Ossila Material PTB7 CAS: 1266549-31-8 PTB7

Apenas para estudos em animais.

Informações do lote

Ossila Material PTB7 CAS: 1266549-31-8 PTB7

Aplicações

PTB7 para energia fotovoltaica orgânica de alto desempenho.

Poli[[4,8-bis[(2-etilhexil)oxi]benzo[1,2-b:4,5-b']ditiofeno-2,6-diil][3-fluoro-2-[(2-etilhexil)carbonil]tieno[3,4-b]tiofenodiil]], mais comumente conhecido como PTB7.

Em estoque agora para envio imediato em todo o mundo.

PTB7 dá algumas das eficiências mais altas relatadas para células solares de polímero: fullereno devido à sua absorção estendida no infravermelho próximo e nível HOMO mais baixo. Juntamente com o nosso pacote completo de informações de processamento, o PTB7 torna-se uma maneira rápida e fácil de melhorar a eficiência do dispositivo. Isso representa um método econômico para aumentar o desempenho e o impacto de dispositivos e dados para uma ampla gama de pesquisas relacionadas à OPV.

Em concentrações típicas para dispositivos revestidos de spin de 10 mg / ml, um lote padrão de 100 mg produzirá 10 ml de tinta - suficiente para revestir 200 dos substratos de tamanho padrão da Ossila, mesmo assumindo perda de tinta de 50% durante a preparação e filtração. Em concentrações de 1 mg/ml (mais típicas para impressão a jato de tinta e revestimento por pulverização) até 100 ml de tinta podem ser produzidos.

Em uma arquitetura de referência padronizada (usando uma interface de furo PEDOT: PSS e interface de elétrons Ca / Al) mostramos que este lote dá um PCE de 6,8% (ver ficha de dados abaixo) e até 7,4% usando PFN. Usando novos materiais de interface e arquiteturas, o PTB7 foi mostrado alcançar eficiências de 9,2% PCE na literatura [1,2].

A alta solubilidade em uma ampla gama de solventes torna a preparação e filtração da tinta simples, e o PTB7 é um dos materiais mais fáceis com os quais já trabalhámos (basta agitá-lo para dissolver). Isso também o torna um excelente candidato para uma variedade de técnicas de revestimento, incluindo impressão a jato de tinta, revestimento por pulverização e revestimento de lâmina.

Para obter informações sobre o processamento, consulte nossos detalhes de fabricação específicos para PTB7, vídeo de fabricação geral, guia de fabricação geral, papel de modelagem óptica em nossa arquitetura padrão [3], ou nós para qualquer ajuda e suporte adicionais.

Referências(Observe que Ossila não tem nenhuma ligação formal com nenhum dos autores ou instituições nestas referências):

• [1]Eficiência melhorada de conversão de energia em células solares de polímero usando uma estrutura de dispositivo invertidoZhicai He et al., Nature Photonics, V 6, p591–595 (2012).
• [2]Melhoria simultânea da tensão de circuito aberto, densidade de corrente de curto-circuito e fator de enchimento em células solares de polímeroZhicai He et al., Materiais Avançados, V 23, p4636-4643 (2011).
• [3]Otimizar a eficiência das células solares de copolímero de carbazol pelo controle sobre o eletrodo de cátodo metálicoDarren C. Watters et al., Eletrônica Orgânica, V 13, p1401-1408 (2012)
• [4]Projetando células solares de heterojunção em massa de mistura ternaria com recombinação reduzida de portadores e um fator de enchimento de 77%,N. Gasparini et al, Nat. Energia, 16118 (2016); doi:10.1038/nenergy.2016.118 (Ossila PTB7 foi apresentado neste artigo).

Ossila Material PTB7 CAS: 1266549-31-8 PTB7

Folha de dados

Estrutura química do PTB7; Fórmula química (C)₄₁H₅₃FO₄S₄)_n.

Especificações

Detalhes do uso

Dispositivos de referência invertidos

Foram feitos dispositivos de referência no lote M211 para avaliar o efeito do PTB7:PC₇₀BM espessura da camada ativa na eficiência OPV usando uma arquitetura invertida com a estrutura abaixo. Estes consistiam na estrutura abaixo e foram fabricados sob atmosfera inerte (caixa de luvas) antes de encapsulação e medição em condições ambientais.

Vidro / ITO (100 nm) / PFN (6,5 nm) / PTB7: PC₇₀BM (1:1.5) / MoO_x(15 nm) / Al (100 nm)

Para detalhes genéricos, consulte o guia geral de fabricação e vídeo. Para detalhes específicos, consulte o relatório de fabricação condensado abaixo, que detalha a modelagem óptica e a otimização da pilha de camadas múltiplas.

Anteriormente, foi mostrado que a PFN de cerca de 6,5 nm dá um desempenho óptimo [1-3, P021], enquanto a modelagem mostrou que um cátodo de volta de Al dá um desempenho superior ao de Ag quando usado com MoO._x[4].

O PTB7:PC₇₀A solução de BM foi feita em clorobenzeno a 25 mg/ml antes de ser diluída com diiodooctano a 3% (DIO) para promover a morfologia correta.

Espessuras de camada ativa de 75 nm, 90 nm e 105 nm foram escolhidas correspondendo aos extremos inferior, médio e superior do pico de absorção do "filme fino" de uma pilha típica como previsto pela modelagem óptica [1]. Para cada uma dessas espessuras foram produzidos um total de quatro substratos, cada um com 4 pixels e os dados apresentados abaixo representam uma análise não subjetiva (sem intervenção humana) dos melhores 75% de pixels por PCE (12 pixels para cada condição).

Dois substratos adicionais também foram preparados com uma lavagem em metanol para ajudar a remover o DIO como foi relatado na literatura para ajudar a melhorar o desempenho.

No geral, a eficiência máxima de 7,2% PCE média (7,4% máximo) foi encontrada à espessura do filme de 75 nm.

Figura 1: PCE, Jsc, Voc e FF para dispositivos de arquitetura invertida em diferentes velocidades de rotação. Os dados mostrados são médiados com máximos e mínimos sobrepostos com círculos preenchidos (veja a nota das medições de Dektak). Como relatado anteriormente [1,2,3], filmes de aproximadamente 90 nm dão o maior desempenho com maior Jsc e apenas menor perda no fator de enchimento.

Figura 2: A curva JV para o dispositivo de melhor desempenho - arquitetura invertida.

Nota 1:Calibração da espessura Dektak

Normalmente calibramos filmes finos usando um perfilador de superfície Dektak, no entanto, o uso de DIO resulta em um nível aumentado de incerteza no filme, já que o DIO levará várias horas para secar completamente em condições normais e provavelmente sofrerá algum menor encolhimento quando colocado em vácuo. O DIO também pode ser removido cozendo o substrato na placa quente a 80 ° C por cerca de 10 minutos, o que pode ser útil para fazer medições rápidas, mas também impulsiona a separação de fase em excesso entre o polímero e o PCBM tornando-o inadequado para o trabalho do dispositivo.

Nota 2:Efeito do Epoxy

Devido à muito alta solubilidade do PTB7, observou-se durante a fabricação que o filme mudou de cor ao entrar em contato com o epóxido de encapsulação EE1 em forma líquida por períodos prolongados, indicando que houve alguma miscibilidade. A inspeção das áreas ativas abaixo do cátodo superior indicou que o epóxido não se infiltrou na área ativa antes da cura e as métricas do dispositivo indicam que isso não parecia afetar o desempenho. No entanto, recomendamos minimizar o tempo de contato entre o epóxido e os filmes PTB7 antes da cura UV.

Fabricação

Substratos e limpeza

• Substratos catódicos pixelados (S173)
• Sonicação de 5 minutos em Hellmanex III quente (1 ml em copo)
• 2x enxaguamentos de descarga de água fervente
• Sonicação de 5 minutos em IPA quente
• 2x enxaguamentos de descarga
• Sonicação de 5 minutos em NaOH quente
• Enxague em água fervente
• Enxague em água
• Armazenado em água DI durante a noite e até o uso

Solução PFN

• Dissolve em 2 mg/ml
• Ácido acético dissolvido 1:9 em metanol para fazer solução de estoque
• 2 μl/ml de ácido acético adicionado à solução
• Mesclado por 30 minutos
• Filtrado através do filtro PVDF de 0,45 μm

Filmes de teste PFN

• Filme de teste PFN inicialmente girado a 500 rpm e deu 20 nm
• Segundo filme de teste girado a 1000 rpm e deu 16 nm
• Espessura foi extrapolada para 6,5 nm a 6000 rpm

Solução de camada ativa

• Soluções primas frescas de PTB7 (Ossila M211) preparadas a 10 mg/ml em CB e dissolvidas com agitador durante 1 hora
• Misturado 1:1,5 com seco Ossila 99% C70 PCBM para fazer a concentração total de 25 mg/ml e dissolvido com agitador por 1 hora
• Solução de estoque antiga de 1,8 Diiodooctano misturado 1:1 com CB para tornar a medição de pequenas quantidades mais fácil
• Mistura DIO/CB adicionada à solução para dar a quantidade total de DIO de 3%

Filmes de teste de camada ativa

• Filme de ensaio girado a 1000 rpm por 2 minutos usando solução não filtrada e secado usando metanol antes de Dektak
• 1000 rpm deu aproximadamente 85 nm

Camadas ativas

• Dispositivos girados usando dispensa dinâmica de 30 μl (20 μl davam apenas umidade moderada / cobertura)
• Dispositivos não metanol girados por 2 minutos
• Os dispositivos de metanol giraram por 30 segundos, depois revestidos com 50 μl de metanol por dispensa estática e depois girados a 2000 rpm por 30 segundos.
• Cátodo limpo com CB
• Secado a vácuo em antichamber glovebox por 20 minutos

Evaporação

Deixado na câmara durante o fim de semana e evaporado com os parâmetros abaixo.

• MoO de 15 nm_xat 0.2 Å/s
• 100 nm Al em 1,5 Å/s
• Pressão de deposição

Encapsulação

• Como padrão usando Ossila EE1, 30 min UV em MEGA LV101

Medições

• JV varreduras tiradas com Keithley 237 fonte-medidor
• Iluminação do simulador solar Newport Oriel 9225-1000 com 100 mW/cm²Saída AM1.5
• Célula de referência de silício certificada NREL usada para calibrar
• Corrente da lâmpada: 7,8 A
• Saída solar no início dos testes: 1,00 sol a 25°C
• Saída solar no final dos testes: 1,00 sol a 25°C
• Substratos refrigerados a ar
• Temperatura ambiente no início do teste: 25°C
• Temperatura ambiente no final do teste: 25°C
• Máscara de abertura calibrada de tamanho 0,256 mm²

Dispositivos de referência padrão (não invertidos)

O dispositivo de referência foi feito no lote M211 usando uma arquitetura padronizada para medições comparativas usando substratos e materiais padrão Ossila. Estes consistiam na estrutura abaixo e foram fabricados sob atmosfera inerte (caixa de luvas) antes de encapsulação e medição em condições ambientais.

Vidro / ITO (100 nm) / PEDOT: PSS (30 nm) / PTB7: PC₇₀BM (variável) / Ca (2,5 nm) / Al (100 nm)

Para detalhes genéricos, veja o guia de fabricação e vídeo. Para detalhes específicos, consulte o relatório de fabricação condensado abaixo e também Watters et al. [3] que detalha a modelagem óptica e otimização da pilha de camadas múltiplas.

Para esta arquitetura de referência padrão, foi alcançada uma PCE média de 6,6% para a espessura otimizada com uma eficiência máxima de 6,8%. Observe que nenhuma outra otimização foi realizada (relação de mistura, concentração de DIO, condições de secagem, etc.) e, portanto, podem ser obtidas pequenas melhorias adicionais variando essas condições e melhorias significativas obtidas usando materiais de interface alternativos [1,2].

Figura 3: PCE, Jsc, Voc e FF para dispositivos de arquitetura padrão em diferentes velocidades de rotação. Os dados mostrados são médiados com máximos e mínimos sobrepostos com círculos preenchidos (veja a nota das medições de Dektak). Como relatado anteriormente [1,2,3], filmes de aproximadamente 90 nm dão o maior desempenho com maior Jsc e apenas menor perda no fator de enchimento.

Figura 4: A curva JV para o dispositivo de melhor desempenho - arquitetura padrão.

Nota 1:Calibração da espessura Dektak

Normalmente calibramos filmes finos usando um perfilador de superfície Dektak, no entanto, o uso de DIO resulta em um nível aumentado de incerteza no filme, já que o DIO levará várias horas para secar completamente em condições normais e provavelmente sofrerá algum menor encolhimento quando colocado em vácuo. O DIO também pode ser removido cozendo o substrato na placa quente a 80 ° C por cerca de 10 minutos, o que pode ser útil para fazer medições rápidas, mas também impulsiona a separação de fase em excesso entre o polímero e o PCBM tornando-o inadequado para o trabalho do dispositivo.

Nota 2:Efeito do Epoxy

Devido à muito alta solubilidade do PTB7, observou-se durante a fabricação que o filme mudou de cor ao entrar em contato com o epóxido de encapsulação EE1 em forma líquida por períodos prolongados, indicando que houve alguma miscibilidade. A inspeção das áreas ativas abaixo do cátodo superior indicou que o epóxido não se infiltrou na área ativa antes da cura e as métricas do dispositivo indicam que isso não parecia afetar o desempenho. No entanto, recomendamos minimizar o tempo de contato entre o epóxido e os filmes PTB7 antes da cura UV.

Fabricação

Substratos e limpeza

• Substratos catódicos pixelados (S173)
• Sonicação de 5 minutos em Hellmanex quente (1 ml em copo)
• 2x enxaguamentos de descarga de água fervente
• Sonicação de 5 minutos em IPA quente
• 2x enxaguamentos de descarga
• Sonicação de 5 minutos em NaOH quente
• Enxague em água fervente
• Enxague em água
• Armazenado em água DI durante a noite e até o uso

Preparação da camada PEDOT:PSS

• Clevios AI 4083
• Filtrado em frasco para injetáveis usando o filtro Whatman 0,45 μm PVDF
• Rotação de 6000 rpm por 30 segundos (30 nm)
• Dispensa dinâmica de 20 μl usando pipetador
• Tira de cátodo IPA limpa e rotulada
• Coloque diretamente em placa quente a 160 ° C assim que o cátodo limpo e rotulado
• Transferido para a caixa de luvas quando todas as amostras giraram.
• Cozido em caixa de luvas a 150 ° C por 1 hora

Preparação da solução da camada ativa

• Soluções primas frescas de PTB7 a 10 mg/ml em CB e agitadas para dissolver
• Misturado 1:1,5 com Ossila seco 99% C70 PCBM para fazer a concentração total de 25 mg/ml
• 1,8 Diiodooctano misturado 1:1 com CB para tornar a medição de pequenas quantidades mais fácil
• Mistura DIO/CB adicionada à solução para dar a quantidade total de DIO de 3%

Fundição rotativa de camada ativa

• Dispositivos girados por 2 minutos usando dispensa dinâmica de 25 μl
• Cátodo limpo com clorobenzeno
• Deixar secar na caixa de luvas por 2 horas, mas a cor indica que eles ainda estavam ligeiramente molhados
• Secado a vácuo em antichambre glovebox por 10 minutos para remover DIO

Evaporação

Deixado na câmara durante o fim de semana e evaporado com os parâmetros abaixo.

Encapsulação

• Como padrão usando Ossila EE1, 30 min UV em MEGA LV101

Medições

• JV varreduras tiradas com Keithley 237 fonte-medidor
• Iluminação do simulador solar Newport Oriel 9225-1000 com 100 mW/cm²Saída AM1.5
• Célula de referência de silício certificada NREL usada para calibrar
• Corrente da lâmpada: 7,8 A
• Saída solar no início dos testes: 0,99 sols a 25°C
• Saída solar no final dos testes: 1,00 sol a 25°C
• Substratos refrigerados a ar
• Temperatura ambiente no início do teste: 21°C
• Temperatura ambiente no final do teste: 21°C
• Máscara de abertura calibrada de tamanho 0,256 mm²