Ossila Material PTB7 CAS: 1266549-31-8 PTB7

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Chargeinformationen

Ossila Material PTB7 CAS: 1266549-31-8 PTB7

Anwendungen

PTB7 für leistungsstarke organische Photovoltaik.

Poly[[4,8-Bis[(2-Ethylhexyl)oxy]benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophen-2,6-diyl][3-Fluor-2-[(2-Ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4-b]thiophendiyl]], allgemein als PTB7 bekannt.

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PTB7 liefert einige der höchsten berichteten Effizienzen für Polymer: Fulleren Solarzellen aufgrund seiner erweiterten Absorption in das nahe Infrarot und niedrigeren HOMO-Niveau. Zusammen mit unserem kompletten Paket an Verarbeitungsinformationen wird PTB7 zu einer schnellen und einfachen Möglichkeit, die Geräteeffizienz zu verbessern. Dies stellt eine kostengünstige Methode dar, um die Leistung und Auswirkungen von Geräten und Daten für eine breite Palette von OPV-bezogenen Forschungen zu erhöhen.

Bei typischen Konzentrationen für Spin-beschichtete Geräte von 10 mg/ml erzeugt eine Standardcharge von 100 mg 10 ml Tinte - ausreichend, um 200 von Ossila's Standard-Größe-Substraten zu beschichten, auch unter Annahme von 50% Tintenverlust während der Herstellung und Filtration. Bei Konzentrationen von 1 mg/ml (typischer für Tintenstrahldruck und Sprühbeschichtung) können bis zu 100 ml Tinte hergestellt werden.

In einer standardisierten Referenzarchitektur (unter Verwendung einer PEDOT:PSS-Lochschnittstelle und einer Ca/Al-Elektronenschnittstelle) haben wir gezeigt, dass diese Charge eine PCE von 6,8% (siehe Datenblatt unten) und bis zu 7,4% unter Verwendung von PFN liefert. Durch die Verwendung neuer Schnittstellenmaterialien und -architekturen hat sich in der Literatur gezeigt, dass PTB7 Effizienzen von 9,2% PCE erreicht [1,2].

Die hohe Löslichkeit in einer Vielzahl von Lösungsmitteln macht die Tintenzubereitung und -filtration einfach, und PTB7 ist eines der einfachsten Materialien, mit denen wir je gearbeitet haben (schütteln Sie es einfach, um sich zu lösen). Dies macht es auch zu einem ausgezeichneten Kandidaten für eine Vielzahl von Beschichtungstechniken, einschließlich Tintenstrahldruck, Sprühbeschichtung und Klingenbeschichtung.

Für Informationen zur Verarbeitung lesen Sie bitte unsere spezifischen Fertigungsdetails für PTB7, allgemeines Fertigungsvideo, allgemeine Fertigungsanleitung, optisches Modellierpapier zu unserer Standardarchitektur [3] oder uns für zusätzliche Hilfe und Unterstützung.

Referenzen(Bitte beachten Sie, dass Ossila keine formelle Verbindung zu den Autoren oder Institutionen in diesen Referenzen hat):

• [1]Verbesserte Energieumwandlungseffizienz in Polymer-Solarzellen mittels einer invertierten GerätestrukturZhicai He et al., Nature Photonics, V 6, S 591-595 (2012).
• [2]Gleichzeitige Erhöhung der Open-Circuit-Spannung, der Kurzschlussstromdichte und des Füllfaktors in Polymer-SolarzellenZhicai He et al., Fortgeschrittene Materialien, V 23, S. 4636-4643 (2011).
• [3]Optimierung der Effizienz von Carbazol-Copolymer-Solarzellen durch Steuerung der MetallkathodenelektrodeDarren C. Watters et al., Organische Elektronik, V 13, S 1401-1408 (2012)
• [4]Konstruktion von ternaren Mischungsmassen-Heterojunktions-Solarzellen mit reduzierter Trägerrekombination und einem Füllfaktor von 77%,N. Gasparini et al., Nat. Energie, 16118 (2016); doi:10.1038/nenergy.2016.118 (Ossila PTB7 wurde in diesem Papier vorgestellt).

Ossila Material PTB7 CAS: 1266549-31-8 PTB7

Datenblatt

Chemische Struktur von PTB7; Chemische Formel (C)₄₁H₅₃FO₄S₄)_n.

Spezifikationen

Verwendung Details

Invertierte Referenzgeräte

Zur Beurteilung der Wirkung von PTB7:PC wurden Referenzgeräte auf Charge M211 hergestellt₇₀BM aktive Schichtdicke auf OPV Effizienz mit einer umgekehrten Architektur mit der folgenden Struktur. Diese bestanden aus der untenstehenden Struktur und wurden vor der Verkapslung und Messung unter Umgebungsbedingungen unter inerter Atmosphäre (Handschuhbox) hergestellt.

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

Für allgemeine Details sehen Sie bitte die allgemeine Herstellungsanleitung und das Video. Spezifische Details finden Sie im folgenden zusammengefassten Fertigungsbericht, in dem die optische Modellierung und Optimierung des Mehrschichtstapels detailliert beschrieben wird.

Zuvor wurde gezeigt, dass eine PFN von etwa 6,5 nm eine optimale Leistung liefert [1-3,P021], während die Modellierung gezeigt hat, dass eine Al-Rückkathode bei Verwendung mit MoO höhere Leistung liefert als Ag_x[4].

Der PTB7:PC₇₀BM-Lösung wurde in Chlorbenzol bei 25 mg/ml hergestellt, bevor sie mit 3%igem Diiooctan (DIO) verdünnt wurde, um die korrekte Morphologie zu fördern.

Aktivschichtdicken von 75 nm, 90 nm und 105 nm wurden entsprechend dem unteren, mittleren und oberen Ende des "Dünnfilm"-Absorptionsspitzes eines typischen Stapels gewählt, wie durch optische Modellierung vorhergesagt [1]. Für jede dieser Dicken wurden insgesamt vier Substrate hergestellt, jeweils mit 4 Pixeln, und die nachstehenden Daten stellen eine nicht subjektive (keine menschliche Intervention) Analyse der besten 75% der Pixel durch PCE dar (12 Pixel für jede Bedingung).

Zwei weitere Substrate wurden auch mit einer Methanolwäsche hergestellt, um die DIO zu entfernen, wie in der Literatur berichtet wurde, um die Leistung zu verbessern.

Insgesamt wurde bei 75 nm Filmdicke eine maximale Effizienz von 7,2 % durchschnittlicher PCE (7,4 % maximal) gefunden.

Abbildung 1: PCE, Jsc, Voc und FF für Inverted Architecture-Geräte mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten. Die angezeigten Daten werden durchschnittlich mit max und min mit gefüllten Kreisen überlagert (siehe Hinweis zu Dektak-Messungen). Wie zuvor berichtet [1,2,3], Filme von etwa 90 nm geben die höchste Leistung mit größerem Jsc und nur geringen Verlust im Füllfaktor.

Abbildung 2: Die JV-Kurve für das leistungsstarkste Gerät - invertierte Architektur.

Anmerkung 1:Dektak Dickenkalibrierung

Normalerweise kalibrieren wir dünne Filme mit einem Dektak-Oberflächenprofiler, jedoch führt der Einsatz von DIO zu einer erhöhten Unsicherheit in der Folie, da die DIO unter normalen Bedingungen mehrere Stunden dauert, bis sie vollständig trocknet und wahrscheinlich etwas weiter schrumpft, wenn sie im Vakuum gelegt wird. Die DIO kann auch entfernt werden, indem das Substrat auf der Heizplatte für etwa 10 Minuten bei 80°C gebacken wird, was für schnelle Messungen nützlich sein kann, aber auch eine überschüssige Phasenabscheidung zwischen dem Polymer und dem PCBM antreibt, was es für die Gerätearbeit ungeeignet macht.

Anmerkung 2:Wirkung von Epoxy

Aufgrund der sehr hohen Löslichkeit des PTB7 wurde während der Herstellung festgestellt, dass der Film sich bei längerem Kontakt mit dem EE1-Kapselepoxy in flüssiger Form farbte, was auf eine gewisse Mischbarkeit hinweist. Die Inspektion der aktiven Bereiche unter der oberen Kathode zeigte, dass das Epoxid vor der Aushärtung nicht in den aktiven Bereich eingedrungen war, und Gerätemetriken zeigen, dass dies die Leistung nicht beeinflussen schien. Wir empfehlen jedoch, die Kontaktzeit zwischen Epoxid- und PTB7-Filmen vor der UV-Härtung zu minimieren.

Herstellung

Substrate und Reinigung

• Pixelierte Kathodensubstrate (S173)
• 5 min Sonication in heißem Hellmanex III (1 ml im Becher)
• 2x kochendes Wasser Ablaufspülen
• 5 min Sonication in warmem IPA
• 2x Ablaufspülen
• 5 min Sonication in heißem NaOH
• Spülen in kochendem Wasser
• Spülen im Wasser
• Über Nacht und bis zum Gebrauch in DI Wasser gelagert

PFN-Lösung

• Auflöst bei 2 mg/ml
• Essigsäure gelöst 1:9 in Methanol zur Herstellung von Stofflösung
• 2 μl/ml Essigsäure zur Lösung zugegeben
• 30 Minuten gerührt
• Durch 0,45 μm PVDF-Filter gefiltert

PFN Testfilme

• PFN-Testfilm wurde zunächst bei 500 U/min gedreht und lieferte 20 nm
• Der zweite Testfilm wurde bei 1000 U/min gedreht und lieferte 16 nm
• Die Dicke wurde bei 6000 U/min auf 6,5 nm extrapoliert

Aktive Schichtlösung

• Frische Stammlösungen von PTB7 (Ossila M211) mit 10 mg/ml in CB hergestellt und 1 Stunde mit Rührer gelöst
• Mischt 1:1,5 mit trockenem Ossila 99% C70 PCBM zu einer Gesamtkonzentration von 25 mg/ml und gelöst mit Rührer für 1 Stunde
• Alte Lagerlösung von 1,8 Diiodooctan gemischt 1:1 mit CB, um die Messung kleiner Mengen zu erleichtern
• DIO/CB-Gemisch zur Lösung zugegeben, um eine Gesamtmenge an DIO von 3% zu erhalten

Aktive Schicht Testfolien

• Prüffilm mit ungefiltrierter Lösung bei 1000 U/min 2 min gesponnen und vor Dektak mit Methanol getrocknet
• 1000 Umdrehungen pro Minute lieferten ca. 85 nm

Aktive Ebenen

• Geräte gesponnen mit 30 μl dynamischer Dispense (20 μl gab nur moderate Benetzung/Abdeckung)
• Nicht-Methanol-Geräte für 2 Minuten gesponnen
• Methanol-Geräte wurden 30 Sekunden lang gesponnen, anschließend durch statische Dosierung mit 50 µl Methanol beschichtet und anschließend 30 Sekunden lang bei 2000 U/min gesponnen.
• Kathode mit CB gewischt
• Vakuumtrocknen in Handschuhbox Antikammer für 20 Minuten

Verdunstung

Über das Wochenende in der Kammer gelassen und mit den folgenden Parametern verdampft.

• 15 nm MoO_xat 0.2 Å/s
• 100 nm Al bei 1,5 Å/s
• Ablagerdruck

Verkapselung

• Standardmäßig mit Ossila EE1, 30 min UV in MEGA LV101

Messungen

• JV fegt mit Keithley 237 Quellenmeter genommen
• Beleuchtung durch Newport Oriel 9225-1000 Solarsimulator mit 100 mW/cm²Ausgang AM1.5
• NREL-zertifizierte Silizium-Referenzzelle zur Kalibrierung
• Lampenstrom: 7,8 A
• Solarleistung zu Beginn der Prüfung: 1,00 Sonnen bei 25°C
• Sonnenleistung am Ende der Prüfung: 1,00 Sonnen bei 25°C
• Luftgekühlte Substrate
• Raumtemperatur zu Beginn der Prüfung: 25°C
• Raumtemperatur am Ende der Prüfung: 25°C
• Kalibrierte Blendenmaske Größe 0,256 mm²

Standard (nicht invertierte) Referenzgeräte

Die Referenzgeräte wurden auf Charge M211 unter Verwendung einer standardisierten Architektur für vergleichende Messungen unter Verwendung von Ossila-Standardsubstraten und -materialien hergestellt. Diese bestanden aus der untenstehenden Struktur und wurden vor der Verkapslung und Messung unter Umgebungsbedingungen unter inerter Atmosphäre (Handschuhbox) hergestellt.

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

Für allgemeine Details sehen Sie bitte die Herstellungsanleitung und das Video. Für spezifische Details siehe bitte den nachstehenden zusammengefassten Herstellungsbericht sowie Watters et al. [3] in dem die optische Modellierung und Optimierung des Mehrschichtstapels detailliert beschrieben wird.

Für diese Standardreferenzarchitektur wurde für die optimierte Dicke ein durchschnittlicher PCE von 6,6 % bei einer Spitzeneffizienz von 6,8 % erreicht. Beachten Sie, dass keine andere Optimierung durchgeführt wurde (Mischverhältnis, DIO-Konzentration, Trocknungsbedingungen usw.), so dass weitere kleine Verbesserungen durch Variation dieser Bedingungen und erhebliche Verbesserungen durch Verwendung alternativer Schnittstellenmaterialien erzielt werden können [1,2].

Abbildung 3: PCE, Jsc, Voc und FF für Standardarchitekturgeräte mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten. Die angezeigten Daten werden durchschnittlich mit max und min mit gefüllten Kreisen überlagert (siehe Hinweis zu Dektak-Messungen). Wie zuvor berichtet [1,2,3], Filme von etwa 90 nm geben die höchste Leistung mit größerem Jsc und nur geringen Verlust im Füllfaktor.

Abbildung 4: Die JV-Kurve für das leistungsstarkste Gerät - Standardarchitektur.

Anmerkung 1:Dektak Dickenkalibrierung

Normalerweise kalibrieren wir dünne Filme mit einem Dektak-Oberflächenprofiler, jedoch führt der Einsatz von DIO zu einer erhöhten Unsicherheit in der Folie, da die DIO unter normalen Bedingungen mehrere Stunden dauert, bis sie vollständig trocknet und wahrscheinlich etwas weiter schrumpft, wenn sie im Vakuum gelegt wird. Die DIO kann auch entfernt werden, indem das Substrat auf der Heizplatte für etwa 10 Minuten bei 80°C gebacken wird, was für schnelle Messungen nützlich sein kann, aber auch eine überschüssige Phasenabscheidung zwischen dem Polymer und dem PCBM antreibt, was es für die Gerätearbeit ungeeignet macht.

Anmerkung 2:Wirkung von Epoxy

Aufgrund der sehr hohen Löslichkeit des PTB7 wurde während der Herstellung festgestellt, dass der Film sich bei längerem Kontakt mit dem EE1-Kapselepoxy in flüssiger Form farbte, was auf eine gewisse Mischbarkeit hinweist. Die Inspektion der aktiven Bereiche unter der oberen Kathode zeigte, dass das Epoxid vor der Aushärtung nicht in den aktiven Bereich eingedrungen war, und Gerätemetriken zeigen, dass dies die Leistung nicht beeinflussen schien. Wir empfehlen jedoch, die Kontaktzeit zwischen Epoxid- und PTB7-Filmen vor der UV-Härtung zu minimieren.

Herstellung

Substrate und Reinigung

• Pixelierte Kathodensubstrate (S173)
• 5 min Sonication in heißem Hellmanex (1 ml in Becher)
• 2x kochendes Wasser Ablaufspülen
• 5 min Sonication in warmem IPA
• 2x Ablaufspülen
• 5 min Sonication in heißem NaOH
• Spülen in kochendem Wasser
• Spülen im Wasser
• Über Nacht und bis zum Gebrauch in DI Wasser gelagert

PEDOT:PSS Schichtvorbereitung

• Clevios AI 4083
• Mit Whatman 0,45 μm PVDF Filter in die Durchstechflasche gefiltert
• Drehen 6000 U/min für 30 Sekunden (30 nm)
• Dynamische Dosierung von 20 μl mit Pipettor
• IPA Kathodenstreifen wischen und kennzeichnen
• Direkt auf die Heizplatte bei 160°C setzen, sobald die Kathode abgewischt und gekennzeichnet ist
• Übertragen in die Handschuhbox, wenn alle Proben gedreht wurden.
• 1 Stunde in einer Handschuhbox bei 150°C gebacken

Aktive Schicht Lösungsvorbereitung

• Frische Stammlösungen von PTB7 bei 10 mg/ml in CB und geschüttelt zur Lösung
• Mischt 1:1,5 mit trockenem Ossila 99% C70 PCBM zur Gesamtkonzentration von 25 mg/ml
• 1,8 Dijodooctan gemischt 1:1 mit CB, um die Messung kleiner Mengen zu erleichtern
• DIO/CB-Gemisch zur Lösung zugegeben, um eine Gesamtmenge an DIO von 3% zu erhalten

Aktive Schicht Spin Casting

• Geräte gesponnen für 2 Minuten mit 25 μl dynamischer Dispense
• Kathode mit Chlorbenzol abgewischt
• 2 Stunden in der Handschuhbox trocknen lassen, aber die Farbe zeigt, dass sie noch leicht nass waren
• Trocknen im Vakuum in Handschuhbox Antikammer für 10 Minuten, um DIO zu entfernen

Verdunstung

Über das Wochenende in der Kammer gelassen und mit den folgenden Parametern verdampft.

Verkapselung

• Standardmäßig mit Ossila EE1, 30 min UV in MEGA LV101

Messungen

• JV fegt mit Keithley 237 Quellenmeter genommen
• Beleuchtung durch Newport Oriel 9225-1000 Solarsimulator mit 100 mW/cm²Ausgang AM1.5
• NREL-zertifizierte Silizium-Referenzzelle zur Kalibrierung
• Lampenstrom: 7,8 A
• Solarleistung zu Beginn der Prüfung: 0,99 Sonnen bei 25°C
• Sonnenleistung am Ende der Prüfung: 1,00 Sonnen bei 25°C
• Luftgekühlte Substrate
• Raumtemperatur zu Beginn der Prüfung: 21°C
• Raumtemperatur am Ende der Prüfung: 21°C
• Kalibrierte Blendenmaske Größe 0,256 mm²