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Plástico fantástico

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El futuro de dispositivos optoelectrónicos

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El plástico se fija para cambiar la manera que diseñamos y que consumimos los dispositivos electrónicos, especialmente en el área del photovoltaics. La energía solar puede ser una fuente popular de limpio, verde, energía renovable, pero los materiales y los procesos de fabricación de células solares silicio-basadas convencionales están lejos de verde.

Con la tensión cada vez mayor en la rejilla de la potencia mundial y la impulsión hacia la producción energética sostenible, los investigadores en la universidad de Oldenburg están ocupados los materiales alternativos el convertirse para la fabricación de la célula solar que son non-hazardous y fácilmente disponibles - las células solares thin-film flexibles, sostenibles y comprables el crear para los usos del consumidor.

Función de investigación de la célula solar vía la evaluación superficial

Como muchos dispositivos electrónicos, las células solares orgánicas se forman de una estructura de varias capas compleja, con los interfaces funcionales vitales para el funcionamiento. Además, el diseño a granel supuesto de la heterounión incluye una capa activa que consiste en una mezcla discontinua de dos materiales - un polímero (donante de electrón) y un fullerene (aceptador del electrón). Éstos parten las cargas derivadas de un fotón, que emigran a sus electrodos respectivos y llevan a la separación de la carga necesaria formar un circuito eléctrico.

Tal estructura se presta perfectamente a las técnicas superficiales de la evaluación, y mientras que la perfilometría táctil y la microscopia atómica de la fuerza (AFM) han sido los apoyos principales de la metrología superficial por un número de años, la microscopia de exploración confocal del laser 3D (CLSM) se está convirtiendo en una herramienta siempre más popular.

Combinando la capacidad de generar detallado, las imágenes ópticas del verdadero-color con las capacidades sin contacto de la tecnología de la exploración del laser, el microscopio de exploración confocal del laser entran en realmente sus los propios como un rugosímetro óptico. Más rápido y más eficiente que las técnicas aguja-basadas, 3D CLSM puede medir superficies suaves o adhesivas y ofrece una resolución de 0.2 µm. Como tal, la introducción reciente de un microscopio de exploración confocal del laser de Olympus LEXT OLS4100 3D en laboratorio del Dr. Manuela Schiek ha realzado grandemente su investigación en medios alternativos de la fabricación fotovoltaica.

Fotón que cosecha con los semiconductores orgánicos

Aunque la heterounión a granel realce la función de la célula solar, los polímeros son a menudo mezclas áspero definidas de material con longitudes de cadena de diferenciación, exhibiendo características altamente hornada-específicas. En cambio, los semiconductores moleculares son bloques huecos definidos con las características que se pueden pellizcar por los pequeños cambios a su estructura, que se puede por lo tanto optimizar para la función mejorada de la célula solar. Una clase interesante de tales moléculas es los tintes del squaraine, y la investigación del Dr. Schiek está investigando una capa activa formada de squaraines mezclada con un aceptador del fullerene.

El grueso de la capa activa también desempeña un papel en funcionamiento: demasiado fino y la movilidad de ondas portadoras es restricto, pero demasiado densamente y la absorbencia ligera y la flexibilidad se reducen perceptiblemente. La medida exacta del grueso de la capa es por lo tanto vital.

Dentro de laboratorio del Dr. Schiek, un rasguño se hace una vez a través de la superficie activa de la capa con una aguja fina, los bordes del paso de este “valle” se mide usando la perfilometría. La perfilometría táctil fue confiada previamente sobre, pero la suavidad del material orgánico obstaculizó la medida exacta. Mientras que la aguja intensifica del valle, rasguña en la superficie y subestima así la altura - a menudo cerca alrededor 20 nanómetro. En vista del grueso medio del active la capa es 100 nanómetro, este nivel de error es altamente significativa.

Con microscopia de exploración confocal del laser 3D, es el laser que explora la superficie, y un acercamiento tan sin contacto alcanza exactitud lejos mayor de la perfilometría superficial.

Electrodos transparentes: el cuadro más grande

Combinando la transparencia óptica con la conducción, los electrodos transparentes forman el ánodo de la célula solar mientras que también permiten que la luz pase a través a la capa activa. El óxido de la lata del indio (ITO) es actualmente el estándar industrial, pero reservas del indio raro es funcionamiento rápido hacia fuera. Por otra parte, ITO es un material frágil, restringiendo su uso en dispositivos mecánicamente flexibles, y la caza está prendido para una alternativa ligera, barata, flexible que sea también compatible con el proceso en grande.

Una alternativa prometedora es un acoplamiento de los nanowires de plata (AgNWs) encajados en una matriz del polímero y el laboratorio del Dr. Schiek también se centra en su producción, su proceso subsecuente para formar los electrodos y en última instancia la integración en las células solares orgánicas.

Para la conductividad óptima, una conexión uniforme debe existir entre el active más adelante y el electrodo, exigiendo un acoplamiento homogéneo de AgNW. Esto es desafiador alcanzar a través de la célula solar del conjunto usando técnicas actuales de la producción de la hacer girar-capa, y la evaluación de la aspereza superficial desempeña un papel fundamental en la optimización del protocolo de la síntesis.

El AFM ha sido la técnica principal empleada para la evaluación de la aspereza superficial del acoplamiento de AgNW, pero la introducción del LEXT OLS4100 ha mejorado sumamente la eficacia de esto. En primer lugar, el AFM es desperdiciador de tiempo. Donde puede tomar a menudo una jornada completa para adquirir una sola imagen útil, con 3D CLSM, adquisición de la imagen tarda minutos. El Dr. Schiek también encontró eso la extensión del campo visual usando la función de costura de la imagen permitió que ella viera una muestra más representativa de la superficie del electrodo para detectar las agregaciones - visualización de un área de un mm2 (diez mayores que posibles de las épocas con el AFM).

La generación siguiente de componentes optoelectrónicos

La alimentación de la rejilla de la potencia mundial en una manera sostenible sigue siendo uno de los desafíos más grandes hechos frente por el mundo moderno, y es un rato emocionante para la investigación en soluciones innovadoras. Por otra parte, los electrodos transparentes tienen potencial de gran envergadura a través de usos optoelectrónicos, incluyendo el LED y las pantallas táctiles - donde está también un foco desarrollar alternativas a ITO de la investigación intensa. Los interfaces optoelectrónicos pudieron un día incluso permitir a la restauración de la vista, con los implantes retinianos usando luz generar salida eléctrica y actividad neuronal estimulante.

Está claro que la generación siguiente de dispositivos optoelectrónicos depende de utilizar extensamente - los materiales disponibles, y las tecnologías de desarrollo del microscopio ligero desempeñan un papel importante en la conducción de tales investigaciones.

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