Dieser Artikel beschreibt die Forschungsergebnisse aus der Zeitschrift Science and Technology of Advanced Materials, die beim National Institute for Materials Science und bei Taylor & Francis erhältlich ist. Sie können den vollständigen Bericht hier lesen.
Eine planare Elektrode ist eine nicht abgeschirmte Elektrode, die in eine isolierte Ebene eingebettet ist, so dass die Elektrodenoberfläche mit der umgebenden Ebene bündig wird. Aus: Zeitschrift für elektroanalytische Chemie
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Die nachstehenden Schritte sind in einem Diagramm zusammengefasst.
Die Carboxylat-funktionalisierten SWCNT (50 mg) wurden in 3M HNO3 behandelt, das 12 Stunden lang unter Rückfluss erhitzt und anschließend über 0,45 μm Polycarbonat filtriert wurde. Anschließend wurde eine Probe entnommen und 2 Minuten lang mit einer Sondenbeschallung bei 40 % Amplitude in Wasser suspendiert. Später wurde sie mit deionisiertem Wasser versetzt, um eine Konzentration von 0,25 mg mL-1 zu erreichen. Die vorgenannten verwobenen Netzwerke wurden für die Studie durch Vakuumfiltration durch gemischte Zelluloseestermembranen hergestellt. Die vorbereiteten AgNW- (0,1 mg mL-1) und SWCNT-Lösungen (0,25 mg mL-1) wurden zu 300 mL deionisiertem Wasser gegeben. Dies ermöglichte eine Oberflächenbeladung von 125 mg m-2 AgNWs in der endgültigen Nanokomposit-Elektrode.
Strukturierte Elektroden wurden hergestellt, indem eine gemischte Zelluloseester-Schablone mit relativ kleiner Porengröße während des Filtrationsprozesses unter der 0,45 μm-Membran positioniert wurde. Nach der Filtration werden die strukturierten Elektroden auf vorgereinigten Siliziumsubstraten positioniert. Das Silizium und die strukturierten Elektroden werden in einem Vakuumofen 30 Minuten lang bei 80 °C und einem Druck von 0,16 kg cm-2 erhitzt. Dabei handelt es sich um einen <link de produkte waerme-trockenschraenke vakuumschrank>Labor-Vakuumtrockenschrank von Memmert, der für die verschiedensten Anwendungen eingesetzt wird. In unserem <link de blog>Blog finden Sie weitere interessante <link de anwendungen>Anwendungsbeispiele für dieses vielseitig einsatzbare Gerät. Sie haben Fragen zum Vakuumschrank VO? Kontaktieren Sie uns per Mail oder füllen Sie das<link de kontakt anfrageformular> Anfrageformular aus und wir treten mit Ihnen in Kontakt.
Nun kann das gemischte Zelluloseester-Filterpapier entfernt werden, indem es eine Stunde lang in Aceton aufgelöst wird. Dabei bleibt der Rückstand des gemusterten AgNW:SWCNT-Nanokomposits auf dem Siliziumsubstrat zurück. Die Poly (3,4-Ethylendioxythiophen)-Polystyrolsulfonat/PEDOT:PSS-Lösung in einer Zusammensetzung von 33 v/v% 2-Propanol und 10 v/v% Sorbitol (200 μL) wird bei 500 Umdrehungen pro Minute für 5 Sekunden über das Nanokomposit aus Silbernanodrähten und einwandigen Kohlenstoffnanoröhren (AgNW:SWCNT) geschleudert und dann für 3 Sekunden auf 3000 Umdrehungen pro Minute erhöht. Dieses Nanokomposit wird 10 Minuten lang bei einer Temperatur von 140 °C getempert.
Auf die mit Silber-Nanodrähten und einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen (AgNW:SWCNT) beschichtete Poly (3,4-Ethylendioxythiophen)-Polystyrolsulfonat/PEDOT:PSS-Elektrode wird Epoxidharz aufgetragen. Darauf wird ein Glassubstrat für Übertragungszwecke gelegt, um einen AgNW:SWCNT:PEDOT:PSS/Epoxid/Glas-Stapel zu bilden.
Dieser Stapel wurde in einem Wärme- und Trockenofen von Memmert eine Stunde lang bei 65 °C gehärtet. Der Stapel wird in flüssigen Stickstoff gelegt, um die Silizium/PEDOT:PSS-Grenzfläche zu spalten und die Bildung einer ebenen leitenden Oberfläche auf diesem Glassubstrat zu bewirken. Der Schichtwiderstand wird gemessen. Die Transmission des Reflexionsvermögens wird an den Proben (25 mm2) mit einem Spektralphotometer mit integrierender Kugel gemessen. Es werden rasterelektronenmikroskopische (SEM) und topografische Rasterkraftmikroskopie (AFM) Aufnahmen gemacht. Die Werte für den quadratischen Mittelwert der Rauheit (Rrms) werden anhand von ebenen, angepassten Bildscans von 10 μm2 ermittelt.
Die elektrische Leitfähigkeit der planaren AgNW:SWCNT-Elektroden wird mit Hilfe des Peak-Force-Tunneling-AFM (PF-TUNA) kartiert. Der Cantilever und die Spitze sind mit 20 nm Platin und Iridium beschichtet, um einen Spitzendurchmesser von etwa 40 nm zu erreichen. Die Probenoberfläche ist über einen Kupferdraht elektrisch verbunden. Dieser Aufbau ist unten abgebildet.
| Average %T (400-800 nm) | Average %R (400-800 nm) | Sheet resistance (Ω/□) | Figure of merit (Ω^-1) | |
|---|---|---|---|---|
| AgNW:SWCNT:PEDOT:PSS | 86,0 +/- 1,0 | 3,4 +/- 0,3 | 6,6 +/- 0,5 | 367 |
| ITO | 93,0 +/- 7,3 | 7,2 +/- 4,3 | 18,3 +/- 0,5 | 292 |
Transmission (%T) und Reflexionsvermögen (%R) einer ITO- und einer planaren AgNW:SWCNT:PEDOT:PSS-Nanokomposit-Elektrode, korrigiert um den Substratanteil. Die rechts dargestellten Schichtwiderstände sind der Durchschnitt von 15 Messungen an 3 separaten 25-mm2-Proben. Zur Verfügung gestellt von Taylor & Francis Online und A J Stapleton et al.
SEM-Bilder von (a) nicht planarisierten AgNW und SWCNTs auf einem Glassubstrat und (d) der AgNWs:SWCNT:PEDOT:PSS-Elektrode nach der Planarisierung. AFM von (b) nicht planarisierten AgNW und SWCNTs auf Glas und (e) AgNWs und SWCNTs nach dem Planarisierungsprozess. Die Höhenprofile entlang der gestrichelten Linien in (b) und (e) sind in (c) bzw. (f) dargestellt. Alle Skalenbalken sind 2 μm. Zur Verfügung gestellt von Taylor & Francis Online und A J Stapleton et al.
J-V-Charakteristiken der besten OPV-Bauelemente auf planarisierten transparenten AgNW:SWCNT:PEDOT:PSS-Nanokomposit-Elektroden und ITO mit aktiven Schichten aus P3HT:PC60BM und PCDTBT:PC70BM sowie Leistungsparameter. Inset zeigt die Struktur eines OPV-Bauteils. Zur Verfügung gestellt von Taylor & Francis Online und A J Stapleton et al.
Die planaren Nanokomposit-Elektroden werden mit einer besseren Leistungszahl (367 Ω−1) - einer Kombination aus Transparenz und Leitfähigkeit - hergestellt als ITO (267 Ω−1) auf Glas.
