This work was supported by Polymer-Based Materials for Harvesting Solar Energy (PHaSE), an Energy Frontier Research Center funded by the U.S. Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences under award number DE-SC0001087 and the U.S. Office of Naval Research under contract N00014-15-1-2244. Portions of this research were carried out at beamline 7.3.3 and 11.0.1.2 at the Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory, which was supported by the DOE, Office of Science, and Office of Basic Energy Sciences.

Preparazione Miscela Ink 1. Photon-attiva <ol><li> Pesare 10 mg di polimero DPPBT e 10 mg di PC 71 materiale BM (strutture chimiche mostrati nella Figura 1). Mescolare in un flaconcino da 4 ml. </li><li> Aggiungere 1,5 ml di cloroformio e 75 ml di 1,2-diclorobenzene nella miscela. </li><li> Mettere una piccola ancoretta nel flaconcino, chiudere la fiala con un tappo di politetrafluoroetilene (PTFE), e trasferire la fiala per un piatto caldo. Mescolare a ~ 400 rpm, e scaldare a ~ 50 ° C per una notte prima dell&#39;uso. </li></ol> 2. ITO e Wafer substrato pulizia e la preparazione <ol><li> Carico pre-modellata indio substrato di ossido di stagno (ITO) Vetro (1 pollice da 3 pollici, con la metà rimosso ITO) o wafer di silicio in un rack pulizia Teflon e mettere il rack in un contenitore di vetro (Figura 2). Aggiungere la soluzione diluita di detergente (300 ml, 1% soluzione detergente universale) nel contenitore di vetro e mettere il contenitore di vetro in sonicatore e ultrasuoni per 15 min.</li><li> Rimuovere il detersivo e risciacquare il vetro ITO con acqua deionizzata (DI) di acqua un paio di volte. Poi aggiungere acqua DI 300 ml nel contenitore, e mettere il contenitore di vetro in sonicatore per altri 15 minuti. </li><li> Rimuovere l&#39;acqua dal contenitore. Aggiungere 300 ml di acetone nel contenitore, e con ultrasuoni per 15 min. </li><li> Rimuovere l&#39;acetone. Aggiungere 300 ml 2-isopranol nel contenitore di vetro, e poi con ultrasuoni per 15 min. </li><li> Spostare la pulizia cremagliera fuori in un forno. Impostare la temperatura del forno a 100 ° C, e attendere 3-5 ore finché il vetro ITO è completamente asciugato. </li><li> Estrarre substrati puliti. trasferirli in un pulitore plasma pulitore UV-ozono o ossigeno. Utilizzare ad alta potenza UV-ozono o plasma per pulirli per ~ 15 minuti secondo il protocollo del produttore. </li><li> Mettere il substrato pulito su uno spin-dispositivo a induzione, aggiungere 150 ml di poli (3,4-ethylenedioxythiophene) polistirene sulfonato (PEDOT PSS) soluzione sul substrato pulito, e il cappotto rotazione a 3.000 giri al cappottoun ~ 30 nm PEDOT spessore: PSS (PEDOT PSS 4083) a film sottile su wafer o il vetro ITO o al silicio. </li><li> Togliere di spin rivestito substrati. Trasferire i substrati rivestiti freschi su una piastra riscaldante e ricottura a 150 ° C per 15 min. </li></ol> 3. Stampa Livello attivo <ol><li> substrato di carico. Mettere il PEDOT: substrato ITO PSS rivestito sulla piastra di base del dispositivo a induzione mini slot di morire. Accendere la pompa a vuoto collegata al mandrino vuoto del coater scanalatura dado per tenere il substrato ermeticamente. (Vedi figura 3 per individuare i componenti differenti.) </li><li> Regolare la posizione di substrato per dirla proprio sotto testina di stampa. Questo può essere fatto utilizzando il manipolatore lineare sotto la piastra substrato. </li><li> Regolare la testa inclinando utilizzando il ribaltamento manipolatore 2-D che tiene la testina di stampa. Assicurarsi che la testa si erge verticalmente sulla parte superiore del substrato caricato. Si noti che in questo processo, la testina di stampa può essere abbassata in prossimità del substraTE. Utilizzare il divario tra la testa di stampa e substrato per mostrare se la testa è inclinata o no. Questo sarà estremamente utile quando si usa un substrato di wafer, poiché una minore immagine della testa di stampa apparirà e sarà molto più facile controllare l&#39;inclinazione. </li><li> Tune la distanza testa-a-substrato a zero. Il motore verticale è accoppiato con un sensore di forza. Quando la testa di stampa è mobile, una lettura forza costante sarà ottenuta (dal peso della testa di stampa e inclinando assiemi manipolatore). Una volta testina di stampa tocca substrato, la lettura ridurrà, segnando la posizione zero. Vedere Figura 4 per l&#39;impostazione del passo di distanza. Utilizzare la modalità jog nella messa a punto della distanza. NOTA: La piastra manipolatore traslazione verticale è collegato alla sua base con le molle e la costante della molla varia leggermente. Così piccole variazioni di sensore di forza sono inevitabili durante l&#39;esperimento. </li><li> Impostare un valore testa-a-substrato per eseguire l&#39;esperimento. In questo esperimento, impostare ladirigersi al substrato gap a 100 micron. </li><li> Regolare il motore fase traslazionale lineare che verrà utilizzato per stampare. Trovare il punto di partenza e punto finale. Registrare questi valori. La distanza corsa del motore lineare è di 100 mm. Qui, impostare 10 di posizione del motore mm come punto di partenza e la posizione 80 millimetri motore come punto finale. </li><li> Impostare la velocità di stampa di 10 mm / sec utilizzando il motore di controllo interfaccia software (Figura 4b). Impostare la velocità di accelerazione del motore fino a 100 m / sec. <ol><li> Se il motore non funziona correttamente o il software è un errore, riavviare il software e fare clic su &quot;Attiva&quot; e quindi &quot;a casa&quot; nell&#39;interfaccia software. Si noti che durante il processo di stampa, la testina di stampa rimane fisso e il substrato si muove per erogare la soluzione e mimare il processo di stampa industriale. </li></ol></li><li> Carico DPPBT: soluzione PCBM (temperatura ambiente) in 1 ml siringa e montare la siringa al pompa a siringa che è collegato allo slotdie stampante. Impostare i parametri di stampa nel controllo software (diametro siringa e velocità di alimentazione soluzione, 0,3 ml / min, in questo caso). </li><li> Avviare l&#39;esperimento di stampa. <ol><li> Spostare il substrato al punto di partenza digitando la posizione del punto di partenza nella finestra di posizione nel controllo software. Si veda la Figura 4c per i dettagli. </li><li> Inizia per pompare soluzione in testa slot di stampo cliccando l&#39;avvio del software pompa a siringa. In alternativa, azionare manualmente la pompa a siringa. Per ogni rivestimento, saranno utilizzati in tutto ~ 100 ml di soluzione. Normalmente, usare 300 ml soluzione per la stampa prima volta e usare ~ 100 ml soluzione per la stampa ripetuta. </li><li> avviare rapidamente il motore di traslazione quando la soluzione inizia ad uscire dalla testa di stampa, e il substrato si sposta alla posizione finale. Si prega di notare che questo è un passaggio fondamentale. Precaricare il motore di traslazione posizione finale nella finestra di posizione, e premere Invio per avviare il motore movement. </li><li> Arrestare la pompa a siringa e sollevare la testina di stampa utilizzando il motore verticale. Girare il vuoto fuori e prendere il substrato al largo della piastra di base. Si noti che il volume morto per questa testa di stampa è di 250 microlitri, e riempiendo la prima volta richiede più di 250 ml di soluzione. </li><li> Caricare il supporto stampato in un forno a vuoto per 3-5 ore per rimuovere il solvente residuo. </li><li> Mettere una capsula di Petri sotto la testina di stampa. Pompa 10 ml di cloroformio nella testa di stampa per pulire la testina. Raccogliere soluzione cloroformica contaminato con il piatto Petri. Usare tamponi di cotone per pulire la testina di stampa, mentre il pompaggio della soluzione di pulizia. Dopo ogni ciclo di rivestimento, pulire la testina di stampa, in particolare quando si usa una soluzione diversa. NOTA: Il DPPBT: soluzione PCBM presenta con un colore verde scuro. Quando la pulizia è completata, nessun colore può essere visto dal solvente cloroformio. </li></ol></li></ol> 4. elettrodo catodico Deposizione <ol><li> caricare ilstrato attivo substrato rivestito su maschere d&#39;ombra (Figura 5) e montare la maschera nella camera di evaporazione. </li><li> Mettere due barche evaporazione termica tra i perni elettrodi (Figura 6a). Caricare una barca con LiF sale (a malapena copre la barca, ~ 0,2 g) e una barca con metallo di alluminio (4 pellet). </li><li> Chiudere la camera di evaporazione e pompa lungo la camera di evaporazione a circa 2 x 10 -6 Torr. </li><li> Impostare la camera di depositare 1 nm di LiF seguito da 100 nm di alluminio. Nel caso attuale, usare il potere del 20% per la deposizione LiF e usare il potere il 26% per Al deposizione. In figura 6b è l&#39;interfaccia di controllo evaporatore del sistema utilizzato in questo studio. </li><li> Smettere di pompe di evacuazione e riempire la camera con gas di azoto. Quando la pressione torna a pressione atmosferica, prendere i substrati fuori. </li></ol> 5. fotovoltaico Performance Measurement <ol><li> Preparare un vetrino che è la metà dellalarghezza del vetro ITO utilizzata nella fabbricazione del dispositivo. Effettuare questa operazione in un vano portaoggetti. Incolla colla epossidica ad un lato del substrato di vetro, e coprire l&#39;area periferica utilizzando i vetrini rivestiti colla epossidica (vedere Figura 11 per dispositivo campione). Quando la colla è indurita, il dispositivo sarà completamente sigillato. </li><li> Avviare la lampada simulazione solare e impostato su AM 1,5 radiazioni con 100 mW / cm 2. Stabilizzare la lampada per circa 15 minuti prima della misurazione. Mostrato in figura 7 è il sistema di misura PV utilizzato in questo studio. </li><li> Montare il dispositivo sotto simulatore solare alla distanza dello strumento suggerito. Collegare l&#39;anodo e il catodo al circuito di misura. Registrazione di una curva corrente-tensione con un multimetro elettrica utilizzando il protocollo del produttore. </li><li> Determinare le prestazioni del dispositivo come segue: J sc: corrente di cortocircuito, la corrente massima che un dispositivo a celle solari in grado di fornire; V oc </sub&gt;: Tensione a circuito aperto, la tensione massima che un dispositivo cella solare può trasportare; FF: fattore di riempimento, la superficie massima in curva IV diviso per J sc * V oc; Efficienza di conversione di potenza, J sc * V oc * FF / (100mW / cm 2): PCE. </li></ol> 6. sincrotrone di misura a raggi X <ol><li> Impostare una scatola di elio per sopprimere dispersione dell&#39;aria nella misurazione dei raggi X. Montare il mini slot coater die nella casella di elio. In figura 8 è la configurazione dell&#39;esperimento di esperimenti di diffrazione a raggi X ad incidenza radente utilizzando una scatola elio a avanzata sorgente luminosa. </li><li> Montare un interferometro ottico sulla macchina da stampa per monitorare la variazione di spessore sopra l&#39;evaporazione del solvente. In questo esperimento, utilizzare un modello UVX (ad esempio, Filmetrix F20). I materiali che vengono utilizzati in questo esperimento hanno un forte assorbimento di luce da 300-900 nm. <ol><li> Utilizzare una lampada sorgente di interferometro ottico °a evita l&#39;assorbimento del materiale. Utilizzare una lampada lunghezza d&#39;onda di 1,100-1,700 nm in questo esperimento. Pre-calibrare lo strumento prima dell&#39;esperimento secondo le sue procedure operative. </li></ol></li><li> Mettere il PEDOT PSS substrato di wafer rivestito sul titolare substrato della stampante e regolare la posizione della testa e del substrato passo successivo 3,2-3,5. Accendere la pompa a vuoto e fare in modo che il substrato di wafer si attacca alla porta substrato ermeticamente. </li><li> Eliminare la casella di elio per eliminare l&#39;aria. Si noti che il livello di ossigeno dovrebbe essere inferiore al 0,3% v, che può essere monitorato dal sensore di ossigeno. </li><li> Allineate il substrato nella posizione in cui i raggi X incide sul substrato (la posizione finale in stampa), e impostare l&#39;angolo di incidenza, 0.16 ° in questo caso. Allineare secondo il protocollo fascio-line. </li><li> Impostare il metodo di acquisizione dei raggi X tempo di esposizione e dei dati. Qui, usare 2 sec il tempo di esposizione, e seguito da 3 secondi di tempo di ritardo (per evitare danni fascio server). Così ogni periodo di esperimentoessere di 5 sec. Effettuare una coda continua di 100 ripetizioni; quindi scattare 100 immagini. </li><li> Nome l&#39;esperimento e scegliere il percorso di dati per salvare i file sperimentali. Mostrato in Figura 9 è la linea di luce 7.3.3 interfaccia utente Advanced Light Source in cui le impostazioni di cui sopra possono essere localizzati facilmente. </li><li> Spostare il substrato alla posizione di partenza inserendo la posizione di partenza nel software di controllo del motore. Avviare l&#39;otturatore di raggi X ed il rivelatore continuamente registrare segnali diffrazione / dispersione. </li><li> Avviare la pompa a siringa per alimentare soluzione in testa di stampa. Quando la soluzione inizia a fuoriuscire dalla testa di stampa (monitorata da una telecamera di sorveglianza), avviare rapidamente il processo di stampa. NOTA: Quando viene raggiunta la posizione di misura prescelto, rivelatore 2-D catturerà il segnale dispersione dalla soluzione. Spessore del film sarà monitorato da interferometro. Così il sottile evoluzione della morfologia pellicola verrà registrato. </li><li> Sollevare la stampantetesta e pulire la testa quando esperimento è fatto. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Il metodo qui descritto si concentra sullo sviluppo di un metodo di preparazione del film che può essere facilmente trasformato in produzione industriale. stampa a film sottile e la caratterizzazione di sincrotrone morfologia sono i passaggi più critici con il protocollo. In precedenti ricerche di laboratorio in scala OPV, spin coating viene utilizzato come metodo dominante per fabbricare dispositivi a film sottile. Tuttavia, questo processo utilizza alta forza centrifuga a diffondersi soluzione BHJ, che è molto diverso da industriale basato fabbricazione roll-to-roll. Così la conoscenza e l&#39;esperienza acquisita dallo studio spin coating non possono essere trasferiti direttamente al grande area fabbricazione del dispositivo. Il dispositivo di rivestimento in stampo mini slot presentato negli studi in corso è simile al dispositivo di rivestimento della pellicola industriale e, quindi, sarà l&#39;ideale per i test pre-industriale. I parametri che controllano la morfologia film, che corrispondono alle prestazioni del dispositivo, devono essere nuovamente. Il costo del materiale di rivestimento in pressofusione mini-slot è minima e, quindi,grande quantità di condizioni di fabbricazione di dispositivi può essere ottimizzato. Una misurazione sincrotrone viene utilizzato per determinare l&#39;evoluzione morfologia eterogiunzione bulk (BHJ) film sottili celle solari. Eseguiamo diffrazione di raggi X incidenza radente (GIXD) e incidenza radente dispersione di raggi X (GISAXS) per monitorare l&#39;evoluzione della struttura. E &#39;ideale per eseguire questi due esperimenti insieme. Se non è possibile, essi possono essere effettuati separatamente. L&#39;unica differenza tra GIXD e GISAXS è la distanza sample-to-rivelatore, e quindi descriviamo solo i dettagli dell&#39;esperimento volta. PEDOT: PSS wafer di silicio rivestito saranno utilizzati come rivestimento di substrati. Il processo di stampa è uguale al processo di fabbricazione del dispositivo. È fondamentale che la posizione di stampa sul substrato è ben calcolata per assicurarsi che l&#39;intervallo q diritto può essere raggiunta e il punto di substrato di partenza e punto finale può essere esposto ai raggi X. Si noti inoltre che l&#39;esperimento GIXD, il campione dista-to-detectornce è piccola, e il rilevatore è montato abbastanza vicino alla scatola di elio. Nell&#39;esperimento GISAXS, un tubo volante è necessario ridurre la dispersione dell&#39;aria in quanto la distanza campione-to-rivelatore è abbastanza grande (~ 4 m in questo contesto esperimento). Si prega di notare che entrambi GIXD e le misurazioni vengono effettuate GISAXS alla posizione finale. Quando il processo di stampa raggiunge la posizione finale, il motore di traslazione lineare arresta, e viene generato continua a raggi X dati di scattering / diffrazione. Si noti che la distanza da percorrere per la fase di traslazione lineare è di 10 cm. Alla posizione di partenza, il substrato è lontano dal fascio di raggi X, e solo il segnale di trasmissione a sfondo viene registrato nel rivelatore di raggi X 2-D. Quando il substrato si sposta nella posizione di misura, cambierà dalla trasmissione disperdersi dispersione incidenza radente, e questa transizione può essere usato come marcatore di partenza dell&#39;esperimento. Le ridotte dimensioni del mini-slot di stampo coater è particolarmente adatto per R<html> uso di laboratorio icerca. Il consumo di materiali foto-attivi è piuttosto basso. Normalmente, 10 mg di polimero coniugato può fare 1-2 ml di soluzione. Il volume morto nella testina di stampa è di circa 0,25 ml. In ogni esperimento rivestimento, ~ 0,1 ml viene utilizzato. Così, questo nuovo metodo è efficiente con l&#39;utilizzo di materiale. Normalmente 100-200 mg di materiali sarà sufficiente per lo screening di una vasta matrice di condizioni di trattamento, come ad esempio il rapporto di miscelazione, la scelta del solvente, ricottura termica, rendendo mini-slot di morire rivestimento un metodo efficace nella nuova proiezione di materiali. Durante l&#39;esperimento di stampa, assicurarsi che la pompa a siringa non superi il suo limite. Pulire la testa correttamente per smaltire l&#39;accumulo di solidi all&#39;interno delle feritoie di testa; altrimenti, marmellata sistema. Quando si passa da una soluzione all&#39;altra, eseguire una pulizia completa; altrimenti la contaminazione incrociata può accadere. Il fotone attiva polimero mostra il suo colore distinto, che può essere utilizzato come un indicatore del fatto che la testa è completamente pulito o meno. ve_content &quot;&gt; Il dado spalmatrice mini-slot può essere utilizzato in vari campi relativi al trattamento film sottile. Nel trattamento di dispositivi OPV, nuovi parametri possono essere inclusi. Ad esempio, la temperatura dello scomparto filiera può essere controllata, e quindi un rivestimento soluzione calda . può essere raggiunto il substrato può anche essere riscaldata,.. in tal modo il tasso di evaporazione del solvente può essere messo a punto diverse velocità di rivestimento può essere utilizzato anche per variare la velocità di taglio per controllare la morfologia Negli esperimenti attuali, solo l&#39;esperimento più semplice utilizzando un substrato duro è dimostrata. substrati conduttivi plastica possono anche essere usati per fabbricare dispositivi flessibili. Rispetto a girare rivestimento, rivestimento die mini-scanalatura fornisce una lavorazione simile a fabbricazione industriale, che è fondamentale per aiutare ottimizzare industrializzazione della tecnica OPV. un limite maggiore di questa tecnica è che la fabbricazione dispositivo non può essere continuo, che avrebbe bisogno di una macchina di rivestimento roll-to-roll. Tuttavia, il rivestimento stampo mini-slot può rapidamentedi ottimizzare le condizioni di trasformazione e di screening materiale veloce. Queste osservazioni forniscono informazioni utili per la produzione di grande pannello roll-to-roll.

fotovoltaico organico (OPV) sono una tecnologia promettente per la produzione di energie rinnovabili di costo-efficacia nel prossimo futuro. 1, 2, 3 sforzi tremendi sono stati fatti per sviluppare polimeri foto-attivi e fabbricare dispositivi ad alta efficienza. Fino ad oggi, singoli dispositivi strati OPV hanno raggiunto una efficienza di conversione di potenza&gt; 10% (PCE). Queste efficienze sono stati ottenuti sui dispositivi su scala di laboratorio utilizzando spin coating per generare il film, e la traduzione di dispositivi su scala più grande formato è stata carica di una significativa riduzione del PCE. 4, 5 Nell&#39;industria, roll-to-roll rivestimento della pellicola sottile (R2R) basato viene utilizzato per generare fotoni film sottili attivi su substrati conduttivi, che è abbastanza differente da processi tipici scala di laboratorio, in particolare nella velocità di rimozione del solvente. Questo è fondamentale in quanto le morfologie sono kinetically intrappolati, derivante dalla sinergia tra più processi cinetici, tra cui la separazione di fase, l&#39;ordinazione, l&#39;orientamento e l&#39;evaporazione del solvente. 6, 7 Questa morfologia cineticamente intrappolato, però, determina in gran parte le prestazioni dei dispositivi a celle solari. Così, la comprensione dello sviluppo della morfologia durante il processo di rivestimento è di grande importanza per manipolare la morfologia in modo da ottimizzare le prestazioni. L&#39;ottimizzazione della morfologia richiede la comprensione della cinetica associata con l&#39;ordinamento del polimero buco conduttore in soluzione come solvente viene rimosso; 8, 9 quantificare le interazioni del polimero con il conduttore di elettroni fullerene based; 10, 11, 12 comprensione dei ruoli di additivi nella definizione morfologia; 13, 14, 15 e bilanciare i tassi relativi di evaporazione del solvente (s) e additivi. 16 E &#39;stata una sfida per caratterizzare l&#39;evoluzione della morfologia quantitativamente nel livello attivo in un ambiente di interesse industriale. Il processo di roll-to-roll è stato studiato per la fabbricazione di dispositivi di grandi dimensioni OPV. 4, 17 Tuttavia, questi studi sono stati condotti in un ambiente di produzione in cui vengono utilizzati grandi quantità di materiali, limitando efficacemente studi a polimeri disponibili in commercio. In questo lavoro, la scheda tecnica di fabbricazione di dispositivi OPV utilizzando un sistema di rivestimento stampo mini slot sono dimostrati. parametri di rivestimento quali cinetica pellicola di essiccazione e il controllo dello spessore del film sono applicabili ai processi su larga scala, rendendo questo studio direttamente correlate a fa l&#39;industrialubrificazioni. Inoltre, una piccola quantità di materiale è utilizzato nella mini esperimento rivestimento fessura stampo, rendendo questa elaborazione applica ai nuovi materiali sintetici. Nella progettazione, questo mini slot die coater può essere montato su stazioni finali sincrotrone, e pascolo pertanto incidenza piccola X-ray scattering angolo (GISAXS) e diffrazione a raggi X (GIXD) può essere utilizzato per consentire studi in tempo reale sull&#39;evoluzione della morfologia su una vasta gamma di lunghezza scale in diverse fasi del processo di essiccazione film sotto una varietà di condizioni di lavorazione. Le informazioni ottenute in questi studi possono essere trasferiti direttamente ad un ambiente di produzione industriale. La piccola quantità di materiale utilizzato consente un rapido screening di un gran numero di materiali foto-attivi e loro miscele in varie condizioni di lavorazione. Il diketopyrrolopyrrole semi-cristallino e quaterthiophene (DPPBT) basato banda bassa polimero coniugato viene utilizzato come materiale modello di donatori, e (6,6) fenil C71-butyric estere metilico (PC 71 BM) viene utilizzato come accettore elettronico. 18, 19 è mostrato in studi precedenti che DPPBT: PC 71 BM miscele formare grandi dimensioni separazione di fase quando si utilizza il cloroformio come solvente. A cloroformio: 1,2-diclorobenzene miscela solvente può ridurre la dimensione di separazione di fase e quindi aumentare le prestazioni del dispositivo. La formazione morfologia durante il processo di essiccazione solvente è studiato in situ da pascolo diffrazione incidenza dei raggi X e dispersione. Dispositivi di celle solari fabbricati usando il dado verniciatore mini slot ha mostrato un PCE media del 5,2% con le migliori condizioni di miscela di solventi, 20 che è simile a spin-coating dispositivi fabbricati. Il dispositivo a induzione mini-slot di stampo si apre un nuovo percorso per fabbricare dispositivi di celle solari in un ambiente di laboratorio di ricerca che imita un processo industriale, colmando una lacuna nel predire la vitalità di questi materiali in un industrialmente relimpostazione Evant.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="787">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">PC71BM</td>
			<td style="width:263px;">Nano-C Inc</td>
			<td style="width:184px;">nano-c-PCBM-SF</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">DPPBT</td>
			<td style="width:263px;">The University of Massachusetts</td>
			<td style="width:184px;">Custom Made</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">PEDOT:PSS</td>
			<td style="width:263px;">Heraeus</td>
			<td style="width:184px;">P VP Al 4083</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Mucasol Liquid Cleaner</td>
			<td style="width:263px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:184px;">Z637181</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Acetone</td>
			<td style="width:263px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:184px;">270725</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Isopropyl Alcohol</td>
			<td style="width:263px;">BDH</td>
			<td style="width:184px;">BDH1133</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Chloroform</td>
			<td style="width:263px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:184px;">372978&#160;</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">1,2-diChlorobenzene</td>
			<td style="width:263px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:184px;">240664</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Lithium fluoride</td>
			<td style="width:263px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:184px;">669431</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Aluminum</td>
			<td style="width:263px;">Kurt Lesker</td>
			<td style="width:184px;">EVMAL50QXHD</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Glass vials</td>
			<td style="width:263px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:184px;">03-391-7B</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Ultrasonic Cleaner</td>
			<td style="width:263px;">Cleanosonic</td>
			<td style="width:184px;">Branson 2800</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Oven</td>
			<td style="width:263px;">WVR</td>
			<td style="width:184px;">414005-118</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Cleaning Rack</td>
			<td style="width:263px;">Lawrence Berkeley National Lab</td>
			<td style="width:184px;">Custom Made</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Shadow Mask</td>
			<td style="width:263px;">Lawrence Berkeley National Lab</td>
			<td style="width:184px;">Custom Made</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">UV-Ozone Cleaner</td>
			<td style="width:263px;">UVOCS INC</td>
			<td style="width:184px;">T16X16 OES</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Glove Box</td>
			<td style="width:263px;">MBraun</td>
			<td style="width:184px;">Custom Made</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Evaporator</td>
			<td style="width:263px;">MBraun</td>
			<td style="width:184px;">Custom Made</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Slot Die Coater</td>
			<td style="width:263px;">Jema Science Inc</td>
			<td style="width:184px;">Custom Made</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Solar Simulator</td>
			<td style="width:263px;">Newport</td>
			<td style="width:184px;">Class ABB</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Spin Coater</td>
			<td style="width:263px;">SCS Equipment</td>
			<td style="width:184px;">SCS G3</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">Hot Plate</td>
			<td style="width:263px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:184px;">SP131015Q</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:191px;">X-ray Measurement</td>
			<td style="width:263px;">Lawrence Berkeley National Lab</td>
			<td style="width:184px;">Beamline 7.3.3</td>
			<td style="width:149px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

printing fabrication of bulk heterojunction solar cells and in situ morphology characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Mostrato in figura 3 è il sistema di rivestimento die mini-slot. Si compone di una macchina di rivestimento, una pompa a siringa e una scatola di controllo centrale. La macchina di rivestimento è parte essenziale, che è fatto di una testa scanalatura dado, uno stadio traslazionale orizzontale, ed uno stadio di traslazione verticale. La testa scanalatura dado è montato alla base di un motore di traslazione verticale attraverso un 2-D inclinazione manipolatore. La Figura 10a mostra il corpo principale della stampante senza montare la testina di stampa da cui è evidenziato il 2-D inclinazione manipolatore. La Figura 10b mostra il montaggio della testina di stampa per il 2-D inclinazione manipolatore. Figura 10c mostra un&#39;immagine ingrandita della testina di stampa e la piastra di base. Un sensore di forza è costruito nella fase di traslazione verticale. Negli esperimenti, la fase di traslazione verticale viene utilizzato per regolare la distanza testa-a-substrato, e il motore basculante 2-D è usato per regost la testa di essere rigorosamente verticale. Il sensore di forza viene utilizzato per monitorare il peso del sistema di fessura filiera. Una volta che la testa tocca il substrato, si osserverà un salto dalla lettura positiva ad una lettura negativa, che indica la posizione della testa. La testa viene spostata fino all&#39;altezza desiderata per dare una certa distanza. Durante la stampa, il capo di slot dado è la parte inferiore si sposta fase di traslazione orizzontale fissa e. Con liquido che viene erogato dalla fessura testa, una pellicola uniforme può essere ottenuto. Va ricordato che sia la testina di stampa e la piastra di supporto hanno affinato i sistemi di controllo della temperatura. Un intervallo di temperatura dalla temperatura ambiente a 150 ° C può essere utilizzato durante la stampa per questo sistema. Figura 11a mostra un substrato ITO rivestito con polimero coniugato: PCBM miscele. Il film è abbastanza liscia visivamente. Va notato che l&#39;inizio e la fine della pellicola rivestita non è sempre uniforme, a causa del menisco costituito e l&#39;asciugatura dai bordi. Se la su<html> bstrate è sufficiente o se il substrato viene rivestito in modo continuo (come con una stampante R2R), questo problema può essere risolto. substrato appena rivestito (vetro / ITO / PEDOT PSS / livello attivo) viene trasferito in un forno sotto vuoto in un breve periodo e poi caricato in maschere d&#39;ombra. La maschera viene caricato in evaporatore a depositare catodo strato sottile. Mostrato in figura 5 è una maschera d&#39;ombra che viene utilizzato nell&#39;esperimento. La Figura 11b mostra un dispositivo completata dopo la deposizione strato catodico. Le prestazioni del dispositivo è misurata con un simulatore solare inferiore a 100 mW / cm 2 AM 1.5 condizione. In figura 12 è una curva rappresentativa corrente-tensione di un mini-slot di morire dispositivo rivestito. Un rendimento medio di conversione di potenza del 5,2% si ottiene per Die dispositivi rivestiti di slot, che è vicino a quello ottenuto con spin coating (~ 5,6% PCE). 1 &quot;&gt; in situ esperimenti GIXD e GISAXS sono metodi utili per seguire l&#39;evoluzione della morfologia dell&#39;inchiostro BHJ stampata. La cristallizzazione polimero può essere rintracciato dall&#39;esperimento e fase di separazione GIXD possono essere monitorati da GISAXS. Negli esperimenti, il mini slot die coater è montato su un goniometro all&#39;interno della scatola di elio (Figura 13). il collegamento del cavo sarà accoppiato e quindi, gli strumenti può essere azionato dall&#39;esterno della gabbia sincrotrone. in Figura 14 è la centrale operativa alla linea di luce a raggi X . il computer in alto a sinistra controlla i parametri linea di luce, il computer centrale è l&#39;interfaccia operativa linea di luce che controlla l&#39;otturatore di raggi X e registra i dati, il computer sinistra è la finestra analogica per due videosorveglianza all&#39;interno della gabbia, si concentra sulla posizione del campione e ci si concentra sulla testa fenditura fessura filiera e quindi in grado di monitorare lo stato di soluzione, il computer in basso a sinistra corre cervo traslazione orizzontale e verticaleil software del motore di posta e software di controllo pompa a siringa. Mostrato in figura 15 è un tipico in situ incidenza radente piccolo angolo di diffusione esperimento durante l&#39;essiccazione del solvente. L&#39;evoluzione temporale è un colore. Nella fase precedente di asciugatura (un eccesso di solvente esisteva), una curva di dispersione rosso è visto, e si fonde mescolato bene. Un picco dispersione progressivamente sviluppato intorno 0,02 A -1, che indica un ~ 60 nm di separazione di fase. Queste informazioni, se accoppiato con risultati in situ GIXD, ci dirà la cinetica di cristallizzazione dei polimeri e separazione di fase. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53710/53710fig1.jpg" /> Figura 1: Struttura chimica di coniugato DPPBT polimero e PC fullerene modificati chimicamente 71 BM usato in questo studio. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53710/53710fig1large.jpg" target="_blank">Si prega di fare clic</a>qui per vedere una versione più grande di questa figura. <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/53710/53710fig2.jpg" /> Figura 2: 1/3 rimosso substrati Ito e cremagliera Teflon utilizzati nella pulizia del vetro ITO. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53710/53710fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53710/53710fig3.jpg" /> Figura 3: (a) il corpo principale del Mini slot die coater. La testina di stampa è montato sul manipolatore ribaltamento. Le due manopole sopra la testa fessura stampo vengono usati per ribaltando della testa di stampa. Un motore passo-passo di forma rotonda è montato verticalmente per fornire il movimento verticale della testa di stampa. La fase di traslazione orizzontale principale è montato sullo zoccolo per fornire linearemotion per rivestire il film. Sia la testa e il substrato di base la stampa può essere riscaldata. (B) scatola di controllo con pompa a siringa montato sulla parte superiore. Il cubo sinistra è il controllore del motore verticale; il cubo centrale è il controllore del motore orizzontale; destra tre pannelli sono regolatore di temperatura per la testa (in alto), regolatore di temperatura per la base (centro) e sensore di forza. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53710/53710fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53710/53710fig4.jpg" /> Figura 4: mini-slot di morire motore della stampante controllo interfacce software. (A) interfaccia software principale: il motore passo-passo verticale software di controllo è il software del motore di traslazione superiore e lineare è sul fondo; (B) livello di velocità e accelerazioneImpostazione interfaccia sia per il motore di traslazione verticale e orizzontale; (C) posizione di impostazione per il motore di traslazione orizzontale. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53710/53710fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53710/53710fig5.jpg" /> Figura 5: maschera Utilizzato in deposizione strato catodico. substrati del dispositivo verranno caricati nella zona di taglio della maschera. La maschera sarà montato sulla camera di evaporazione, e elettrodo metallico sarà depositato attraverso le aree rettangolo taglio. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53710/53710fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/53710/53710fig6.jpg" /> &lt;br /&gt; Figura 6: (a) evaporatore e la layout borchie elettrodi. Nel funzionamento, tantalio barca metallo sarà montato in-tra borchie elettrodi. Elettrodo metallico sarà caricato in barca; e la corrente elettrica riscalda la barca termicamente evaporare metallo dell&#39;elettrodo. Interfaccia di controllo (b) evaporatore. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53710/53710fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/53710/53710fig7.jpg" /> Figura 7: sistema di misurazione fotovoltaico standard. (A) simulatore solare; (B) del controller simulatore solare; (C) regolatore di flusso simulatore solare. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53710/53710fig7large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande</a><html> questa figura. <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/53710/53710fig8.jpg" /> Figura 8: Pascolo esperimenti di diffrazione incidenza dei raggi X utilizzando scatola di elio. La scatola di elio viene utilizzato per generare un ambiente sperimentale che ha meno dispersione dell&#39;aria. stampante stampo slot è installata all&#39;interno della scatola di elio durante l&#39;esperimento. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53710/53710fig8large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 9" src="/files/ftp_upload/53710/53710fig9.jpg" /> Figura 9: L&#39;interfaccia del software di controllo di sincrotrone linea di luce. Questa interfaccia controlla l&#39;esperimento linea di luce. Il pannello di sinistra viene utilizzato per allineare campioni; il pannello di destra controlla la radiografia tempo di esposizione, nome dell&#39;esperimento, e visualizza il segnale di dispersione.<html> : //ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53710/53710fig9large.jpg &quot;Target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. <img alt="Figura 10" src="/files/ftp_upload/53710/53710fig10.jpg" /> Figura 10: stampante die Mini slot parti principali ingrandite. (A) del corpo principale del dispositivo a induzione fessura stampo. Un motore verticale è accoppiato con un sensore di forza cella di carico ed integrato su un manipolatore verticale. Un ribaltamento manipolatore 2-D è montato sul manipolatore verticale. (B) La testina di stampa che è montato sul 2-D inclinazione manipolatore. (C) Zoom in foto di testina di stampa. La testa è molto vicino alla piastra di base, a questo punto. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53710/53710fig10large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> re 11 &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 53710 / 53710fig11.jpg &quot;/&gt; Figura 11: Photon livello attivo substrato rivestito (a sinistra) e dispositivi completati dopo la deposizione strato catodico (a destra). <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53710/53710fig11large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 12" src="/files/ftp_upload/53710/53710fig12.jpg" /> Figura 12: Curva corrente-tensione di slot di morire dispositivo rivestito. corrente di corto circuito, tensione a circuito aperto può essere letta dalle intercettazioni curva di assi. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53710/53710fig12large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 13" src="/files/ftp_upload/53710/53710fig13.jpg" /> Figura 13: </<html> strong&gt; Mini slot die coater caricato all&#39;interno della scatola di elio nella stazione di sincrotrone. (A) Vista frontale; (B) vista laterale. interferometro ottico è montato per controllare lo spessore della pellicola rivestita. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53710/53710fig13large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 14" src="/files/ftp_upload/53710/53710fig14.jpg" /> Figura 14: sistema di in-situ slot mini stampo esperimento rivestimento Controllo in Advanced Light Source Beamline 7.3.3. Ogni interfaccia è etichettato in figura. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53710/53710fig14large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> 3710fig15.jpg &quot;/&gt; Figura 15: Tipico GISAXS morfologia evoluzione. raccordo Curve è necessario ottenere le informazioni di separazioni di fase. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53710/53710fig15large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

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Stampa di fabbricazione di celle solari a eterogiunzione in massa e caratterizzazione della morfologia in situ | Ingegneria | Video

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

Qui, vi presentiamo un protocollo per fabbricare celle solari a film sottile organico utilizzando uno stampo dispositivo a induzione mini slot e le relative caratterizzazioni struttura in linea con le tecniche di scattering di sincrotrone.

La stampa Fabbricazione di massa eterogiunzione celle solari e<em&gt; In Situ</em&gt; Morfologia Caratterizzazione

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

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

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10.2K Views.  Lawrence Berkeley National Laboratory.  Qui, vi presentiamo un protocollo per fabbricare celle solari a film sottile organico utilizzando uno stampo dispositivo a induzione mini slot e le relative caratterizzazioni struttura in linea con le tecniche di scattering di sincrotrone. 

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

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Metamaterials (MM), artificial materials engineered to have properties that may not be found in nature, have been widely explored since the first theoretical1 and experimental demonstration2 of their unique properties. MMs can provide a highly controllable electromagnetic response, and to date have been demonstrated in every technologically relevant spectral range including the optical3, near IR4, mid IR5 , THz6 , mm-wave7 , microwave8 and radio9 bands. Applications include perfect lenses10, sensors11, telecommunications12, invisibility cloaks13 and filters14,15. We have recently developed single band16, dual band17 and broadband18 THz metamaterial absorber devices capable of greater than 80% absorption at the resonance peak. The concept of a MM absorber is especially important at THz frequencies where it is difficult to find strong frequency selective THz absorbers19. In our MM absorber the THz radiation is absorbed in a thickness of ~ &lambda;/20, overcoming the thickness limitation of traditional quarter wavelength absorbers. MM absorbers naturally lend themselves to THz detection applications, such as thermal sensors, and if integrated with suitable THz sources (e.g. QCLs), could lead to compact, highly sensitive, low cost, real time THz imaging systems.

This protocol outlines the simulation, fabrication and characterization of THz metamaterial absorbers. Such absorbers, when coupled with an appropriate sensor, have applications in THz imaging and spectroscopy.

Simulazione, fabbricazione e caratterizzazione di THz Assorbitori metamateriale

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

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Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view and for its considerable potential for practical applications. Slow light photonic crystal waveguides, in particular, have played a major part and have been successfully employed for delaying optical signals1-4 and the enhancement of both linear5-7 and nonlinear devices.8-11
Photonic crystal cavities achieve similar effects to that of slow light waveguides, but over a reduced band-width. These cavities offer high Q-factor/volume ratio, for the realization of optically12 and electrically13 pumped ultra-low threshold lasers and the enhancement of nonlinear effects.14-16 Furthermore, passive filters17 and modulators18-19 have been demonstrated, exhibiting ultra-narrow line-width, high free-spectral range and record values of low energy consumption.
To attain these exciting results, a robust repeatable fabrication protocol must be developed. In this paper we take an in-depth look at our fabrication protocol which employs electron-beam lithography for the definition of photonic crystal patterns and uses wet and dry etching techniques. Our optimised fabrication recipe results in photonic crystals that do not suffer from vertical asymmetry and exhibit very good edge-wall roughness. We discuss the results of varying the etching parameters and the detrimental effects that they can have on a device, leading to a diagnostic route that can be taken to identify and eliminate similar issues.
The key to evaluating slow light waveguides is the passive characterization of transmission and group index spectra. Various methods have been reported, most notably resolving the Fabry-Perot fringes of the transmission spectrum20-21 and interferometric techniques.22-25 Here, we describe a direct, broadband measurement technique combining spectral interferometry with Fourier transform analysis.26 Our method stands out for its simplicity and power, as we can characterise a bare photonic crystal with access waveguides, without need for on-chip interference components, and the setup only consists of a Mach-Zehnder interferometer, with no need for moving parts and delay scans.
When characterising photonic crystal cavities, techniques involving internal sources21 or external waveguides directly coupled to the cavity27 impact on the performance of the cavity itself, thereby distorting the measurement. Here, we describe a novel and non-intrusive technique that makes use of a cross-polarised probe beam and is known as resonant scattering (RS), where the probe is coupled out-of plane into the cavity through an objective. The technique was first demonstrated by McCutcheon et al.28 and further developed by Galli et al.29

Use of photonic crystal slow light waveguides and cavities has been widely adopted by the photonics community in many differing applications. Therefore fabrication and characterization of these devices are of great interest. This paper outlines our fabrication technique and two optical characterization methods, namely: interferometric (waveguides) and resonant scattering (cavities).

Fabbricazione e caratterizzazione di guide d&#39;onda fotoniche di cristallo di luce lenta e cavità

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical Saturable Transitions (POST). In this technique the chemical properties of organic photochromic molecules that undergo single-photon reactions are exploited, enabling rapid top-down nanopatterning over large areas at low light intensities, thereby, allowing for the circumvention of the far-field diffraction barrier.4 Simple, cost-effective, high throughput and resolution alternatives to nanopatterning are being explored, such as, two-photon polymerization5,6, beam pen lithography (BPL)7, scanning electron beam lithography (SEBL), and focused ion beam (FIB) patterning. However, multi-photon approaches require high light intensities, which limit their potential for high throughput and offer low image contrast. Although, electron and ion beam lithographic processes offer increased resolution, the serial nature of the process is limited to slow writing speeds, which also prevents patterning of features over large areas. Beam-pen lithography is an approach towards parallel near-field optical lithography. However, the gap between the source of the beam and the surface of the photoresist needs to be controlled extremely precisely for good pattern uniformity and this is very challenging to accomplish for large arrays of beams. Patterning via Optical Saturable Transitions (POST) is an alternative optical nanopatterning technique for patterning sub-wavelength features1-3. Since this technique uses single photons instead of electrons, it is extremely fast and does not require high light intensities1-3, opening the door to massive parallelization.

We report that the diffraction limit of conventional optical lithography can be overcome by exploiting the transitions of organic photochromic derivatives induced by their photoisomerization at low light intensities.1-3 This paper outlines our fabrication technique and two locking mechanisms, namely: dissolution of one photoisomer and electrochemical oxidation.

Patterning via ottici saturabili Transitions - fabbricazione e la caratterizzazione

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

Integrazione di luce Trapping Argento Nanostrutture in silicio microcristallino idrogenato celle solari tramite bonifico stampa

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must be smaller than the incident wavelength of sound and the width of the fluidic channels are typically tens to hundreds of micrometers across, acoustofluidic devices typically use ultrasonic waves generated from a piezoelectric transducer pulsating at high frequencies (in the megahertz range). At characteristic frequencies that depend on the geometry of the device, it is possible to induce the formation of standing waves that can focus particles along desired fluidic streamlines within a bulk flow. Here, we describe a method for the fabrication of acoustophoretic devices from common materials and clean room equipment. We show representative results for the focusing of particles with positive or negative acoustic contrast factors, which move towards the pressure nodes or antinodes of the standing waves, respectively. These devices offer enormous practical utility for precisely positioning large numbers of microscopic entities (e.g., cells) in stationary or flowing fluids for applications ranging from cytometry to assembly.

Acoustofluidic devices use ultrasonic waves within microfluidic channels to manipulate, concentrate and isolate suspended micro and nanoscopic entities. This protocol describes the fabrication and operation of such a device supporting bulk acoustic standing waves to focus particles in a central streamline without the aid of sheath fluids.

Realizzazione e di funzionamento dei dispositivi che supportano Acoustofluidic Bulk onde acustiche piedi per guaina di messa a fuoco di particelle

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

Fabbricazione e caratterizzazione di superconduttori risonatori

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Digital Printing of Titanium Dioxide for Dye Sensitized Solar Cells

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

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

La stampa digitale di biossido di titanio per le celle solari dye sensibilizzato

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

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

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

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

Controllo Morfologia per Bulk-eterogiunzione completamente stampabili celle solari organiche-inorganici a base di un Ti-alcossido e semiconduttore Polymer

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

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction of degradation mechanisms and prevention of module field failure can consequently decrease investment risks as well as increase the electricity yield. An improved knowledge level can for these reasons significantly decrease the total costs of PV electricity. 
In order to better understand and minimize the degradation of PV modules, the occurring degradation mechanisms and conditions should be identified. This should preferably happen under combined stresses, since modules in the field are also simultaneously exposed to multiple stress factors. Therefore, two 'Combined Stress test with in situ measurement' setups have been designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, illumination, and electrical biases as independently controlled stress factors on solar cells and minimodules. The setups also allow real-time monitoring of the electrical properties of these samples. This protocol presents these setups and describes the experimental possibilities. Moreover, results obtained with these setups are also presented: various examples about the influence of both deposition and degradation conditions on the stability of thin film Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) as well as Cu2ZnSnSe4 (CZTS) solar cells are described. Results on the temperature dependency of CIGS solar cells are also presented.

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

Two &#39;Combined Stress test with in situ measurement&#39; setups, which allow real-time monitoring of accelerated degradation of solar cells and modules, were designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, electrical biases, and illumination as independently controlled stress factors. The setups and various experiments executed are presented.

In Situ Monitoraggio del degrado prestazioni accelerate di celle e moduli solari: un caso di studio per le celle solari di Cu (In, Ga) Se2

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...

Developing High Performance GaP/Si Heterojunction Solar Cells

To improve the efficiency of Si-based solar cells beyond their Shockley-Queisser limit, the optimal path is to integrate them with III-V-based solar cells. In this work, we present high performance GaP/Si heterojunction solar cells with a high Si minority-carrier lifetime and high crystal quality of epitaxial GaP layers. It is shown that by applying phosphorus (P)-diffusion layers into the Si substrate and a SiNx layer, the Si minority-carrier lifetime can be well-maintained during the GaP growth in the molecular beam epitaxy (MBE). By controlling the growth conditions, the high crystal quality of GaP was grown on the P-rich Si surface. The film quality is characterized by atomic force microscopy and high-resolution x-ray diffraction. In addition, MoOx was implemented as a hole-selective contact that led to a significant increase in the short-circuit current density. The achieved high device performance of the GaP/Si heterojunction solar cells establishes a path for further enhancement of the performance of Si-based photovoltaic devices.

Here, we present a protocol to develop high-performance GaP/Si heterojunction solar cells with a high Si minority-carrier lifetime.

Lo sviluppo di celle solari ad alte prestazioni GaP/Si Heterojunction

To improve the efficiency of Si-based solar cells beyond their Shockley-Queisser limit, the optimal path is to integrate them with III-V-based solar ...