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Plastique fantastique

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Le futur des dispositifs optoélectroniques

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Le plastique est placé pour changer la manière que nous concevons et consommons des appareils électroniques, pas moins dans le secteur du photovoltaics. L'énergie solaire peut être une source populaire d'énergie propre, verte, renouvelable, mais les matériaux et les processus de fabrication des piles solaires silicium-basées conventionnelles sont loin de vert.

Avec la contrainte croissante sur la grille de puissance mondiale et la commande vers la production énergétique soutenable, les chercheurs à l'université d'Oldenbourg sont occupés à des matériaux alternatifs se développer pour la fabrication de pile solaire qui sont non-hazardous et facilement disponibles - les piles solaires en couche mince flexibles, soutenables et accessibles de création pour des applications du consommateur.

Fonction de investigation de pile solaire par l'intermédiaire de l'évaluation extérieure

Comme beaucoup d'appareils électroniques, des piles solaires organiques sont constituées d'une structure multicouche complexe, avec les interfaces fonctionnelles essentielles pour l'exécution. En outre, la soi-disant conception en bloc d'hétérojonction inclut une couche active se composant d'un mélange discontinu de deux matériaux - un polymère (un donneur d'électrons) et un fullerene (accepteur d'électron). Ceux-ci dédoublent les frais dérivés d'un photon, qui émigrent à leurs électrodes respectives et mènent à la séparation de charge nécessaire pour former un circuit électrique.

Une telle structure se prête parfaitement aux techniques extérieures d'évaluation, et tandis que la profilométrie tactile et la microscopie atomique de force (AFM) ont été les soutiens principaux de la métrologie extérieure pendant un certain nombre d'années, la microscopie de balayage confocal du laser 3D (CLSM) devient un outil toujours plus populaire.

Combinant la capacité de produire de détaillé, les images optiques de vrai-couleur avec les possibilités de non contact de la technologie de balayage de laser, le microscope de balayage confocal de laser hérite vraiment ses propres comme profilomètre optique. Plus rapide et plus efficace que les techniques aiguille-basées, 3D CLSM peut mesurer les surfaces molles ou adhésives et offre une résolution de 0.2 µm. En soi, l'introduction récente d'un microscope de balayage confocal de laser d'Olympe LEXT OLS4100 3D dans le laboratoire de Dr. Manuela Schiek's a considérablement augmenté leur recherche dans des moyens alternatifs de fabrication photovoltaïque.

Photon moissonnant avec les semi-conducteurs organiques

Bien que l'hétérojonction en bloc augmente la fonction de pile solaire, les polymères sont souvent les mélanges rudement définis du matériel avec des portées différentes, présentant les propriétés fortement groupe-spécifiques. En revanche, les semi-conducteurs moléculaires sont les blocs constitutifs définis avec les propriétés qui peuvent être tordues par de petits changements à leur structure, qui peut donc être optimisée pour la fonction améliorée de pile solaire. Une classe intéressante de telles molécules sont les colorants de squaraine, et la recherche de Dr. Schiek's étudie une couche active formée des squaraines mélangée à un accepteur de fullerene.

L'épaisseur de la couche active joue également un rôle dans l'exécution : trop mince et la mobilité des porteurs de charge est restreint, mais trop profondément et l'absorbance légère et la flexibilité sont sensiblement réduites. La mesure précise de l'épaisseur de couche est donc essentielle.

Dans le laboratoire de Dr. Schiek's, une fois une éraflure est faite par la surface active de couche avec une aiguille fine, les bords d'étape de cette « vallée » sont mesurées utilisant la profilométrie. La profilométrie tactile a été précédemment comptée au moment, mais la douceur du matériel organique a entravé la mesure précise. Pendant que l'aiguille intensifie de la vallée, elle raye dans la surface et sous-estime ainsi la taille - souvent près environ 20 nanomètre. Vu l'épaisseur moyenne de l'active la couche est 100 nanomètre, ce niveau d'erreur est fortement significative.

Avec la microscopie de balayage confocal du laser 3D, c'est le laser qui balaye la surface, et une approche si de non contact réalise une exactitude bien plus grande de la profilométrie extérieure.

Électrodes transparentes : l'image plus grande

Combinant le transparent optique avec la conduction, les électrodes transparentes forment l'anode de la pile solaire tout en également permettant à la lumière de passer à travers à la couche active. L'oxyde de bidon d'indium (ITO) est actuellement le standard industriel, mais des réservations de l'indium rare sont fonctionnement rapide dehors. D'ailleurs, ITO est un matériel fragile, limitant son utilisation dans des dispositifs mécaniquement flexibles, et la chasse est allumée pour une alternative légère, bon marché, flexible qui est également compatible avec le traitement à grande échelle.

Une alternative prometteuse est une maille des nanowires argentés (AgNWs) inclus dans une matrice de polymère et le laboratoire de Dr. Schiek's se concentre également sur leur production, leur traitement suivant pour façonner les électrodes et finalement l'intégration en les piles solaires organiques.

Pour la conductivité optima, un raccordement uniforme doit exister entre l'active plus tard et l'électrode, exigeant une maille homogène d'AgNW. C'est provocant pour réaliser à travers la pile solaire de totalité utilisant des techniques courantes de production de tourner-enduit, et l'évaluation d'aspérité joue un rôle central en optimisant le protocole de synthèse.

L'AFM a été la technique principale utilisée pour l'évaluation d'aspérité de la maille d'AgNW, mais l'introduction du LEXT OLS4100 a énormément amélioré l'efficacité de ceci. Premièrement, l'AFM est long. Là où il peut souvent prendre une journée entière pour acquérir une image utile simple, avec 3D CLSM, acquisition d'image prend des minutes. Dr. Schiek a également trouvé que cela l'expansion du champ visuel utilisant la fonction piquante d'image lui a permise de regarder un échantillon plus représentatif de la surface d'électrode pour détecter des agrégations - visualisation d'un secteur d'un mm2 (dix plus grands que possibles de périodes avec l'AFM).

La prochaine génération des composants optoélectroniques

L'alimentation de la grille de puissance mondiale d'une mode soutenable reste l'un des plus grands défis relevés par le monde moderne, et c'est un temps passionnant pour la recherche dans les solutions innovatrices. D'ailleurs, les électrodes transparentes ont le potentiel de grande envergure dans toutes des applications optoélectroniques, y compris la LED et les écrans tactiles - où développer des solutions de rechange à ITO est également un centre de recherche intense. Les interfaces optoélectroniques pourraient un jour même permettre à la restauration de vue, avec les implants rétiniens utilisant la lumière de produire du rendement électrique et de l'activité neuronale stimulante.

Il est clair que la prochaine génération des dispositifs optoélectroniques dépend de l'utilisation largement - les matériaux disponibles, et les technologies en évolution de photomicroscope jouent un rôle important en conduisant de telles investigations.

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