Name: a 3d-printed chamber for organic optoelectronic device degradation testing
Uploaded: 2018-08-10T13:00:00
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Die Autoren erkennen Peter Jonosson und Lyon New Media Centre für den 3D-Druck der Kammern. Diese Forschung wurde durch 436100-2013 RGPIN, ER15-11-123 und der McMaster Dekan des Engineering Excellence Undergraduate Sommer Research Award Programms Undergraduate Research Möglichkeiten unterstützt.

(1) die 3D Print Kammerteilen
Hinweis: Alle Vorbereitung des Druckers "Slicer" Softwareeinstellungen und Druckparameter wurden speziell für den Drucker in der Tabelle der Materialienangegeben. Es gibt eine breite Palette von 3D-Druckern, jede mit ihren eigenen Satz von Vorbereitungsschritte und optimale Parameter. Es kann auch eine breite Palette von Farben für die Polymer-Filament für die gedruckten Teile verwendet. Es ist nicht erforderlich, die gleiche Kunststoff für jede...

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R., Hammond, R., Zerlaut, G., D'Aiello, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photovoltaic+module+certification+and+laboratory+accreditation+criteria+development.">Photovoltaic module certification and laboratory accreditation criteria development.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 41, 629-636 (1996).</li><li>Turak, 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=Systematic+analysis+of+processing+parameters+on+the+ordering+and+performance+of+working+poly(3-hexyl-thiophene):[6,6]-phenyl+C(61)-butyric+acid+methyl+ester+solar+cells.">Systematic analysis of processing parameters on the ordering and performance of working poly(3-hexyl-thiophene):[6,6]-phenyl C(61)-butyric acid methyl ester solar cells.</a> Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2 (5), 53103 (2010).</li><li>Qi, B., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fill+factor+in+organic+solar+cells.">Fill factor in organic solar cells.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 15 (23), 8972-8982 (2013).</li><li>Lu, N., Li, L., Sun, P., Liu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Short-circuit+current+model+of+organic+solar+cells.">Short-circuit current model of organic solar cells.</a> Chemical Physics Letters. 614, 27-30 (2014).</li><li>Qi, B., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Open-circuit+voltage+in+organic+solar+cells.">Open-circuit voltage in organic solar cells.</a> Journal of Materials Chemistry. 22 (46), 24315-24325 (2012).</li><li>Xue, J., Uchida, S., Rand, B. 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ASTM E398 - 13 Available from: <a target="_blank" href="https://www.astm.org/Standards/E398">https://www.astm.org/Standards/E398</a> (2013)</li><li>Basha, R. K., Konno, K., Kani, H., Water Kimura, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Water+Vapor+Transmission+Rate+of+Biomass+Based+Film+Materials.">Water Vapor Transmission Rate of Biomass Based Film Materials.</a> Engineering in Agriculture, Environment and Food. 4 (2), 37-42 (2011).</li><li>Kim, N., 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=A+correlation+study+between+barrier+film+performance+and+shelf+lifetime+of+encapsulated+organic+solar+cells.">A correlation study between barrier film performance and shelf lifetime of encapsulated organic solar cells.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 101, 140-146 (2012).</li><li>Reese, M. O., 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=Pathways+for+the+degradation+of+organic+photovoltaic+P3HT:+PCBM+based+devices.">Pathways for the degradation of organic photovoltaic P3HT: PCBM based devices.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 92 (7), 746-752 (2008).</li><li>Kempe, M. D., Reese, M. O., Dameron, 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=Evaluation+of+the+sensitivity+limits+of+water+vapor+transmission+rate+measurements+using+electrical+calcium+test.">Evaluation of the sensitivity limits of water vapor transmission rate measurements using electrical calcium test.</a> Review of Scientific Instruments. 84 (2), 025109 (2013).</li><li>Reese, M. O., 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=Consensus+stability+testing+protocols+for+organic+photovoltaic+materials+and+devices.">Consensus stability testing protocols for organic photovoltaic materials and devices.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 95 (5), 1253-1267 (2011).</li><li>. Current landscape of standardisation efforts in organic and printed electronics 2015 - a VAMAS review Available from: <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/278035615_Current_landscape_of_standardisation_efforts_in_organic_and_printed_electronics_2015_-_a_VAMAS_review">https://www.researchgate.net/publication/278035615_Current_landscape_of_standardisation_efforts_in_organic_and_printed_electronics_2015_-_a_VAMAS_review</a> (2015)</li></ol>

Die entscheidenden Schritte in neu zu diesem Experiment beinhalten den Druck von den Kammern zu vermeiden Risse, Lücken oder schlechten in-Fill-Eigenschaften die Metallbeschichteten, Abdichtung der Kammer um ein Eindringen von Feuchtigkeit und Sauerstoff zu verhindern durch anziehen KF50 Klemme zu verringern kann eine vollständige Abdichtung zwischen den oberen und unteren Kammern, mit einer Vakuum-bewertete Niederdruck Epoxy um die Kontaktstifte oder irgendwelche Durchführungen um zu verhindern, undicht, und erstelle...

Organische und Perowskit optoelektronische Geräte, Solarzellen und Leuchtdioden aufgrund konjugierte π halbleitenden organischen Molekülen und Organometall Halogenide sind ein schnell wachsendes Forschungsgebiet. Organische Leuchtdioden (OLEDs) sind bereits ein Hauptelement technologische Beleuchtung zeigt1und organische Photovoltaik haben damit begonnen, Effizienzsteigerungen zu erzielen, die sie im Wettbewerb mit amorphem Silizium2machen. Die jüngste rasante Weiterentwicklung von Perowskit-basierten Geräten für Licht absorbieren und Licht emittierende Anwendungen3,4,5 legt nahe, dass kostengünstige, leicht verarbeitete Geräte wahrscheinlich bald weit verbreitet zu finden sind Bereitstellung. Allerdings leiden alle diese Technologien eine Empfindlichkeit, atmosphärische Verunreinigungen, insbesondere Feuchtigkeit und Sauerstoff, die ihre effektive Lebensdauer6,7,8,9begrenzt.
Für Forscher studieren solcher Systeme kann es sinnvoll, eine anpassbare, einfach zu bedienende tragbare und wiederverwendbare Kammer solche empfindlichen Materialien zu schützen oder Verunreinigungen in einer kontrollierten Art und Weise10,11ausgesetzt sein. Obwohl es möglich, eine Glovebox zur Charakterisierung von luftempfindlichen Geräte zu verwenden, diese großen, teuren, und stationären, inerten Umgebungen unvereinbar mit der breiten Palette der Charakterisierung möglicherweise, die erforderlich sein können. Um eine tragbare alternative, Reese Et Al. liefern 10 vorgeschlagen, eine kleine Metall Kammer basiert auf einer standard Vakuum Flansch für die elektrischen und optischen Charakterisierung von organischen Geräte geeignet. Wir haben dieses Design angepasst, so dass es billiger und vielseitiger mithilfe von 3D-Druck, die Kammer Komponenten herzustellen. Die Verwendung der 3D-Druck, sondern als Bearbeitung, ermöglicht schnelle, kostengünstige Anpassungen an veränderte Muster oder Umweltanforderungen und gleichzeitig das Dienstprogramm des grundlegenden Designs. In diesem Beitrag wir erläutern das Verfahren, um eine solche Kammer machen und verwenden, um die Strom-Spannungs-Kennlinien eines organischen Dioden-Geräts zu extrahieren.
Eine gute Einkapselung von organischen und Perowskit Geräte sollten WVTRs von 10-3 - 10-6 g/m2/Tag für langfristige Gerät Stabilität12,13, zu wenig Wasser Eindringen in das organische Gerät gewährleisten auch in sehr harten Bedingungen. Da diese Kammer zu einer kontrollierten Umgebung zu Testzwecken Zwecke anstatt eine langfristige Lagerung oder Kapselung Methode konzipiert wurde, sind die Voraussetzungen für eine effektive Kammer nicht so streng. Die Kammer sollte weiterhin die Geräteeigenschaften innerhalb eines angemessenen Zeitrahmens Charakterisierung Experimente durchführen können. Das Standardverfahren der Verwendung von PLA resultiert in einer Kammer, die für mehrere Tage oder sogar verwendet werden können Wochen mit einer eingearbeiteten Gasfluss, ohne einen erheblichen Verlust von den Eigenschaften des Geräts.
Die Materialien zu verändern oder auch die Form und Größe des kammerkörpers können drastische Auswirkungen auf das Eindringen von Verunreinigungen aus der Luft in der Kammer. Das Eindringen von Feuchtigkeit und Sauerstoff muss daher sorgfältig überwacht werden, für jedes Design um die Wirksamkeit der Kammer bestimmen. Zusätzlich beschreiben wir, auf die Fertigung der Kammer, ein einfaches Verfahren zur Bestimmung der Metallbeschichteten der Kammer, mit einem im Handel erhältlichen Feuchtesensor, um einen Zeitrahmen für die Verwendung der Kammer für Experimente zu etablieren.
Eine einfache und doch vielseitige Kammer kann mehrere Arten von Experimenten durchgeführt werden. Sie fungieren als inerter Atmosphäre Umgebungen außerhalb der Glovebox, geeignet für elektrische und optische Charakterisierung durch die Durchführung der elektrischen Anschlüsse und Fenster. Ihre Beweglichkeit ermöglicht es ihnen, mit standard Elektrische Charakterisierung Ausrüstung außerhalb des Labors, wo sie hergestellt wurden, verwendet werden, die in Round-Robin für Zuverlässigkeit14 Tests nützlich ist oder zertifizierte Messungen des Gerätes zu erhalten Leistung15. Diese Räume eignen sich auch besonders für die Untersuchung der Auswirkungen der Einführung von Schadstoffen für kontrollierten Abbau Tests mit einfachen Modifikationen. Der Einsatz von 3D Druck ermöglicht eine signifikante und schnelle Anpassungsfähigkeit an wechselnden Gerät Layouts, Größen, oder Testanforderungen.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>ORION DELTA DESKTOP 3D PRINTER RTP</td>
			<td>SeeMeCNC</td>
			<td>87999</td>
			<td>Known in Report As: 3D Printer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.75 mm PLA Filament</td>
			<td>SeeMeCNC</td>
			<td>50241</td>
			<td>Known in Report As: PLA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Somos&#174; WaterShed XC 11122 chamber</td>
			<td>Somos</td>
			<td>printed at Custom Prototypes, Toronto.</td>
			<td>https://www.dsm.com/products/somos/en_US/products/offerings-somos-water-shed.html 
			Known in Report As: Water resistant polymer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CURA</td>
			<td>CURA</td>
			<td></td>
			<td>https://ultimaker.com/en/products/cura-software 
			Known in Report As: slicing software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soldering iron with 600&#176; F tip</td>
			<td>Weller</td>
			<td>WTCPT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xtralien X100 Source Measure Unit</td>
			<td>Ossila</td>
			<td>E561</td>
			<td>Known in Report As: SMU</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ZIF Test Board for Pixelated Anode Substrates</td>
			<td>Ossila</td>
			<td>E221</td>
			<td>Known in Report As: Zero insetion force/ZIF Test Board;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BNC Cable</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Generic USB A - B</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Generic USB A - Micro</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>#12 O-Ring</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Source unkown 
			Known in Report As: o-ring</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>116 Butyl O-Ring</td>
			<td>Global Rubber Products</td>
			<td>116 VI70</td>
			<td>Bought in-store 
			Known in Report As: o-ring</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Retaining ring</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>NA</td>
			<td>3D printed in-house</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bottom Chamber</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>NA</td>
			<td>3D printed in-house</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Top Chamber</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>NA</td>
			<td>3D printed in-house</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KF50 Cast Clamp (Aluminum)</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>QF50-200-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KF50 Centering Ring (Aluminum)</td>
			<td>Kurt J. Lesker</td>
			<td>QF50-200-BRB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sn60/Pb40 Solder</td>
			<td>MG Chemicals</td>
			<td>4895-2270</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>#4-40 x 3/16&#34; machine screw</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Hardware store</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>#4-40 IntThrd Brass TaperSingleVane Insert For Thermoplastic</td>
			<td>Fastenal</td>
			<td>11125984</td>
			<td>Fastenal requires to be affiliated with company/university 
			Known in Report As: #4-40 brass tapered threaded insert</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Varian Torr Seal Vacuum Equipment High Vacuum Epoxy</td>
			<td>Vacuum Products Canada Inc.</td>
			<td></td>
			<td>Known in Report As: low-pressure epoxy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Smiths Interconnect/IDI Contact Probes HEADED RADIUS</td>
			<td>Mouser Electornics</td>
			<td>818-S-100-D-3.5-G</td>
			<td>Known in Report As: pogo pin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Smiths Interconnect/IDI Contact Probes Receptacle Solder Cup</td>
			<td>Mouser Electornics</td>
			<td>818-R-100-SC</td>
			<td>Known in Report As: solder cup</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34; Teflon Tubing</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Hardware store</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teflon tape</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Hardware store</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34; Tube x 1/8&#34; Male NPT Nickel Plated Brass Push-to-Connect Connector</td>
			<td>Fastenal</td>
			<td>442064</td>
			<td>Not the same ones used for this study, but are fuctionally equivalent 
			Known in Report As: push-to-connect pneumatic connector</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/8&#34; NPT Tap and T-wrench</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Hardware store</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34; Tube Push-to-Connect Manually Operated Valves</td>
			<td>Fluidline</td>
			<td>7910-56-00</td>
			<td>Known in Report As: manually operated push-to-connect valves</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adafruit DHT22 Humidity Sensor (small)</td>
			<td>Digi-Key</td>
			<td>385</td>
			<td>Known in Report As: internal humidity sensor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adafruit DHT22 Humidity Sensor (large)</td>
			<td>Digi-Key</td>
			<td></td>
			<td>Known in Report As: external humidity sensor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino Uno</td>
			<td>Arduino</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glovebox environment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 kOhm Resistor</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oscilla Xtralien Scientific Python IDE</td>
			<td>Oscilla</td>
			<td></td>
			<td>https://www.ossila.com/pages/xtralien-scientific-python 
			Known in Report As: Python IDE</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a 3d-printed chamber for organic optoelectronic device degradation testing

In diesem Manuskript skizzieren wir die Herstellung einer kleinen, tragbaren, einfach zu bedienende atmosphärischen Kammer für organische und Perowskit optoelektronische Geräte mit 3D-Druck. Da diese Art von Geräten empfindlich gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff sind, kann solch eine Kammer Forscher bei der Charakterisierung der elektronischen und Stabilität Eigenschaften unterstützen. Die Kammer soll als eine temporäre, wiederverwendbare und stabile Umgebung mit kontrollierten Eigenschaften (einschließlich Feuchtigkeit, Gas-Einführung und Temperatur) verwendet werden. Es kann verwendet werden, um luftempfindliche Materialien zu schützen oder in einer kontrollierten Weise für Abbau Studien Verunreinigungen ausgesetzt. Um die Eigenschaften der Kammer zu charakterisieren, skizzieren wir ein einfaches Verfahren um die Wasserdampf-Übertragungsrate (Metallbeschichteten) mit Relative Luftfeuchtigkeit gemessen an einem standard Feuchtesensor zu bestimmen. Dieses Standardverfahren, mit einer 50 %-Infill-Dichte von Polymilchsäure (PLA), resultiert in einer Kammer, die wochenlang ohne erheblichen Verlust der Eigenschaften des Geräts verwendet werden kann. Die Vielseitigkeit und Benutzerfreundlichkeit der Kammer ermöglicht es, jede Charakterisierung Bedingung angepasst werden, die eine kompakte kontrollierter Atmosphäre erfordert.

Strom-Spannungs-Messungen:
Diese Kammer ist so konstruiert für das Testen einer luftempfindlichen Diode-Geräts, z. B. einer organischen oder Perowskit Solarzelle oder eine Leuchtdiode zu ermöglichen. Es kann als eine wiederverwendbare, temporäre Kapselung oder als Methode zur Einführung von Verunreinigungen zum kontrollierten Abbau Tests ausführen fungieren. Die Stromdichte-Spannung (JV) Kurven, die hier g...

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A 3D-printed Chamber for Organic Optoelectronic Device Degradation Testing

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll für das Design, die Herstellung und die Verwendung einer einfachen, vielseitigen 3D-gedruckten und kontrollierten atmosphärischen Kammer für die optische und elektrische Charakterisierung von luftempfindlichen organischen optoelektronischen Geräten.

Ein 3D-gedruckten Kammer für organische opto-elektronischen Gerät Abbau testen

In this manuscript, we outline the manufacture of a small, portable, easy-to-use atmospheric chamber for organic and perovskite optoelectronic devices, ...

Research

JoVE Journal

Engineering

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Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

Untergrundfehler-Lokalisierung durch strukturierte Erwärmung mittels laserprojektierter photothermischer Thermografie

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

Vorbereitung der Flüssigkristall-Netzwerke für makroskopische oszillierende Bewegung, die durch Licht induzierten

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

Atmospheric Pressure Fabrication of Large-Sized Single-Layer Rectangular SnSe Flakes

Atmosphärendruck-Herstellung von großformatigen Einzellagen-rechteckige SnSe Flocken

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for ...

A Standard and Reliable Method to Fabricate Two-Dimensional Nanoelectronics

Eine Standard und zuverlässige Methode, zweidimensionale Nanoelektronik zu fabrizieren

Two-dimensional (2D) materials have attracted huge attention due to their unique properties and potential applications. Since wafer scale synthesis of 2D ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

Methodenentwicklung für kontaktlose Resonanzhöhlen dielektrische spektroskopische Studien von Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...