 45 mg / ml çözeltinin oluşturmak için her kadar klorobenzen ekleyin. </li><li> Yaklaşık 2 saat boyunca ya da çözücüler tamamen çözülene kadar 55 ° C&#39;de manyetik karıştırma sıcak bir plaka üzerinde çözüm yerleştirin. </li><li> BM solüsyonları birbirine P3HT ve PC 61 eşit hacimlerini karıştırın ve kullanımdan önce, bir saat daha karıştırılmış solüsyon karışmaya bırakıldı. </li></ol></li><li> PC 71 BM çözüm: PTB7 hazırlayın. <ol><li> Tekrar ile 2.1.4 için 2.1.1 adımları poly({4,8-bis[(2-ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl}{3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl}) Bunun yerine P3HT ve PC (PTB7) ve fenil-7,1-butirik asit metil ester (PC 71 BM)61 BM. </li><li> Klorobenzen hacim 1,8-diiodooctane (DIO) ile% 3 arasında bir karışımını yapın. Bu karışım, DIO-Cs olarak adlandırılır. </li><li> 40 mg / ml solüsyon için PC 71 BM şişeye, bir 12 mg / ml çözelti ve yeterli, DIO-CB için PTB7 şişeye kadar, DIO-CB eklemek daha sonra her bir şişeye manyetik bir karıştırma çubuğu ilave edin ve. </li><li> Bu çözüm, iki gün boyunca 70 ° C&#39;de bir sıcak plaka üzerinde karıştırılmıştır edelim. </li><li> 1.5 PC 71 1 BM için PTB7 bir ağırlık oranında çözümler karıştırın. </li><li> Kullanmak için 70 ° C&#39;de bir saat daha karıştırılmış çözelti, karıştırma öncesinde izin verin. </li></ol></li><li> Filtre poli (3,4-etilendioksitiyofen) poli (sitiren) (PEDOT: PSS), bir 0.45 um gözenek boyutlu naylon filtre yolu ile. Bu prosedür P VP AI4083 kullanır. </li><li> Spin Coat Aktif katmanları. <ol><li> Temizlenmiş İTO alt tabakalar yer 5 dakika boyunca UV-Ozon süpürge içine kadar İTO-yan. </li><li> Spin-ceket filtrelenmiş PEDOT 120 ul: PSS tedavi UV-ozon üzerine, ITO- cam tabakanın desenli1 dakika için 3000 rpm&#39;de s. Bu, 30 nm kalınlığında bir tabaka vermesi gerekir. </li><li> 180 ° C&#39;de 5 dakika boyunca, PSS kaplanmış İTO substratlar: PEDOT tavlanması. </li><li> Spin-kat karışık P3HT 70 ul: PC 61 BM çözeltisi PEDOT üzerine: PSS kaplanmış İTO 1 dakika boyunca yaklaşık 1000 rpm&#39;de alt tabakalar. 200 nm kalınlığında olarak aktif bir tabakanın kaplanması için gerekli olarak oranını değişir. </li><li> P3HT tavlanması: Bilgisayar 61 BM kaplanmış alt tabakaları, 170 ° C&#39;de 5 dakika daha karıştırıldı. Sonuçlar, uygun tavlama sıcaklığında değişebilir. </li><li> Spin-kat karışık PTB7 70 ul: PC 71 BM çözeltisi PEDOT üzerine: PSS kaplanmış İTO 1 dakika boyunca yaklaşık 700 rpm&#39;de alt tabakalar. 100 nm kalınlığında olarak aktif bir tabakanın kaplanması için gerekli olarak oranını değişir. </li><li> PTB7 yükleyin: PC, yüksek vakum 71. BM kaplı yüzeylerde (&lt;2 x 10 -6 Torr) odasını artık DIO çıkarmak için. Tipik haliyle, bölme O / N örneklerini bırakın. </li></ol></li></ol> 3. Tandem Cihazı Üretiyor &lt;ol&gt; <li> Laminat CNT elektrotlar. <ol><li> Bir tandem cihaz yapmak için ikiye PTB7 ve P3HT yüzeylerde kesin. Bir uzman İTO desen bu adımı ihtiyaç olmaz. İTO modeli, en az iki paralel İTO uzakta diğerinden mm bir kenarından uzanan elektrodlardır olmalıdır. </li><li> Birinci cam kenarlarından polimer ve PEDOT uzak silerek PTB7 ve P3HT kaplanmış alt-tabakaların hazırlanması, ve Şekil 1 &#39;deki birinci panel görüldüğü gibi ortak bir elektrot olarak kullanılır İTO şeridi maruz bırakmaktadır. </li><li> PTB7 ve P3HT elektrotların üstüne CNT ortak bir elektrot Laminat. , Cihaz üzerindeki filtre kağıdının CNT tarafına yerleştirerek hafifçe bastırarak ve sonra uzak filtre kağıdı soyulması ile bir SWCNT sürün. Bu, Şekil 1 &#39;deki ikinci panelde gösterilmektedir. </li><li> Metoksi-nonaflorobütan uygulayarak yüzeye CNT elektrot yoğunlaştırılması (C4 F 9 OCH3) (HFE) ve küçük Amou ile CNT kaplayaraksıvının nt ve sonra kapalı kurumasına izin. </li><li> . Şekil 1 &#39;de, üçüncü panelinde gösterildiği gibi, kapı elektroduna sahip olacak İTO üst ve cam, polimer ve CNT silin bir tıraş bıçağı ile kapı sızıntıyı önlemek için camın tüm polimer çıkarın. </li><li> PTB7 ve P3HT kaplanmış alt-tabakaların temizlenmiş alanı üzerine CNT kapı elektroduna Laminat. Bir jilet ile MWCNT orman kenarından çekerek MWCNT lamine ve sac bazı kılcal tüpler arasında serbestçe bekletin. Cihaza CNT laminat bağlantısız tabaka içinden cihazı geçirin. Ortak elektrot üzerine belirtildiği gibi kapı elektrot tabakalar 2-3 kat daha fazla olması gerekir. </li><li> HFE&#39;nin ile kapı elektrodu yoğunlaştırmak. </li></ol></li><li> Iyonik sıvının küçük bir damla (≈10 ul) yerleştirin N, N -dietil-N N-metil-- (2-metoksietil) biri CNT elektrotların her ikisininde en üstüne amonyum tetrafluoroborat, deme-BF4Substratların. </li><li> Dikkatle her-üst üste yaygın ve kapı elektrot iyonik sıvı ile alt-tabakanın üzerine iyonik sıvı olmadan yerleştirilmesidir. Bu, Şekil 1 &#39;in son panelinde gösterilir. </li><li> Aktif bir alanı üzerinde, elektrot boyutundan daha küçük bir delik boyutu olan bir ışık-maskesi yerleştirin. Yerinde fotomaske tutmak yanı sıra test sırasında birlikte cihazı tutmak için küçük klipleri kullanın. </li></ol> 4. Cihazı ölçün <ol><li> Ölçüm izolasyon kutusu içine cihazı aktarın. </li><li> Elektrik bağlantılarını yapın. <ol><li> Ortak elektrot ve toprak gibi ortak ile kapı elektrot arasındaki kapı güç kaynağını bağlayın. </li><li> Anot veya her iki anot birinin seçilmesini sağlayan anahtarı bağlı tellere iki İTO tutyaları bağlayın. </li><li> Kaynak ölçü biriminin girişine anahtarının çıkışını bağlayın. </li><li> Kaynak beden ölçüsü zeminini bağlayınOrtak elektrot URE birimi. </li></ol></li><li> V Gate artan için aşağıdaki adımları yineleyerek cihazın IV özelliklerini ölçün. <ol><li> 0.25 V. artışlarla V Gate V Kapısı&#39;ndan = 2 V = 0 V başlayarak, bir sonraki değere V Gate ayarlayın </li><li> 5 dakika bekleyin ya da kapı akımı stabilize olana kadar. İdeal olarak, kapı akımı nanoamper 10s civarında istikrar gerekir. </li><li> Alt-hücrelerinin her ikisi için anahtarını ayarlayın. </li><li> Lamba deklanşöre açın. </li><li> Yaklaşık 100 artışlarla veya daha fazla 1 volt -1 volt kaynak ölçü birimi üzerinde bir gerilim taraması çalıştırın. </li><li> -1 Volt 1 volt gerilim taraması çalıştırın. </li><li> Lamba deklanşöre kapatın. </li><li> Yeniden gerilim süpürür çalıştırın. </li><li> Ön alt hücreye getirin. </li><li> Tekrar 4.3.8 için 4.3.4 adımları. </li><li> Arka alt hücreye getirin. </li><li> Tekrar 4.3.8 için 4.3.4 adımları. </li></ol></li><li> Cihaz parametreleri hesaplamak. &lt;ol&gt; <li> Alt hücre üzerindeki gerilim 0 V olduğu zaman, cihaz tarafından üretilen akım bularak her V Gate her alt hücrenin kısa devre akımı (J SC) bulun </li><li> Alt-hücre üzerindeki akım 0 A olduğunda, cihaz tarafından üretilen voltaj bularak her V Gate her alt hücrenin açık devre gerilimi (V OC) bulun </li><li> Her akım değeri, her voltaj değerini çarparak ve maksimum (en olumsuz) değer seçerek güneş hücresinden maksimum güç çıkışı bulun. Bu bir fotoğraf oluşturulan akım gibi olumsuz akımını ölçen varsayar. </li><li> Giriş ışık gücü ile maksimum güç bölünmesi ile güç dönüşüm verimliliği (η) bulabilirsiniz. </li><li> J SC ve V OC ürünün maksimum güç bölünmesi ile doldurma faktörü (FF) bulabilirsiniz. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>He, Z., Zhong, C., Su, S., Xu, M., Wu, H., Cao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+power-conversion+efficiency+in+polymer+solar+cells+using+an+inverted+device+structure.">Enhanced power-conversion efficiency in polymer solar cells using an inverted device structure.</a> Nature Photonics. 6, 591-595 (2012).</li><li>Yuan, Y., Huang, J., Li, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intermediate+layers+in+tandem+organic+solar+cells.">Intermediate layers in tandem organic solar cells.</a> Green. 1 (1), 65-80 (2011).</li><li>Kim, J. Y., 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+tandem+polymer+solar+cells+fabricated+by+all-solution+processing.">Efficient tandem polymer solar cells fabricated by all-solution processing.</a> Science. 317 (5835), 222-225 (2007).</li><li>Yu, B., Zhu, F., Wang, H., Li, G., Yan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=All-organic+tunnel+junctions+as+connecting+units+in+tandem+organic+solar+cell.">All-organic tunnel junctions as connecting units in tandem organic solar cell.</a> Journal of Applied Physics. 104 (11), (2008).</li><li>Schueppel, R., 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=Controlled+current+matching+in+small+molecule+organic+tandem+solar+cells+using+doped+spacer+layers.">Controlled current matching in small molecule organic tandem solar cells using doped spacer layers.</a> Journal of Applied Physics. 107 (4), (2010).</li><li>Hiramoto, M., Suezaki, M., Yokoyama, 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+thin+gold+interstitial-layer+on+the+photovoltaic+properties+of+tandem+organic+solar+cell.">Effect of thin gold interstitial-layer on the photovoltaic properties of tandem organic solar cell.</a> Chemistry Letters. 19 (3), 327-330 (1990).</li><li>Xue, J., Uchida, S., Rand, B. P., Forrest, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Asymmetric+tandem+organic+photovoltaic+cells+with+hybrid+planar-mixed+molecular+heterojunctions.">Asymmetric tandem organic photovoltaic cells with hybrid planar-mixed molecular heterojunctions.</a> Applied Physics Letters. 85 (23), 5757 (2004).</li><li>Tanaka, S., 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=Monolithic+parallel+tandem+organic+photovoltaic+cell+with+transparent+carbon+nanotube+interlayer.">Monolithic parallel tandem organic photovoltaic cell with transparent carbon nanotube interlayer.</a> Applied Physics Letters. 94 (11), (2009).</li><li>Mielczarek, K., Cook, A., Kuznetsov, A., Zakhidov, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=OPV+Tandems+with+CNTS:+Why+Are+Parallel+Connections+Better+Than+Series+Connections.">OPV Tandems with CNTS: Why Are Parallel Connections Better Than Series Connections.</a> Low-Dimensional Functional Materials. , 179-204 (2013).</li><li>Kim, J. Y., 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+tandem+polymer+solar+cells+fabricated+by+all-solution+processing.">Efficient tandem polymer solar cells fabricated by all-solution processing.</a> Science. 317 (5835), 222-225 (2007).</li><li>Kuznetsov, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Physics of electron field emission by self-assembled carbon nanotube arrays. , (2008).</li><li>Kuznetzov, A. A., Lee, S. B., Zhang, M., Baughman, R. H., Zakhidov, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+field+emission+from+transparent+multiwalled+carbon+nanotube+sheets+for+inverted+field+emission+displays.">Electron field emission from transparent multiwalled carbon nanotube sheets for inverted field emission displays.</a> Carbon. 48 (1), 41-46 (2010).</li><li>Zakhidov, A. A., Suh, D. -. S., 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=Electrochemically+Tuned+Properties+for+Electrolyte-Free+Carbon+Nanotube+Sheets.">Electrochemically Tuned Properties for Electrolyte-Free Carbon Nanotube Sheets.</a> Advanced Functional Materials. 19 (14), 2266-2272 (2009).</li><li>Cook, A., Yuen, J. D., Zakhidov, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion-Reconfigurable+photovoltaic+cells,+hybrid+tandems+and+photodetectors+with+CNT+ionic+gate.">Ion-Reconfigurable photovoltaic cells, hybrid tandems and photodetectors with CNT ionic gate.</a> US Patent Application. 61, (2012).</li><li>Cook, A. B., Yuen, J. D., Zakhidov, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemically+gated+organic+photovoltaic+with+tunable+carbon+nanotube+cathodes.">Electrochemically gated organic photovoltaic with tunable carbon nanotube cathodes.</a> Applied Physics Letters. 103 (16), (2013).</li><li>Wadhwa, P., Liu, B., McCarthy, M. A., Wu, Z., Rinzler, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electronic+Junction+Control+in+a+Nanotube-Semiconductor+Schottky+Junction+Solar+Cell.">Electronic Junction Control in a Nanotube-Semiconductor Schottky Junction Solar Cell.</a> Nanoletters. 10 (12), 5001-5005 (2010).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Paralel tandem güneş hücreleri tasarlarken sonuçları birkaç hususlar vurgulayın. Alt-hücrelerinin bir kötü çalışıyorsa Özellikle, tandem performans olumsuz etkilenir. Sonuçlar iki ana etkisi olduğunu göstermektedir. Bir alt-hücre kısa devre ise, örneğin, ohmik davranış gösterir, FF T kötü alt hücre FF daha yüksek olacaktır. J T SC ve V T OC benzer etkilenecektir. V Kapı düşüktür ve P3HT alt hücre üzerinde aç?...

Polimer yarı iletkenler nedeniyle ısıya hassas yüzeylerde yüksek ekstensiyonu iyi ulaşım özellikleri, esneklik ve uyumluluk önde gelen organik fotovoltaik (OPV) malzemelerdir. OPV aygıt, güç dönüşüm verimliliği, η, onları giderek sürdürülebilir bir enerji teknolojisi, yapım 9.1% 1 gibi yüksek tek hücre verimleri ile, son yıllarda önemli ölçüde atladı. Η gelişmelere rağmen, cihazların ince optimum etkin katman kalınlıkları ışık emilimini sınırlamak ve güvenilir imalat engel. Buna ek olarak, her bir polimerin ışık emiliminin spektrum genişliği, inorganik malzemelere kıyasla oldukça sınırlıdır. Spektral duyarlılığı, farklı eşleştirme polimerleri tandem mimarileri 2 gerekli bir yenilik yaparak, bu zorlukları atlar. Serisi tandem cihazlar en yaygın tandem mimarisi vardır. Bu tasarımda, bir elektron nakil malzemelerve arkadaşları, isteğe bağlı bir metal rekombinasyon tabakası ve bir delik taşıma katmanı alt-hücreler olarak adlandırılan iki ayrı foto katman bağlanır. Bir seri konfigürasyonda bir alt-hücre bağlama kombine aygıtın açık devre gerilimi arttırır. Bazı gruplar degenerately katkılı taşıma katmanları 3 ile başarı vardı - 5, ama daha grupları katlarında 6,7 delik ve elektronların rekombinasyon yardım etmek için altın veya gümüş parçacıkları kullandık. Bunun aksine, paralel tandemler iki aktif tabakasının birleştirilmesi, yüksek iletkenlik elektrotu ya anot ya da katot gerektirir. Ara katman metalik parçacıklar içeren seriye ait ardışık arakatmanlarının azaltır ve daha da çok ince, sürekli metal elektrotlar oluşan paralel ardışık ara katmanları için bulunacak şekilde oldukça şeffaf olmalıdır. Karbon nanotüpler (CNT) yaprak metal tabakalardan daha yüksek şeffaflık gösteriyor. Nanotech Enstitüsü Yani, Shimane Üniversitesi ile işbirliği içinde, int varMonolitik, paralel ardışık cihazlarda 8 ara kat elektrot olarak kullanma yaklaşımını ortaya roduced. Önceki çabaları interlayer anot 8,9 olarak işlev CNT levhalar ile monolitik, paralel, tandem OPV cihazlar özellikli. Bu yöntemler daha sonra paso bir veya hücrelerden ya da zararlı önceki tabakaların kısa devre önlemek için özel bakım gerektirir. Bu yazıda tarif edilen yeni bir yöntem, iki tek hücre polimerik aktif tabakalarının üstüne CNT elektrot yerleştirilerek imalatı kolaylaştırır, Şekil 1 &#39;de gösterildiği gibi daha sonra iki ayrı cihaz lamine. Bu yöntem, bir hava dahil olmak üzere, cihaz olarak dikkat çekicidir -Kararlı CNT katot, sadece kuru ve çözüm işleme istihdam ortam koşullarında tamamen imal edilebilir. Bunlar, fotoaktif bölgeden elektronları toplamak amacıyla çalışma fonksiyonu azaltmak için N-tipi katkılama gerektiren CNT sayfaları, gerçekte iyi katot değildirBir güneş hücresinin 10. 14 - Bir elektrolit içinde şarj çift katmanlı elektrik, bu tür bir iyonik sıvı, CNT iş fonksiyonlu 11 elektrotlar kaydırmak için kullanılabilir. Kapı voltajı (V Kapı) artar, Şekil 2, bir önceki kağıt 15&#39;te açıklandığı ve gösterildiği gibi, CNT ortak elektrotun iş fonksiyonlu elektrot asimetri yaratmak, azaltılır. Bu OPV en alıcısı elektronları toplama lehine OPV en donörden delik toplanmasını engeller ve cihazlar fotodiyot 15 davranış içine verimsiz photoresistor değişen, AÇIK. Aynı zamanda, enerji güneş pili 15 tarafından üretilen enerji önemsiz karşılaştırılır cihazı ve kapak kaçak akımlar nedeniyle kaybedilen enerji şarj etmek için kullanılabilir olduğunu belirtmek gerekir. CNT elektrotlar iyonik yolluk nedeniyle devletlerin düşük yoğunluk ve yüksek için çalışma fonksiyonu üzerinde büyük bir etkiye sahiptirCNT elektrot hacim oranı yüzey alanı. Benzer yöntemler, N-Si 16 CNT ara yüzeyinde bir Schottky bariyerini geliştirmek üzere kullanılmaktadır.

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

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

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

Bu cihazlar ışık büyük bir aralığa emebilen polimerler, önemli ölçüde farklı bant aralıkları özellikle polimerleri, farklı meydana gelen bir ikili cihaz pratik bir ilgi çekmektedir. Bu cihaz yapıda, PTB7 alt hücre arka hücredir ve P3HT ön alt-hücresidir. P3HT alt hücre PTB7 alt hücre tarafından emilen daha uzun dalga boyu ışık için büyük ölçüde saydam olduğu için bu ışık büyük miktarını emmek üzere tasarlanmıştır. Tandem, ön veya sırasıyla geri hücreye atıfta zaman net...

Watch this Scientific Journal Video about Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells at JoVE.com

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

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

Tandem Organik Güneş Pilleri bir iyonik Geçitli Karbon Nanotüp Ortak Katot Üretimi için ortam Yöntemi

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

ambient-method-for-production-an-ionically-gated-carbon-nanotube

Research

JoVE Journal

Engineering

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

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

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

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

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

Su Supramoleküler Polimerlerin Boyut, Şekil ve Stabilite Kontrolü

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

Mühendislik

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

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

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

3D Karbon Nanotube mikroyapılar, Üretimi, Yoğunlaştırma ve Replica Kalıp

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

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

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

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

Karbon Nanotube Dizilerin Islatma Özellikleri Tuning Tedaviler Tavlama Kuru Oksidasyon ve Vakum

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

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

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

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

Mantar Tıpa olarak Altın Nanopartiküller ile Azot-katkılı Karbon Nanotube Bardaklar sentezi ve fonksiyonlandırmalar

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

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

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

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

Nötron Spin Echo'nun Kullanılması, Organik Güneş Hücresi Malzemelerini Araştırmak İçin Otlatma İnsidansını Dağıtmayı Çözdü

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

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

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

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

Yarıiletken Teknolojisi ile uyumlu Düşük Sıcaklık Karbon Nanotüp Dikey Bağlantıları Fabrikasyon

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

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

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

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

Nükleer Reaksiyon Analizi Derinlik Profiling yoluyla Yüzey ve Arayüz Katmanlar ve Dökme Malzeme Hidrojen Konsantrasyonları miktar tayini

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

Digital Printing of Titanium Dioxide for Dye Sensitized Solar Cells

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

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

Boya duyarlı güneş pilleri için Titanyum Dioksit Dijital Baskı

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

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

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

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

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

Ti-alkoksit ve Yarıiletken Polimer dayanarak Tamamen Yazdırılabilir Organik-İnorganik Toplu heteroeklem Güneş Pilleri için Morfoloji Kontrolü

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

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

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

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

Alçak Basınç Taramalı Elektron Mikroskobu kullanılarak Karbon Nanotüp Ormanlar Hassas freze

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