Name: development of efficient oleds from solution deposition
Uploaded: 2022-11-04T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Development of Efficient OLEDs from Solution Deposition at JoVE.com

يود المؤلفون أن ينوه بمشروع "EXCILIGHT" من برنامج البحث والابتكار Horizon 2020 التابع للاتحاد الأوروبي بموجب اتفاقية منحة Marie Sklodowska-Curie رقم 674990. تم تطوير هذا العمل أيضا في نطاق المشروع i3N و UIDB/50025/2020 و UIDP/50025/2020 ، بتمويل من الصناديق الوطنية من خلال FCT / MEC.

تحذير: تتضمن الخطوات التالية استخدام مذيبات ومواد عضوية مختلفة ، لذلك يجب توخي الحذر المناسب عند المناولة. استخدم غطاء الدخان ومعدات الحماية مثل نظارات المختبر وأقنعة الوجه والقفازات ومعاطف المختبر. يجب أن يتم وزن المواد بدقة باستخدام آلة قياس عالية الدقة. لضمان نظافة الركائز ، وترسب محل...

البروتوكول المستخدم هنا لتصنيع OLED فعال في بنية جهاز بسيطة بسيط بسيط نسبيا. لا يتم تعديل التنقل الكهربائي فقط من خلال التركيب المادي لطبقة الجهاز ولكن أيضا يعتمد بشكل حاسم على مورفولوجيا الفيلم. إعداد المحاليل والاختيار المناسب للمذيبات والتركيز مهمان. لا يمكن أن يحدث أي تجميع للمواد ، مم?...

أصبحت الزيادة في الإلكترونيات العضوية المستخدمة في الحياة اليومية حقيقة غير مسبوقة. من بين العديد من التطبيقات الإلكترونية العضوية ، ربما تكون OLEDs هي الأكثر جاذبية. جعلت جودة الصورة والدقة ونقاء الألوان من OLEDs خيارا أساسيا للشاشات. علاوة على ذلك ، فإن إمكانية تحقيق انبعاثات كبيرة المساحة في OLED رقيقة للغاية ومرنة وخفيفة الوزن وسهلة ضبط الألوان لها تطبيقات في الإضاءة. ومع ذلك ، فإن بعض القضايا التكنولوجية المرتبطة بعملية التصنيع في بواعث المناطق الكبيرة قد أجلت المزيد من التطبيق.
مع أول OLED يعمل بجهد منخفض1 ، تم تصميم نماذج جديدة لإضاءة الحالة الصلبة ، على الرغم من انخفاض الكفاءة الكمومية الخارجية (EQE). يتم الحصول على OLED EQE من خلال نسبة الفوتونات المنبعثة (الضوء) إلى الناقلات الكهربائية المحقونة (التيار الكهربائي). تقدير نظري بسيط للحد الأقصى المتوقع EQE يساوي ηx ηint 2. يمكن تقريب الكفاءة الداخلية (ηint) بواسطة ηint = γ x x <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61071/61071eq01.jpg" style="margin: auto;"> ΦPL، حيث يتوافق γ مع عامل توازن الشحنة، ΦPL هو العائد الكمومي للتلألؤ الضوئي (PLQY)، <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61071/61071eq01.jpg" style="margin: auto;"> وهو كفاءة توليد الإثارة الانبعاثية (زوج ثقب الإلكترون). أخيرا ، ηهي كفاءة الاقتران2. إذا لم يتم النظر في الاقتران الخارجي ، يتركز الاهتمام على ثلاثة مواضيع: (1) مدى كفاءة المادة في إنشاء الإثارة التي تعيد تجميعها إشعاعيا ، (2) مدى كفاءة الطبقات الانبعاثية ، و (3) مدى كفاءة بنية الجهاز في تعزيز نظام كهربائي متوازن بشكل جيد3.
باعث عضوي فلورسنت بحت لديه 25٪ فقط من الكفاءة الكمومية الداخلية (IQE). وفقا لقواعد الدوران ، يحظر الانتقال الإشعاعي من الثلاثي إلى المفردة (T→S)4. لذلك ، فإن 75٪ من الناقلات الكهربائية المثارة لا تساهم في انبعاث الفوتونات5. تم التغلب على هذه المشكلة لأول مرة باستخدام الفلزات الانتقالية في OLEDs الفسفورية العضوية الباعثة 6,7,8,9,10 ، حيث قيل إن معدل الذكاء كان قريبا من 100٪ 11,12,13,14,15,16 . ويرجع ذلك إلى اقتران المدار المغزلي بين المركب العضوي والمعادن الانتقالية الثقيلة. العيب في مثل هذه الانبعاثات هو ارتفاع تكلفتها وضعف استقرارها. في الآونة الأخيرة ، أدت التقارير حول التوليف الكيميائي لمركب عضوي نقي مع فصل منخفض الطاقة بين الحالات الثلاثية والمفردة المثارة (∆EST) من قبل Adachi 17,18 إلى ظهور إطار جديد. على الرغم من أن19 ليست جديدة ، إلا أن التوظيف الناجح لعملية TADF في OLEDs جعل من الممكن الحصول على كفاءات عالية دون استخدام مجمعات المعادن الانتقالية.
في مثل هذه الانبعاثات العضوية الخالية من المعادن ، هناك احتمال كبير للناقلات المتحمسة في حالة ثلاثية للملء إلى الحالة المفردة ؛ لذلك ، يمكن ل IQE تحقيق حد نظري قدره 100٪ 5,20,21,22. توفر مواد TADF هذه إكسيتونات يمكن إعادة تجميعها إشعاعيا. ومع ذلك ، تتطلب هذه الانبعاثات تشتتا في مضيف مصفوفة لتجنب إخماد الانبعاثات3،20،21،23،24 في مفهوم المضيف والضيف. بالإضافة إلى ذلك ، تعتمد كفاءته على كيفية تخصيص المضيف (المصفوفة العضوية) لمادة الضيف (TADF)25. أيضا ، من الضروري إضفاء الطابع المثالي على بنية الجهاز (أي الطبقات الرقيقة والمواد والسمك) لتحقيق جهاز متوازن كهربائيا (التوازن بين الثقوب والإلكترونات لتجنب الخسارة)26. يعد تحقيق أفضل نظام بين المضيف والضيف لجهاز متوازن كهربائيا أمرا أساسيا لزيادة EQE. في الأنظمة القائمة على TADF ، هذا ليس بسيطا ، بسبب التغيرات في تحركات الناقل الكهربائي في EML التي لا يمكن ضبطها بسهولة.
مع بواعث TADF ، من السهل الحصول على قيم EQE التي تزيد عن 20٪ من26،27،28،29. ومع ذلك ، يتكون هيكل الجهاز عادة من ثلاث إلى خمس طبقات عضوية (نقل الثقب / الحجب وطبقات نقل / حجب الإلكترون ، HTL / HBL و ETL / EBL ، على التوالي). بالإضافة إلى ذلك ، يتم تصنيعه باستخدام عملية تبخر حراري عالية التكلفة ومعقدة من الناحية التكنولوجية وتقريبا فقط لتطبيقات العرض. اعتمادا على مستويات HOMO (أعلى مدار جزيئي مشغول) و LUMO (أدنى مداري جزيئي غير مشغول) ، والتنقل الكهربائي للناقلات ، والسمك ، يمكن لكل طبقة حقن ونقل ومنع الناقلات الكهربائية وضمان إعادة التركيب في الطبقة الانبعاثية (EML).
عادة ما يؤدي تقليل تعقيد الجهاز (على سبيل المثال ، بنية بسيطة من طبقتين) إلى انخفاض ملحوظ في EQE ، وأحيانا إلى أقل من 5٪. يحدث هذا بسبب اختلاف حركة الإلكترون والثقب في EML ، ويصبح الجهاز غير متوازن كهربائيا. وبالتالي ، بدلا من الكفاءة العالية لإنشاء الإثارة ، تصبح كفاءة الانبعاثات في EML منخفضة. علاوة على ذلك ، يحدث انقلاب ملحوظ مع انخفاض قوي في EQE مع زيادة السطوع ، بسبب التركيز العالي للإكسيتونات عند جهد مطبق عالي وعمر إثارة طويل24،30،31. يتطلب التغلب على مثل هذه المشكلات قدرة قوية على التعامل مع الخصائص الكهربائية للطبقة الانبعاثية. للحصول على بنية OLED بسيطة باستخدام طرق مودعة بالحلول ، يمكن ضبط الخصائص الكهربائية ل EML بواسطة معلمات إعداد الحل وترسيبه32.
تم استخدام طرق ترسيب الحل للأجهزة العضوية سابقا31. يعد تصنيع OLED ، مقارنة بعملية التبخر الحراري ، ذا أهمية كبيرة بسبب هيكلها المبسط وتكلفتها المنخفضة وإنتاجها على مساحة كبيرة. مع النجاح العالي في مجمعات المعادن الانتقالية OLEDs ، فإن الهدف الرئيسي هو زيادة مساحة الانبعاث ولكن الحفاظ على بنية الجهاز بسيطة قدر الإمكان33. تم تطبيق طرق مثل لفة إلى لفة (R2R) 34،35،36 ، والطباعة النافثة للحبر 37،38،39 وفتحة يموت40 بنجاح في تصنيع متعدد الطبقات من OLEDs ، وهو نهج صناعي ممكن.
على الرغم من طرق ترسيب الحلول للطبقات العضوية التي تعمل كخيار جيد لتبسيط بنية الجهاز ، لا يمكن إيداع جميع المواد المطلوبة بسهولة. يتم استخدام نوعين من المواد: جزيئات صغيرة وبوليمرات. في طرق ترسيب المحلول ، تحتوي الجزيئات الصغيرة على بعض العيوب ، مثل ضعف توحيد الأغشية الرقيقة والتبلور والاستقرار. وبالتالي ، يتم استخدام البوليمرات في الغالب بسبب القدرة على تشكيل أغشية رقيقة موحدة ذات خشونة سطح منخفضة وعلى ركائز كبيرة ومرنة. علاوة على ذلك ، يجب أن يكون للمواد قابلية ذوبان جيدة في المذيبات المناسبة (بشكل رئيسي تلك العضوية مثل الكلوروفورم ، كلورو البنزين ، ثنائي كلورو البنزين ، إلخ) ، الماء ، أو مشتقات الكحول.
إلى جانب مشكلة الذوبان ، من الضروري ضمان أن المذيب المستخدم في طبقة واحدة يجب ألا يعمل كواحد للطبقة السابقة. هذا يسمح بهيكل متعدد الطبقات ترسب بواسطة العملية الرطبة ؛ ومع ذلك ، هناك قيود41. يستخدم هيكل الجهاز الأكثر شيوعا بعض الطبقات المودعة بمحلول (أي الطبقة الانبعاثية) وطبقة واحدة متبخرة حراريا (ETL). بالإضافة إلى ذلك ، يعتمد تجانس الأغشية الرقيقة والمورفولوجيا بشدة على طرق الترسيب والمعلمات. يخضع نقل الشحنة الكهربائية عبر هذه الطبقات بالكامل لمثل هذه المورفولوجيا. ومع ذلك ، ينبغي إجراء مفاضلة بين الجهاز النهائي المطلوب وتوافقات عملية التصنيع بحكمة. يعد ضبط معلمات الترسيب مفتاحا للنجاح ، على الرغم من كونه عملا مستهلكا للوقت. على سبيل المثال ، طلاء الدوران ليس تقنية مباشرة. على الرغم من أن الأمر يبدو بسيطا ، إلا أن هناك العديد من جوانب تكوين الأغشية الرقيقة من محلول فوق ركيزة دوارة تتطلب الاهتمام.
إلى جانب تحسين سمك الفيلم ، والتلاعب بسرعة الدوران ، والوقت (السماكة هي اضمحلال أسي لكلا المعلمتين) ، يجب أيضا تعديل إجراءات المجرب للحصول على نتائج جيدة. تعتمد المعلمات الصحيحة أيضا على لزوجة المحلول ومنطقة الترسيب وزاوية البلل / التلامس للمحلول على الركيزة. لا توجد مجموعات فريدة من المعلمات. فقط الافتراضات الأساسية مع تعديلات محددة على الحل / الركيزة تسفر عن النتائج المرجوة. علاوة على ذلك ، يمكن تحسين الخصائص الكهربائية التي تعتمد على التشكيل الجزيئي للطبقة والتشكل للحصول على النتائج المرجوة ، باتباع البروتوكول الموضح هنا. بمجرد الانتهاء ، تكون العملية بسيطة ومجدية.
ومع ذلك ، فإن تقليل تعقيد بنية الجهاز يؤدي إلى الحد الأقصى لانخفاض EQE ؛ على الرغم من أنه يمكن تحقيق حل وسط من حيث الكفاءة مقابل السطوع. وبما أن هذا الحل الوسط يسمح بالتطبيقات العملية ، فإن فائض عملية بسيطة وكبيرة الحجم ومتوافقة ومنخفضة التكلفة يمكن أن يصبح حقيقة واقعة. توضح هذه المقالة هذه المتطلبات وكيفية تطوير وصفة للتعامل مع المشكلات المطلوبة.
يركز البروتوكول على باعث TADF الأخضر 2PXZ-OXD [2,5-bis(4-(10H-phenoxazin-10-yl)phenyl)-1,3,4-oxadiazole]42 كضيف في مصفوفة مضيفة تتكون من PVK [poly(N-vinylcarbazole)] و OXD-7 [1,3-Bis[2-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]البنزين] ، والذي يتوافق مع EML. يتم استخدام طبقة نقل الإلكترون (ETL) من TmPyPb [1,3,5-Tri(m-pyridin-3-ylphenyl)البنزين]. يتم تحسين كل من وظائف عمل الأنود والكاثود. يتكون الأنود من ITO (أكسيد القصدير الإنديوم) مع بوليمر عالي التوصيل PEDOT: PSS [poly (3,4-ethylenedioxythiophene)-poly (styrenesulfonate)] ، ويتكون الكاثود من طبقة مزدوجة من الألومنيوم و LiF (فلوريد الليثيوم).
أخيرا ، يتم ترسيب كل من PEDOT: PSS و EML (PVK: OXD-7: 2PXZ-OXD) عن طريق طلاء الدوران ، في حين يتم تبخر TmPyPb و LiF و Al حراريا. بالنظر إلى الطبيعة الشبيهة بالمعادن الموصلة ل PEDOT: PSS ، فإن الجهاز عبارة عن "طبقتين عضويتين" نموذجيتين في أبسط بنية ممكنة. في EML ، يتم تشتيت ضيف TADF (10٪ وزن) في المضيف (90٪ wt.) يتكون من PVK0.6 + OXD-70.4.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:999px;" width="998">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">2PXZ-OXD (2,5-bis(4-(10H-phenoxazin-10-yl)phenyl)-1,3,4-oxadiazole)</td>
			<td style="width:207px;">Lumtec ltd</td>
			<td style="width:119px;">1447998-13-1</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">Aluminum (99.999%)</td>
			<td style="width:207px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:119px;">7429-90-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">Acetone (99.9%)</td>
			<td style="width:207px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">67-64-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">Hellmanex</td>
			<td style="width:207px;">Ossila</td>
			<td style="width:119px;">7778-53-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">Isopropyl alcohol</td>
			<td style="width:207px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">67-63-0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">ITO patterned substrates</td>
			<td style="width:207px;">Ossila</td>
			<td style="width:119px;">65997-17-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">Lithium Fluoride (99.99%)</td>
			<td style="width:207px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">7789-24-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">OXD-7 (1,3-Bis[2-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene)</td>
			<td style="width:207px;">Ossila</td>
			<td style="width:119px;">138372-67-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">PEDOT: PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)</td>
			<td style="width:207px;">Ossila</td>
			<td style="width:119px;">155090-83-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">PVK (Polyvinlycarbazole) (average Mn 25,000-50,000)</td>
			<td style="width:207px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">25067-59-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:507px;">TmPyPb (1,3,5-Tri(m-pyridin-3-ylphenyl)benzene)</td>
			<td style="width:207px;">Ossila</td>
			<td style="width:119px;">138372-67-5</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

development of efficient oleds from solution deposition

إن استخدام بواعث عضوية عالية الكفاءة استنادا إلى مفهوم التألق المتأخر المنشط حراريا (TADF) أمر مثير للاهتمام بسبب كفاءتها الكمومية الداخلية بنسبة 100٪. تظهر هنا طريقة ترسيب الحل لتصنيع الثنائيات العضوية الفعالة الباعثة للضوء (OLEDs) استنادا إلى باعث TADF في بنية جهاز بسيطة. يمكن استخدام هذه العملية السريعة والمنخفضة التكلفة والفعالة لجميع طبقات OLED الانبعاثية التي تتبع مفهوم المضيف والضيف. يتم وصف الخطوات الأساسية جنبا إلى جنب مع المعلومات اللازمة لمزيد من الاستنساخ. الهدف هو وضع بروتوكول عام يمكن تكييفه بسهولة مع الانبعاثات العضوية الرئيسية قيد الدراسة والتطوير حاليا.

يوضح الشكل 5 النتائج الرئيسية للجهاز المصنع. كان الجهد التشغيلي منخفضا للغاية (~ 3 فولت) ، وهي نتيجة مثيرة للاهتمام لجهاز ثنائي الطبقة العضوية. كان الحد الأقصى للسطوع حوالي 8000 شمعة / م2 دون استخدام مجال متكامل. كانت القيم القصوى ل ηc و ηp و EQE حوالي 16 cd / A و 10 lm / W ...

Watch this Scientific Journal Video about Development of Efficient OLEDs from Solution Deposition at JoVE.com

Development of Efficient OLEDs from Solution Deposition

يظهر هنا بروتوكول لتصنيع الثنائيات العضوية الباعثة للضوء الفعالة والبسيطة والمودعة بمحلول مع انخفاض معدل التدحرج.

تطوير OLEDs فعالة من ترسب الحل

The use of highly efficient organic emitters based on the thermally activated delayed fluorescence (TADF) concept is interesting due to their 100% ...

التركيز بطريقة فعالة ، المجال المهم الجديد في إلكترونيات الطباعة ، وتحديدا لنظام التشغيل ، مما يفتح إمكانيات حقيقية تم تحسين العملية لمفهوم آلة الترباس. بساطة تزييت نظام التشغيل في مقايضة جيدة بين بنية الجهاز البسيطة والكفاءات المفيدة التي هي ، والآن ، مشكلة تكنولوجية ضخمة. يمكن التركيز على القضايا الرئيسية إلى جانب الاختيار الصحيح لمقاييس فهم المضيف ، والتركيب ، والتركيز ، والمذيبات ، وما إلى ذلك ، في ثلاثة جوانب ، ترميز الدوران للموضع ، وإعداد المذيبات ، والتوازن الكهربائي للشحنة الكهربائية.يبدو أن التشحيم ، عبر عملية مستمرة للحل ، بسيط ، لأنه غني بألياف الجهاز ذات الجدارة. بعض الجوانب الحرجة أثناء التصنيع يجب أن تكون 35. ابدأ بإعداد مصفوفة المضيف.أضف 15 ملليغرام من OXD7 إلى قارورة صغيرة. ثم أضف خمسة ملليغرام من PVK. ثم أضف 10 ملليغرام باعث 2PXZOXDTADF إلى قارورة صغيرة أخرى.أضف ملليلترين من كلورو البنزين إلى القارورة مع مصفوفة المضيف ومليلتر واحد إلى القارورة مع مادة TATF. يجب أن يكون التركيز النهائي للكلورو بنزين في كلا القوارير 10 ملليغرام لكل ملليلتر. حرك المحاليل بقضبان تحريك مغناطيسية صغيرة نظيفة لمدة ثلاث ساعات على الأقل حتى تذوب المواد بالكامل.تأكد من أن القوارير مغطاة بأمان بأغطية خاصة بها ومحكمة الإغلاق بفيلم كيميائي عضوي آمن لتجنب أي تبخر للمذيبات. قم بتنظيف أكسيد القصدير الهندي المزخرف مسبقا أو ركائز ITO بالتتابع في حمام بالموجات فوق الصوتية يحتوي على محلول hellmanex بنسبة 1٪ في الماء عند 95 درجة مئوية ، ثم الأسيتون في درجة حرارة الغرفة ، ثم البروبانول في درجة حرارة الغرفة لمدة 15 دقيقة لكل حمام. تعامل مع الركائز باستخدام ملاقط تلمسها فقط في الزاوية.جرب الركيزة مع تدفق النيتروجين لإزالة أي بقايا مذيبات تنظيف. ثم تعريض الركائز لعلاج الأوزون بالأشعة فوق البنفسجية لمدة خمس دقائق مع فيلم ITO متجها لأعلى. قم بتصفية PEDOT: PSS بفلتر فلوريد بولي فينيليدين 0.45 ميكرومتر واملأ ماصة صغيرة ب 100 ميكرولتر من المحلول.ضع الركيزة بعناية على شاحنة المبرمج الدوار وقم بتنشيط نظام التفريغ لإصلاحها. قم بتدوير ITO وجها لأعلى وتوسيط منطقة الركيزة قدر الإمكان. اضبط معلمات طلاء الدوران على 3000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية.اضبط خطوة أولية من ثانيتين إلى ثلاث ثوان عند الدوران المنخفض. الحفاظ على ماصة صغيرة عمودية على الركيزة ، قم بإسقاط PEDOT: PSS في منتصف الركيزة وابدأ تشغيل مبرمج الدوران. بعد اكتمال ترميز الدوران ، قم بإيقاف تشغيل الفراغ وإزالة الركيزة باستخدام الملقط.استخدم قطعة القطن الصغيرة المنقوعة في الماء لإزالة الفيلم الزائد المترسب حول الكاثود ومناطق الزاوية في الركيزة مع الحفاظ على المنطقة المركزية المنقطة دون مساس. احتضن الركيزة في فرن أو على صفيحة ساخنة عند 120 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة لإزالة مذيب PEDOT:PSS ، ثم انقله إلى صندوق قفازات واتركه ليبرد في درجة حرارة الغرفة. لإعداد المحلول للطبقة الغامرة ، اجمع 1.8 ملليلتر من المحلول المضيف و 0.2 ملليلتر من محلول TADF في قارورة نظيفة.قم بتصفية المحلول باستخدام فلتر PTFE بسعة 0.1 ميكرومتر ، ثم اتركه ليحرك لمدة 15 دقيقة في درجة حرارة الغرفة. اتبع الإجراء الموصوف سابقا لإيداع الحل الثاني مع دوران مبرمج الدوران عند 2000 دورة في الدقيقة لمدة 60 ثانية. استخدم قطعة قطن منقوعة في الكلوروبنزين لإزالة أي فائض من الفيلم الثاني.اترك الركيزة على صفيحة ساخنة داخل صندوق القفازات عند 70 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة لإزالة الكلوروبنزين الزائد تماما. ثم اتركه ليبرد في درجة حرارة الغرفة. أدخل الركيزة في حامل العينة باستخدام قناع التبخر المطلوب مع التأكد من أن الأفلام متجهة لأسفل.تضمين البوتقات اللازمة وملئها بالمواد المناسبة. ضع حامل الركيزة مع العينات في حامل عينة المبخر. أغلق الغرفة وضخها لأسفل مع التأكد من اتباع تعليمات الشركة المصنعة لنظام المبخر المحدد.تبخر فيلم 40 نانومتر من TNPYPB ، ثم فيلم نانومتر من فلوريد الليثيوم وأخيرا فيلم 100 نانومتر من الألومنيوم. يتم عرض خصائص مصابيح LED المصنعة هنا. كان الجهد التشغيلي منخفضا للغاية ، حوالي 3 فولت ، وهي نتيجة مثيرة للاهتمام لجهاز ثنائي الطبقة العضوية.كان الحد الأقصى للسطوع حوالي 8،000 كانديلا لكل متر مربع دون استخدام كرة متكاملة. كانت القيم القصوى للكفاءة الحالية وكفاءة الطاقة والكفاءة الكمومية الخارجية حوالي 16 كانديلا لكل أمبير و 10 لومن لكل واط و 8٪ على التوالي. يجب التأكيد على المفاضلة الجيدة بين بساطة هيكل الجهاز وكفاءة الموثوقية أفضل المعلومات الممكنة دون عيوب في كل شيء مهم بشكل خاص ، يمكن توسيع مفهوم المعادن ليشمل نوعا مختلفا من المعلمات ، على سبيل المثال ، المواد العضوية وغير العضوية.على الرغم من أننا خصوصيات خاصة ، فإن الفكرة الرئيسية هي

development-of-efficient-oleds-from-solution-deposition

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition of metal oxides with tunable morphology, structure, density and stoichiometry by a proper control of the plasma plume expansion dynamics. Such versatility can be exploited to produce nanostructured films from compact and dense to nanoporous characterized by a hierarchical assembly of nano-sized clusters. In particular we describe the detailed methodology to fabricate two types of Al-doped ZnO (AZO) films as transparent electrodes in photovoltaic devices: 1) at low O2 pressure, compact films with electrical conductivity and optical transparency close to the state of the art transparent conducting oxides (TCO) can be deposited at room temperature, to be compatible with thermally sensitive materials such as polymers used in organic photovoltaics (OPVs); 2) highly light scattering hierarchical structures resembling a forest of nano-trees are produced at higher pressures. Such structures show high Haze factor (&gt;80%) and may be exploited to enhance the light trapping capability. The method here described for AZO films can be applied to other metal oxides relevant for technological applications such as TiO2, Al2O3, WO3 and Ag4O4.

We describe the experimental method to deposit nanostructured oxide thin films by nanosecond Pulsed Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas. By using this method Al-doped ZnO (AZO) films, from compact to hierarchically structured as nano-tree forests, can be deposited.

تلفيق نانو هندسيا إجراء أكاسيد شفافة من ترسب الليزر النبضي

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Mechanical Expansion of Steel Tubing as a Solution to Leaky Wellbores

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe (casing), and protects metal components from corrosive fluids. These are essential for uncompromised wellbore integrity. Cements can undergo multiple forms of failure, such as debonding at the cement/rock and cement/metal interfaces, fracturing, and defects within the cement matrix. Failures and defects within the cement will ultimately lead to fluid migration, resulting in inter-zonal fluid migration and premature well abandonment. Currently, there are over 1.8 million operating wells worldwide and over one third of these wells have leak related problems defined as Sustained Casing Pressure (SCP)1. 
The focus of this research was to develop an experimental setup at bench-scale to explore the effect of mechanical manipulation of wellbore casing-cement composite samples as a potential technology for the remediation of gas leaks. 
The experimental methodology utilized in this study enabled formation of an impermeable seal at the pipe/cement interface in a simulated wellbore system. Successful nitrogen gas flow-through measurements demonstrated that an existing microannulus was sealed at laboratory experimental conditions and fluid flow prevented by mechanical manipulation of the metal/cement composite sample. Furthermore, this methodology can be applied not only for the remediation of leaky wellbores, but also in plugging and abandonment procedures as well as wellbore completions technology, and potentially preventing negative impacts of wellbores on subsurface and surface environments.

This article reports on a laboratory scale investigation of an existing field procedure and its adaptation for sealing of leaky wellbores. It consists of mechanical expansion of metal pipe, which results in an improved metal/cement bond, ultimate sealing of hydraulic pathways and prevention of gas leaks caused by the presence of a microannular channel.

التوسع الميكانيكي للأنابيب الصلب كحل للراشح Wellbores

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe ...

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent thermal evaporation, and it absorbs visible light strongly. However, for a long time the record power conversion efficiency of SnS solar cells remained below 2%. Recently we demonstrated new certified record efficiencies of 4.36% using SnS deposited by atomic layer deposition, and 3.88% using thermal evaporation. Here the fabrication procedure for these record solar cells is described, and the statistical distribution of the fabrication process is reported. The standard deviation of efficiency measured on a single substrate is typically over 0.5%. All steps including substrate selection and cleaning, Mo sputtering for the rear contact (cathode), SnS deposition, annealing, surface passivation, Zn(O,S) buffer layer selection and deposition, transparent conductor (anode) deposition, and metallization are described. On each substrate we fabricate 11 individual devices, each with active area 0.25 cm2. Further, a system for high throughput measurements of current-voltage curves under simulated solar light, and external quantum efficiency measurement with variable light bias is described. With this system we are able to measure full data sets on all 11 devices in an automated manner and in minimal time. These results illustrate the value of studying large sample sets, rather than focusing narrowly on the highest performing devices. Large data sets help us to distinguish and remedy individual loss mechanisms affecting our devices.

Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

جعل السجلات كفاءة SNS خلايا شمسية بواسطة التبخير الحراري وترسب طبقة الذري

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Formation of Thick Dense Yttrium Iron Garnet Films Using Aerosol Deposition

Aerosol deposition (AD) is a thick-film deposition process that can produce layers up to several hundred micrometers thick with densities greater than 95% of the bulk. The primary advantage of AD is that the deposition takes place entirely at ambient temperature; thereby enabling film growth in material systems with disparate melting temperatures. This report describes in detail the processing steps for preparing the powder and for performing AD using the custom-built system. Representative characterization results are presented from scanning electron microscopy, profilometry, and ferromagnetic resonance for films grown in this system. As a representative overview of the capabilities of the system, focus is given to a sample produced following the described protocol and system setup. Results indicate that this system can successfully deposit 11 &#181;m thick yttrium iron garnet films that are &#160;&#62; 90% of the bulk density during a single 5 min deposition run. A discussion of methods to afford better control of the aerosol and particle selection for improved thickness and roughness variations in the film is provided.

This report describes the use of a custom-built system to perform aerosol deposition of thick films of yttrium iron garnet onto sapphire substrates at RT. The deposited films are characterized using scanning electron microscopy, profilometry, and ferromagnetic resonance to give a representative overview of the capabilities of the technique.

تشكيل سميكة الكثيفة الإيتريوم الحديد العقيق أفلام عن طريق الهباء ترسب

Aerosol deposition (AD) is a thick-film deposition process that can produce layers up to several hundred micrometers thick with densities greater than 95% ...

Research and Development of High-performance Explosives

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. For newly developed formulations, the process begins with small-scale mixes, thermal testing, and impact and friction sensitivity. Only then do subsequent larger scale formulations proceed to detonation testing, which will be covered in this paper. Recent advances in characterization techniques have led to unparalleled precision in the characterization of early-time evolution of detonations. The new technique of Photonic Doppler Velocimetry (PDV) for the measurement of detonation pressure will be shared and compared with traditional fiber-optic detonation velocity and plate-dent calculation of detonation pressure. In particular, the role of aluminum in explosive formulations will be discussed. Recent developments led to the development of explosive formulations that result in reaction of aluminum very early in the detonation product expansion. This enhanced reaction leads to changes in the detonation velocity and pressure due to reaction of the aluminum with oxygen in the expanding gas products.

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. This paper will share typical development tests associated with the measurement of detonation velocity and detonation pressure.

البحوث والتنمية من المتفجرات عالية الأداء

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance ...

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to neutral gold Au(0) by reducing agents, such as sodium citrate or sodium borohydride. The extension of this method to decorate iron oxide or similar nanoparticles with gold nanoparticles to create multifunctional hybrid Fe2O3-Au nanoparticles is straightforward. This approach yields fairly good control over Au nanoparticle dimensions and loading onto Fe2O3. Additionally, the Au metal size, shape, and loading can easily be tuned by changing experimental parameters (e.g., reactant concentrations, reducing agents, surfactants, etc.). An advantage of this procedure is that the reaction can be done in air or water, and, in principle, is amenable to scaling up. The use of such optically tunable Fe2O3-Au nanoparticles for hyperthermia studies is an attractive option as it capitalizes on plasmonic heating of gold nanoparticles tuned to absorb light strongly in the VIS-NIR region. In addition to its plasmonic effects, nanoscale Au provides a unique surface for interesting chemistries and catalysis. The Fe2O3 material provides additional functionality due to its magnetic property. For example, an external magnetic field could be used to collect and recycle the hybrid Fe2O3-Au nanoparticles after a catalytic experiment, or alternatively, the magnetic Fe2O3 can be used for hyperthermia studies through magnetic heat induction. The photothermal experiment described in this report measures bulk temperature change and nanoparticle solution mass loss as functions of time using infrared thermocouples and a balance, respectively. The ease of sample preparation and the use of readily available equipment are distinct advantages of this technique. A caveat is that these photothermal measurements assess the bulk solution temperature and not the surface of the nanoparticle where the heat is transduced and the temperature is likely to be higher.

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

We describe the synthesis and properties of multifunctional Fe2O3-Au nanoparticles produced by a wet chemical approach and investigate their photothermal properties using laser irradiation. The composite Fe2O3-Au nanoparticles retain the properties of both materials, creating a multifunctional structure with excellent magnetic and plasmonic properties.

هجين متعدد الوظائف الحديد<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; -Au النانوية لالتدفئة Plasmonic كفاءة

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to ...

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal inks. For the photoactive absorber layer, colloidal CdTe and CdSe nanocrystals (3-5 nm) are synthesized using an inert hot injection technique and cleaned with precipitations to remove excess starting reagents. Similarly, gold nanocrystals (3-5 nm) are synthesized under ambient conditions and dissolved in organic solvents. In addition, precursor solutions for transparent conductive indium tin oxide (ITO) films are prepared from solutions of indium and tin salts paired with a reactive oxidizer. Layer-by-layer, these solutions are deposited onto a glass substrate following annealing (200-400 &#176;C) to build the nanocrystal solar cell (glass/ITO/CdSe/CdTe/Au). Pre-annealing ligand exchange is required for CdSe and CdTe nanocrystals where films are dipped in NH4Cl:methanol to replace long-chain native ligands with small inorganic Cl- anions. NH4Cl(s) was found to act as a catalyst for the sintering reaction (as a non-toxic alternative to the conventional CdCl2(s) treatment) leading to grain growth (136&#177;39 nm) during heating. The thickness and roughness of the prepared films are characterized with SEM and optical profilometry. FTIR is used to determine the degree of ligand exchange prior to sintering, and XRD is used to verify the crystallinity and phase of each material. UV/Vis spectra show high visible light transmission through the ITO layer and a red shift in the absorbance of the cadmium chalcogenide nanocrystals after thermal annealing. Current-voltage curves of completed devices are measured under simulated one sun illumination. Small differences in deposition techniques and reagents employed during ligand exchange have been shown to have a profound influence on the device properties. Here, we examine the effects of chemical (sintering and ligand exchange agents) and physical treatments (solution concentration, spray-pressure, annealing time and annealing temperature) on photovoltaic device performance.

This protocol describes the synthesis and solution deposition of inorganic nanocrystals layer by layer to produce thin film electronics on non-conductive surfaces. Solvent-stabilized inks can produce complete photovoltaic devices on glass substrates via spin and spray coating following post-deposition ligand exchange and sintering.

تصنيع الحل بالكامل معالجتها غير العضوية النانوية الأجهزة الضوئية

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

Solution-based electrospray film deposition, which is compatible with continuous, roll-to-roll processing, is applied to chalcogenide glasses. Two chalcogenide compositions are demonstrated: Ge23Sb7S70 and As40S60, which have both been studied extensively for planar mid-infrared (mid-IR) microphotonic devices. In this approach, uniform thickness films are fabricated through the use of computer numerical controlled (CNC) motion. Chalcogenide glass (ChG) is written over the substrate by a single nozzle along a serpentine path. Films were subjected to a series of heat treatments between 100 &#176;C and 200 &#176;C under vacuum to drive off residual solvent and densify the films. Based on transmission Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and surface roughness measurements, both compositions were found to be suitable for the fabrication of planar devices operating in the mid-IR region. Residual solvent removal was found to be much quicker for the As40S60 film as compared to Ge23Sb7S70. Based on the advantages of electrospray, direct printing of a gradient refractive index (GRIN) mid-IR transparent coating is envisioned, given the difference in refractive index of the two compositions in this study.

Electrospray Deposition of Uniform Thickness Ge23Sb7S70 and As40S60 Chalcogenide Glass Films

A method of uniform thickness solution-derived chalcogenide glass film deposition is demonstrated using computer numerical controlled motion of a single-nozzle electrospray.

Electrospray ترسب الموحد سمك قه<sub&gt; 23</sub&gt; بينالي الشارقة<sub&gt; 7</sub&gt; S<sub&gt; 70</sub&gt; وكما<sub&gt; 40</sub&gt; S<sub&gt; 60</sub&gt; اعتماد chalcogenide زجاج أفلام

Solution-based electrospray film deposition, which is compatible with continuous, roll-to-roll processing, is applied to chalcogenide glasses. Two ...

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical properties. The possibility of doping was investigated by adding monovalent cation halides with similar ionic radii to Pb2+, including Cu+, Na+, and Ag+. A shift in the Fermi level and a remarkable decrease of sub-bandgap optical absorption, along with a lower energetic disorder in the perovskite, was achieved. An order-of-magnitude enhancement in the bulk hole mobility and a significant reduction of transport activation energy within an additive-based perovskite device was attained. The confluence of the aforementioned improved properties in the presence of these cations led to an enhancement in the photovoltaic parameters of the perovskite solar cell. An increase of 70 mV in open circuit voltage for AgI and a 2 mA/cm2 improvement in photocurrent density for NaI- and CuBr-based solar cells were achieved compared to the pristine device. Our work paves the way for further improvements in the optoelectronic quality of CH3NH3PbI3 perovskite and subsequent devices. It highlights a new avenue for investigations on the role of dopant impurities in crystallization and controls the electronic defect density in perovskite structures.

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Here, we present a protocol to adjust the properties of solution-processed CH3NH3PbI3 through the incorporation of monovalent cation additives in order to achieve highly efficient perovskite solar cells.

أحادي التكافؤ الموجبة المنشطات من CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; لكفاءة الخلايا الشمسية Perovskite

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present an advanced method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics. The proposed process addresses several fabrication issues, including large area processing. Specifically, the protocol describes a process for fabricating ultra-thin color films using an electron beam evaporator for oblique angle deposition of germanium (Ge) and gold (Au) on silicon (Si) substrates.&#160; Film porosity produced by the oblique angle deposition induces color changes in the ultra-thin film. The degree of color change depends on factors such as deposition angle and film thickness. Fabricated samples of the ultra-thin color films showed improved color tunability and color purity. In addition, the measured reflectance of the fabricated samples was converted into chromatic values and analyzed in terms of color. Our ultra-thin film fabricating method is expected to be used for various ultra-thin film applications such as flexible color electrodes, thin film solar cells, and optical filters. Also, the process developed here for analyzing the color of the fabricated samples is broadly useful for studying various color structures.

We present a detailed method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics for optical coatings. The oblique angle deposition technique using an electron beam evaporator allows improved color tunability and purity. Fabricated films of Ge and Au on Si substrates were analyzed by reflectance measurements and color information conversion.

تصنيع الأفلام اللون رقيقة جداً مع الغاية استيعاب وسائل الإعلام استخدام الترسيب زاوية مائلة

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...