Схема подключения опв с: Запрашиваемая Вами страница не найдена.
alexxlab | 17.11.1987 | 0 | Разное
Схема подключения УЗИП – 3 ошибки и правила монтажа. Защита от импульсных перенапряжений.
Для всех нас стало нормой, что в распределительных щитках жилых домов, обязательна установка вводных автоматических выключателей, модульных автоматов отходящих цепей, УЗО или дифф.автоматов на помещения и оборудование, где критичны возможные утечки токов (ванные комнаты, варочная панель, стиральная машинка, бойлер).
Помимо этих обязательных коммутационных аппаратов, практически никому не требуется объяснять, зачем еще нужно реле контроля напряжения.
УЗИП или реле напряжения
Устанавливать их начали все и везде. Грубо говоря оно защищает вас от того, чтобы в дом не пошло 380В вместо 220В. При этом не нужно думать, что повышенное напряжение попадает в проводку по причине недобросовестного электрика.
Вполне возможны природные явления, не зависящие от квалификации электромонтеров. Банально упало дерево и оборвало нулевой провод.
Также не забывайте, что любая ВЛ устаревает.
И даже то, что к вашему дому подвели новую линию СИПом, а в доме у вас смонтировано все по правилам, не дает гарантии что все хорошо на самой питающей трансформаторной подстанции – КТП.
Там также может окислиться ноль на шинке или отгореть контакт на шпильке трансформатора. Никто от этого не застрахован.
Именно поэтому все новые электрощитки уже не собираются без УЗМ или РН различных модификаций.
Что же касается устройств для защиты от импульсных перенапряжений, или сокращенно УЗИП, то у большинства здесь появляются сомнения в необходимости их приобретения. А действительно ли они так нужны, и можно ли обойтись без них?
Подобные устройства появились достаточно давно, но до сих пор массово их устанавливать никто не спешит. Мало кто из рядовых потребителей понимает зачем они вообще нужны.
Первый вопрос, который у них возникает: ”Я же поставил реле напряжения от скачков, зачем мне еще какой-то УЗИП?”
Запомните, что УЗИП в первую очередь защищает от импульсов вызванных грозой.
Здесь речь идет не о банальном повышении напряжения до 380В, а о мгновенном импульсе в несколько киловольт!
Никакое реле напряжения от этого не спасет, а скорее всего сгорит вместе со всем другим оборудованием. В то же самое время и УЗИП не защищает от малых перепадов в десятки вольт и даже в сотню.
Например устройства для монтажа в домашних щитках, собранные на варисторах, могут сработать только при достижении переменки до значений свыше 430 вольт.
Поэтому оба устройства РН и УЗИП дополняют друг друга.
Защита дома от грозы
Гроза это стихийное явление и просчитать его до сих пор не особо получается. При этом молнии вовсе не обязательно попадать прямо в линию электропередач. Достаточно ударить рядышком с ней.
Даже такой грозовой разряд вызывает повышение напряжения в сети до нескольких киловольт. Кроме выхода из строя оборудования это еще чревато и развитием пожара.
Даже когда молния ударяет относительно далеко от ВЛ, в сетях возникают импульсные скачки, которые выводят из строя электронные компоненты домашней техники.
Современный электронный счетчик с его начинкой, тоже может пострадать от этого импульса.
Общая длина проводов и кабелей в частном доме или коттедже достигает нескольких километров.
Сюда входят как силовые цепи так и слаботочка:
- интернет
- TV
- видеонаблюдение
- охранная сигнализация
Все эти провода принимают на себя последствия грозового удара. То есть, все ваши километры проводки получают гигантскую наводку, от которой не спасет никакое реле напряжения.
Единственное что поможет и защитит всю аппаратуру, стоимостью несколько сотен тысяч, это маленькая коробочка называемая УЗИП.
Монтируют их преимущественно в коттеджах, а не в квартирах многоэтажек, где подводка в дом выполнена подземным кабелем. Однако не забывайте, что если ваше ТП питается не по кабельной линии 6-10кв, а воздушной ВЛ или ВЛЗ (СИП-3), то влияние грозы на среднем напряжении, также может отразиться и на стороне 0,4кв.
Поэтому не удивляйтесь, когда в грозу в вашей многоэтажке, у многих соседей одновременно выходят из строя WiFi роутеры, радиотелефоны, телевизоры и другая электронная аппаратура.
Молния может ударить в ЛЭП за несколько километров от вашего дома, а импульс все равно прилетит к вам в розетку. Поэтому не смотря на их стоимость, задуматься о покупке УЗИП нужно всем потребителям электричества.
Цена качественных моделей от Шнайдер Электрик или ABB составляет примерно 2-5% от общей стоимости черновой электрики и средней комплектации распредщитка. В общей сумме это вовсе не такие огромные деньги.
Классы УЗИП
На сегодняшний день все устройства от импульсных перенапряжений делятся на три класса. И каждый из них выполняет свою роль.
Модуль первого класса гасит основной импульс, он устанавливается на главном вводном щите.
После погашения самого большого перенапряжения, остаточный импульс принимает на себя УЗИП 2 класса. Он монтируется в распределительном щитке дома.
Если у вас не будет устройства I класса, высока вероятность что весь удар воспримет на себя модуль II. А это может для него весьма печально закончится.
Поэтому некоторые электрики даже отговаривают заказчиков ставить импульсную защиту. Мотивируя это тем, что раз вы не можете обеспечить первый уровень, то не стоит вообще на это тратить денег. Толку не будет.
Однако давайте посмотрим, что говорит об этом не знакомый электрик, а ведущая фирма по системам грозозащиты Citel:
То есть в тексте прямо сказано, класс II монтируется либо после класса 1, либо КАК САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО.
Третий модуль защищает уже непосредственно конкретного потребителя.
Если у вас нет желания выстраивать всю эту трехступенчатую защиту, приобретайте УЗИП, которые изначально идут с расчетом работы в трех зонах 1+2+3 или 2+3.
Такие модели тоже выпускаются. И будут наиболее универсальным решением для применения в частных домах. Однако стоимость их конечно отпугнет многих.
Схема электрощита с УЗИП
Схема качественно укомплектованного с точки зрения защиты от всех скачков и перепадов напряжения распределительного щита, должна выглядеть примерно следующим образом.
На вводе перед счетчиком – вводной автоматический выключатель, защищающий прибор учета и цепи внутри самого щитка. Далее счетчик.
Между счетчиком и вводным автоматом – УЗИП со своей защитой. Электроснабжающая организация конечно может запретить такой монтаж. Но вы можете обосновать это необходимостью защиты от перенапряжения и самого счетчика.
В этом случае потребуется смонтировать всю схемку с аппаратами в отдельном боксе под пломбой, дабы предотвратить свободный доступ к оголенным токоведущим частям до прибора учета.
Однако здесь остро встанет вопрос замены сработавшего модуля и срыва пломб. Поэтому согласовывайте все эти моменты заранее.
После прибора учета находятся:
- реле напряжения УЗМ-51 или аналог
- УЗО 100-300мА – защита от пожара
- УЗО или дифф.
автоматы 10-30мА – защита человека от токов утечки
автоматы 10-30мА – защита человека от токов утечки- простые модульные автоматы
Если с привычными компонентами при комплектации такого щитка вопросов не возникает, то на что же нужно обратить внимание при выборе УЗИП?
На температуру эксплуатации. Большинство электронных видов рассчитано на работу при окружающей температуре до -25С. Поэтому монтировать их в уличных щитках не рекомендуется.
Второй важный момент это схемы подключения. Производители могут выпускать разные модели для применения в различных системах заземления.
Например, использовать одни и те же УЗИП для систем TN-C или TT и TN-S уже не получится. Корректной работы от таких устройств вы не добьетесь.
Схемы подключения
Вот основные схемы подключения УЗИП в зависимости от исполнения систем заземления на примере моделей от Schneider Electric. Схема подключения однофазного УЗИП в системе TT или TN-S:
Здесь самое главное не перепутать место подключения вставного картриджа N-PE.
Если воткнете его на фазу, создадите короткое замыкание.
Схема трехфазного УЗИП в системе TT или TN-S:
Схема подключения 3-х фазного устройства в системе TN-C:
На что нужно обратить внимание? Помимо правильного подключения нулевого и фазного проводников немаловажную роль играет длина этих самых проводов.
От точки подключения в клемме устройства до заземляющей шинки, суммарная длина проводников должны быть не более 50см!
А вот подобные схемы для УЗИП от ABB OVR. Однофазный вариант:
Трехфазная схема:
Давайте пройдемся по некоторым схемкам отдельно. В схеме TN-C, где мы имеем совмещенные защитный и нулевой проводники, наиболее распространенный вариант решения защиты – установка УЗИП между фазой и землей.
Каждая фаза подключается через самостоятельное устройство и срабатывает независимо от других.
В варианте сети TN-S, где уже произошло разделение нейтрального и защитного проводника, схема похожа, однако здесь монтируется еще дополнительный модуль между нулем и землей.
Фактически на него и сваливается весь основной удар.
Именно поэтому при выборе и подключении варианта УЗИП N-PE, указываются отдельные характеристики по импульсному току. И они обычно больше, чем значения по фазному.
Помимо этого не забывайте, что защита от грозы это не только правильно подобранный УЗИП. Это целый комплекс мероприятий.
Их можно использовать как с применением молниезащиты на крыше дома, так и без нее.
Особое внимание стоит уделить качественному контуру заземления. Одного уголка или штыря забитого в землю на глубину 2 метра здесь будет явно не достаточно. Хорошее сопротивление заземления должно составлять 4 Ом.
Принцип действия
Принцип действия УЗИП основан на ослаблении скачка напряжения до значения, которое выдерживают подключенные к сети приборы. Другими словами, данное устройство еще на вводе в дом сбрасывает излишки напряжения на контур заземления, тем самым спасая от губительного импульса дорогостоящее оборудование.
Определить состояние устройства защиты достаточно просто:
- зеленый индикатор – модуль рабочий
- красный – модуль нужно заменить
При этом не включайте в работу модуль с красным флажком.
Если нет запасного, то лучше его вообще демонтировать.
УЗИП это не всегда одноразовое устройство, как некоторым кажется. В отдельных случаях модели 2,3 класса могут срабатывать до 20 раз!
Автоматы или предохранители перед УЗИП
Чтобы сохранить в доме бесперебойное электроснабжение, необходимо также установить автоматический выключатель, который будет отключать узип. Установка этого автомата обусловлена также тем, что в момент отвода импульса, возникает так называемый сопровождающий ток.
Он не всегда дает возможность варисторному модулю вернуться в закрытое положение. Фактически тот не восстанавливается после срабатывания, как по идее должен был.
В итоге, дуга внутри устройства поддерживается и приводит к короткому замыканию и разрушениям. В том числе самого устройства.
Автомат же при таком пробое срабатывает и обесточивает защитный модуль. Бесперебойное электроснабжение дома продолжается.
Запомните, что этот автомат защищает в первую очередь не разрядник, а именно вашу сеть.
При этом многие специалисты рекомендуют ставить в качестве такой защиты даже не автомат, а модульные предохранители.
Объясняется это тем, что сам автомат во время пробоя оказывается под воздействием импульсного тока. И его электромагнитные расцепители также будут под повышенным напряжением.
Это может привести к пробою отключающей катушки, подгоранию контактов и даже выходу из строя всей защиты. Фактически вы окажетесь безоружны перед возникшим КЗ.
Поэтому устанавливать УЗИП после автомата, гораздо хуже, чем после предохранителей.
Есть конечно специальные автоматические выключатели без катушек индуктивности, имеющие в своей конструкции только терморасцепители. Например Tmax XT или Formula A.
Однако рассматривать такой вариант для коттеджей не совсем рационально. Гораздо проще найти и купить модульные предохранители. При этом можно сделать выбор в пользу типа GG.
Они способны защищать во всем диапазоне сверхтоков относительно номинального.
Есть конечно и минус схемы с автоматом или ПК непосредственно перед УЗИП. Все мы знаем, что гроза и молния это продолжительное, а не разовое явление. И все последующие удары, могут оказаться небезопасными для вашего дома.
Защита ведь уже сработала в первый раз и автомат выбил. А вы об этом и догадываться не будете, потому как электроснабжение ваше не прерывалось.
Поэтому некоторые предпочитают ставить УЗИП сразу после вводного автомата. Чтобы при срабатывании отключалось напряжение во всем доме.
Однако и здесь есть свои подводные камни и правила. Защитный автоматический выключатель не может быть любого номинала, а выбирается согласно марки применяемого УЗИП. Вот таблица рекомендаций по выбору автоматов монтируемых перед устройствами защиты от импульсных перенапряжений:
Если вы думаете, что чем меньше по номиналу автомат будет установлен, тем надежнее будет защита, вы ошибаетесь.
Импульсный ток и скачок напряжения могут быть такой величины, что они приведут к срабатыванию выключателя, еще до момента, когда УЗИП отработает.
И соответственно вы опять останетесь без защиты. Поэтому выбирайте всю защитную аппаратуру с умом и по правилам. УЗИП это тихая, но весьма своевременная защита от опасного электричества, которое включается в работу мгновенно.
Ошибки при подключении
1Самая распространенная ошибка – это установка УЗИП в электрощитовую с плохим контуром заземления.
Толку от такой защиты не будет никакого. И первое же “удачное” попадание молнии, сожгет вам как все приборы, так и саму защиту.
Проверяйте техдокументацию УЗИП и проконсультируйтесь с опытным электриком ответственным за электрохозяйство, который должен быть в курсе какая система заземления используется в вашем доме.
3Использование УЗИП не соответствующего класса.
Как уже говорилось выше, есть 3 класса импульсных защитных устройств и все они должны применяться и устанавливаться в своих щитовых.
| Наименование изделия у производителя | ОПВ-В/3 | |
| Класс ограничителя перенапряжения | I класса [B], | |
| Количество и тип полюсов ограничителя | 3п | |
| Защищаемые сети (проводники) | для TNC, IT (3L/PEN), | |
| Импульсный ток (10/350), Iimp | ||
| Номинальный разрядный ток (8/20), In | In. | |
| Максимальный разрядный ток (8/20), Imax(Im) | Im.60кА, | |
| Уровень напряжения защиты, Up | Up.2кВ, | |
| Номинальное напряжение системы, Uo | Uo.400/690В(AC), | |
| Максимальное длительное рабочее переменное напряжение, Uc | Uc.440В(AC), | |
| Максимальное длительное рабочее постоянное напряжение, Uc | ||
| Напряжение разомкнутой цепи, Uос | ||
| Номинальная отключающая способность сопровождающего тока, Ifi | ||
| Время срабатывания, ta | ||
| Наличие индикатора состояния | индикатор состояния, | |
| Наличие сигнального контакта | ||
| Характеристика сигнального контакта | ||
| Встроенное защитное устройство | ||
| Тип УЗИП | модульный | |
| Исполнение УЗИП | картриджный, | |
| Количество модулей для модульного корпуса | 3мод, | |
| Степень защиты IP | IP20 | |
| Максимальное сечение подключаемого провода | 16мм² | |
| Климатическое исполнение и категория размещения | УХЛ4 | |
| Диапазон рабочих температур, °C | от –40 до +85 | |
| Максимальный ток автомата/предохранителя дополнительной защиты | ||
| Конструктивная особенность | ||
| Примечание | ||
| Альтернативные названия | ОПВ В3 | |
| Страна происхождения | ||
| Сертификация RoHS | ||
| Код EAN / UPC | ||
| Код GPC | ||
Код в Profsector. com | FE2.126.1.3 | |
| Статус компонента у производителя | Регулярная |
Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) EKF серии ОПВ
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
м
В цепи ОПВ со стороны питающей сети должен быть установлен аппарат с функцией гарантированного отключения например, автоматический выключатель, автоматический выключатель дифференциального тока или предохранитель.Импульсное напряжение в Комсомольске-на-Амуре: 247-товаров: бесплатная доставка, скидка-32% [перейти]
Партнерская программаПомощь
Комсомольск-на-Амуре
Каталог
Каталог Товаров
Одежда и обувь
Одежда и обувь
Стройматериалы
Стройматериалы
Текстиль и кожа
Текстиль и кожа
Здоровье и красота
Здоровье и красота
Детские товары
Детские товары
Продукты и напитки
Продукты и напитки
Электротехника
Электротехника
Дом и сад
Дом и сад
Сельское хозяйство
Сельское хозяйство
Промышленность
Промышленность
Мебель и интерьер
Мебель и интерьер
Все категории
ВходИзбранное
ЭлектротехникаВысоковольтное и низковольтное оборудованиеНизковольтная аппаратура НВАОграничители импульсных напряженийИмпульсное напряжение
Ограничитель импульсных перенапряжений CHINT 213547
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных перенапряжений IEK ОПС1-B 3Р 30/60кА 400B MOP20-3-B
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
импульсный регулятор напряжения NB671LAGQ NB671LA NB671 NB671LAGQ-Z AEAD AEAE AEAF Партномер: AEAF
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных напряжений EKF PROxima ОПВ-C/1P In 20кА 400В с сигн.
opv-c1
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных напряжений EKF PROxima ОПВ-D/4P In 5кА 230В с сигн. opv-d4
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных напряжений EKF PROxima ОПВ-B/3P In 30кА 400В с сигн. opv-b3
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных напряжений EKF PROxima ОПВ-B/2P In 30кА 400В с сигн. opv-b2
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных напряжений EKF PROxima ОПВ-C/3P In 20кА 400В с сигн. opv-c3
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
2 916
4321
Устройство защиты от импульсных перенапряжений EKF Тип: Устройство защиты от импульсных
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
370
501
Ограничитель импульсных перенапряжений ОПС1-C 1Р 10/40кА 230В GENERICA Тип: Ограничитель
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
1 993
2936
Реле напряжения РН-122 однофазное в розетку 220В с дисплеем для дома 16А Защита от импульсных скачков домашней техники
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
5 390
5700
Устройство защиты от импульсных перенапряжений УЗИП ОПС1-В 3п 30-60Ка Тип: Ограничитель
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Преобразователь напряжения БПИ-04 2-х кан блок питания импульсный (Блоки питания)
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Преобразователь повышающий AS32, импульсный, 5В/8В/9В/12В
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Преобразователь понижающий DC-DC (MP2315), импульсный, I=3A
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
2 100
2300
Устройство защиты от импульсных перенапряжений УЗИП ОПС1-В 1п 30-60Ка Тип: Ограничитель
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных напряжений EKF PROxima ОПВ-D/2P In 5кА 230В с сигн.
opv-d2
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных перенапряжений CHINT 213547
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных напряжений серии ОПВ-C/1P In 20кА 400В EKF Единица измерения:
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных напряжений EKF PROxima ОПВ-D/1P In 5кА 230В с сигн. opv-d1
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных напряжений EKF PROxima ОПВ-C/2P In 20кА 400В с сигн. opv-c2
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных напряжений ОИН1 TDM
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Преобразователь понижающий DC-DC (MP1584), импульсный, Uвых=3.3В, I=3A
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных напряжений EKF PROxima ОПВ-B/1P In 30кА 400В с сигн.
opv-b1
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных напряжений EKF PROxima ОПВ-D/3P In 5кА 230В с сигн. opv-d3
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
1 993
2936
Реле напряжения РН-116 однофазное в розетку 220В с дисплеем для дома 16А Защита от импульсных скачков домашней техники
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Преобразователь понижающий на базе XL4016E1, импульсный, 5А(8А), Ch3
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных напряжений EKF PROxima ОПВ-C/4P In 20кА 400В с сигн. opv-c4
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Преобразователь понижающий на базе XL4015, импульсный, 5A
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
956
956
Ограничитель импульсных перенапряжений TDM ОПС1-D 1P 5кА класс D Тип: Блок комплексной защиты сети,
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
2 059
2942
Автомобильный преобразователь напряжения инвертор с 24V до 12V, 15А СОНАР импульсный в грузовую авто машину
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных перенапряжений CHINT 213547
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Ограничитель импульсных перенапряжений IEK ОПС1-B 3Р 30/60кА 400B MOP20-3-B
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
импульсный регулятор напряжения NB671LAGQ NB671LA NB671 NB671LAGQ-Z AEAD AEAE AEAF Партномер: AEAF
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
2 страница из 9
Подключение УЗИП в щитке: схема, видео, фото
- Статья
- Видео
Исправная и долгосрочная работа бытовой техники и электроники напрямую зависит от качества потребляемой энергии.
Текущие значения напряжения и тока в электрических сетях по тем или иным причинам не всегда соответствуют заданным величинам. Для приведения искаженных параметров электроэнергии в норму служат системы стабилизации, установленные на вводе электрической сети дома или квартиры, а также в схемах электронных устройств. Однако не следует забывать, что в электрических сетях имеет место явление импульсного перенапряжения, которое длится всего доли секунды. Величина действующего напряжения при этом может многократно превысить номинальное и безвозвратно вывести из строя оборудование. Причиной появления импульсов могут служить воздействие грозы на электрические системы или коммутационные процессы в понижающих трансформаторных подстанциях, а также в схеме установок с высокой реактивной нагрузкой. Защитить электрические сети и оборудование можно с помощью устройств защиты от импульсных перенапряжений. В этой статье мы рассмотрим, как должно выполняться подключение УЗИП в щитке.
- Правила и особенности установки
- Варианты подключения
Правила и особенности установки
Установку устройств защиты от перенапряжения регламентируют Правила устройства электроустановок (ПУЭ), являющиеся основным нормативным документом в вопросах безопасного обслуживания электрических установок.
Согласно требованиям ПУЭ, устройства защиты от перенапряжения подлежат обязательной установке на объектах с предусмотренной системой молниезащиты, а также в домах, электроснабжение которых осуществляется по проводам воздушных линий, в регионах, с годовой продолжительностью грозовых периодов, превышающих 25 часов.
Необходимость подключения УЗИП на объектах в районах, где грозы не являются частым явлением, носит рекомендательный характер, однако, учитывая, к каким разрушительным последствиям может привести прямой удар молнии, целесообразно выполнить все необходимые мероприятия для защиты от данного вида стихии даже для негрозоопасной местности.
Защита от импульсных напряжений промышленных и административных зданий, многоквартирных домов входит в сферу деятельности электромонтажных организаций. Установка и подключение УЗИП в частном доме или в квартире ложится на плечи хозяина жилья, поэтому каждому домовладельцу необходимо, хотя бы в общих чертах, знать основные правила обустройства защиты от импульсных перенапряжений, а также как установить и как подключить необходимое для этого оборудование.
Монтаж УЗИП необходимо выполнить соблюдая требования технических нормативов, которые предусматривают 3 уровня защиты. В качестве первого уровня защиты находят применение вентильные разрядники, которые относятся к категории УЗИП 1 класса. Они обеспечивают защиту от непосредственных грозовых воздействий на линии электропередач и устанавливаются в ВРУ (вводных распределительных устройствах). Дополнительная защита от удара молний и коммутационных процессов в понижающих трансформаторных подстанциях обеспечивается защитными аппаратами 2 класса, которые устанавливаются и подключаются в распределительных щитах дома или квартиры. Для защиты электроники и электротехники, чувствительной даже к незначительным импульсным перенапряжениям служат УЗИП 3 класса, подключение которых производится в щитке питания потребителей в непосредственной близости от них.
Как установить оборудование для того, чтобы обеспечить трехступенчатую защиту от импульсных перенапряжений, показано на схеме:
Более доступное объяснение:
Варианты подключения
Одним из важнейших вопросов является, как подключить УЗИП в щитке.
Практически все варианты подключения идентичны и указаны в техническом паспорте изделия. Способы монтажа приборов защиты могут отличаться, в зависимости, где они будут установлены, в однофазной или трехфазной сети, также в зависимости от системы заземления.
Самой современной и отвечающая всем требованиям безопасности является система заземления tn-s, при которой нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) провод во всей системе энергоснабжения работают раздельно. Система tn-c-s представляет комбинированный вариант, при котором N и PE от источника питания до ВРУ дома объединены в один провод, после которого начинается разделение нулевого и защитного проводника. Следует помнить, что данная схема не будет работать без заземления, поэтому необходимо обязательно произвести его обустройство. Система tn-c наиболее простая и распространенная в устаревшем жилом фонде система заземления, при которой роль нулевого и рабочего проводника выполняет один провод (PEN).
Ниже на схеме показано, как подключить УЗИП класса II в однофазной сети, установленного в щитке квартиры или частного дома с двумя вариантами системы заземления.
Для такого варианта подключения необходимо подобрать простейший одноблочный защитный аппарат, с соответствующим рабочим напряжением.
Схема подключения с системой заземления tn-c:
Если предусмотрена система заземления tn-s, в данном случае потребуется установка и подключение УЗИП, состоящего из двух модулей, конструкцией которого предусмотрены отдельные клеммы, для подключения фазного, нулевого рабочего и защитного проводов, обозначенные соответствующей маркировкой.
Подключение УЗИП в трехфазной сети осуществляется так, как показано на фото:
При монтаже УЗИП следует предусмотреть средства защиты сети в случае короткого замыкания в приборе и произвести его подключение через автомат или через предохранитель. Установку аппарата можно производить до и после счетчика, во втором случае прибор учета электроэнергии останется не защищенным от импульсного перенапряжения.
На видео ниже наглядно демонстрируется, как подключить данный аппарат в щитке:
youtube.com/embed/fQ9mdnDDY4o” allowfullscreen=”allowfullscreen”> Вот мы и рассмотрели, как должно выполняться подключение УЗИП в щитке. Надеемся, предоставленная схема, видео и фото примеры пригодились вам и помогли понять, как подключить данный защитный аппарат.
Будет полезно прочитать:
- Как сделать заземление в доме
- Для чего нужно УЗО в квартире
- Как сделать громоотвод своими руками
- Схемы подключения реле напряжения
Двухрежимное устройство OPV-OLED с фотоэлектрическими и светоизлучающими функциями
Sci Rep. 2018; 8: 11472.
Опубликовано онлайн 2018 июля 31. DOI: 10.1038/S41598-018-29806-8
, , , , и
Информация о статье.
- Дополнительные материалы
Быстрое развитие органических оптоэлектронных устройств, таких как органические фотоэлектрические элементы (OPV) и органические светоизлучающие устройства (OLED), в значительной степени объясняется их преимуществами: большой площадью, ультратонкой толщиной, гибкостью, прозрачностью, и технологичность решения.
В данном документе мы изготавливаем и характеризуем двухрежимное устройство OPV-OLED с трехполюсной структурой, состоящей из перевернутого блока OPV с объемным гетеропереходом на полимерной основе и белого фосфоресцентного OLED-блока с верхним излучением, соединенных задними сторонами друг к другу через промежуточный электрод из металлического сплава. Оксид индия и олова, осажденный напылением, использовался в качестве прозрачного катода перевернутого блока OPV, тогда как алюминий, легированный Ag, служил обычным анодом OPV / OLED, что позволяло разделить функции генерации электроэнергии и освещения. Примечательно, что легирование Al серебром способствовало уменьшению шероховатости поверхности, что позволило использовать указанный выше электрод в качестве общего анода и значительно снизить ток утечки. Наконец, в OLED-устройстве с верхним излучением в качестве полупрозрачного катода использовался сверхтонкий слой Mg, легированного серебром. Таким образом, успешная интеграция элементов OPV-OLED приводит к разделению функций генерации электроэнергии и излучения света, достигая эффективности преобразования энергии 3,4% и внешней квантовой эффективности 9.
0,9%.
Органические оптоэлектронные устройства, такие как органические фотогальваники (OPV) 1 – 3 и органические светоизлучающие устройства (OLED) 4 – 6 площадь, ультратонкий, гибкость, прозрачность и технологичность решения. В частности, активный слой OPV с объемным гетеропереходом обычно состоял из электронодонорных (p-типа) и электроноакцепторных (n-типа) полупроводников 7 , 8 , с OPV на полимерной основе с одинарным объемным гетеропереходом, обеспечивающим эффективность преобразования энергии (PCE) до 12% 9 – 14 . Было продемонстрировано, что тандемные OPV, т. е. устройства с многопереходными структурами, эффективно улавливают солнечный свет, преобразуя редко используемую часть солнечного спектра с помощью комплементарно поглощающих полимеров и, таким образом, демонстрируя снижение потерь энергии 15 – 19 .
Поэтому в качестве промежуточного слоя тандемных ОПВ использовали полупрозрачный ультратонкий слой Ag, оксиды металлов, проводящие полимеры. Точно так же разработка OLED была вызвана их потенциалом использования в энергосберегающих плоских источниках света и дисплеях. В последнее время разработка новых материалов и структур устройств позволила увеличить внешнюю квантовую эффективность (EQE) OLED-дисплеев на 30%. В тандемных OLED, разработанных для одновременного достижения высокой эффективности и длительного срока службы, несколько светоизлучающих элементов соединены последовательно через слой генерации заряда (CGL) 25 – 28 . Кроме того, для улучшения светосилы OLED-дисплеев 29 – 31 широко используются OLED с верхним излучением, в которых обычный отражающий металлический электрод заменен полупрозрачным ультратонким.
В последнее время интеграция OPV и OLED в каталог с последовательным соединением привела к разработке новых функциональных устройств, например, используемых для преобразования света с повышением частоты и инфракрасного датчика 32 – 35 .
В таких устройствах блок OPV действует как CGL под световым облучением, при этом фотогенерированные носители впоследствии вводятся в блок OLED. Устройства преобразования света с повышением частоты преобразуют излучение ближнего инфракрасного диапазона в видимый свет, поэтому они имеют большое значение для h приложений ночного видения 33 . С другой стороны, сообщалось, что использование полупрозрачных металлических электродов для интеграции OPV-OLED приводит к высокой чистоте цвета электролюминесценции (ЭЛ) 36 , 37 , при этом блок OPV содержит смесь фталоцианина цинка (ZnPc) и фуллерена (C 60 ), тогда как излучающий слой OLED содержит трис(8-гидроксихинолин)алюминий (Alq 3 ). ) и 10-(2-бензотиазолил)-1,1,7,7-тетраметил-2,3,6,7-тетрагидро-1H,5H,11H-[l]1-бензопирано[6,7,8-ij ]-хинолизин-11-он (С545Т). Пиковая длина волны ЭЛ OLED-устройства на основе Alq 3 :C545T составила 530 нм, тогда как прозрачность ZnPc:C 9Блок OPV на основе 0092 60 составлял менее 70% при 530 нм, что означает, что единица света, излучаемая OLED, могла проходить через блок OPV с небольшими потерями на поглощение.
Однако в этом интегрированном устройстве свет, падающий на OPV, должен был быть ориентирован в том же направлении, что и свет, излучаемый OLED. Следовательно, требуется разработка двухрежимного устройства OPV-OLED, чтобы разделить вышеуказанные направления без потери поглощения.
Кроме того, двухрежимное устройство OPV-OLED позволяет одновременно использовать фотоэлектрические и светоизлучающие характеристики в одном устройстве. Эти новые функции двухрежимного устройства могут быть применены к «умным оконным жалюзи». Как правило, оконные жалюзи блокируют солнечный свет, тогда как интеллектуальные оконные жалюзи с двухрежимным устройством OPV-OLED используют потенциальный солнечный свет в качестве солнечной энергии в течение дня. Кроме того, двухрежимное устройство OPV-OLED можно использовать для освещения в ночное время.
В данном документе, чтобы отделить генерацию электроэнергии и функцию излучения света, мы изготовили двухрежимное устройство OPV-OLED со структурой с тремя выводами (активная область = 1 см 2 ), включающую перевернутый блок OPV на основе полимера с объемным гетеропереходом и верхнюю часть -эмиссионный белый фосфоресцентный OLED-блок, соединенный встык через промежуточный электрод из металлического сплава.
В качестве прозрачного катода инвертированного блока OPV использовался напыленный оксид индия-олова (ITO) с относительно высоким коэффициентом пропускания (до 90%). Промежуточный соединительный электрод из алюминия, легированного Ag, с его гладкой поверхностью сыграл ключевую роль в реализации индивидуальной работы блоков OPV и OLED 38 , 39 , что приводит к приемлемо малому току утечки устройства. Ультратонкий Mg, легированный Ag, использовался в качестве полупрозрачного катода для OLED-блока с верхним излучением, а изготовленное двухрежимное устройство показало PCE 3,4% и EQE 9,9%.
Чтобы реализовать вышеупомянутое двухрежимное устройство, мы использовали трехконтактную структуру, а именно: прозрачный катод ITO/перевернутый OPV/промежуточный соединительный анод из Al, легированный Ag, OLED с верхним излучением/полупрозрачный катод, легированный Ag, как показано на рис. . . Активная площадь изготовленного устройства равнялась 1 см 2 , что является довольно большим по сравнению с обычным лабораторным значением 0,04 см 2 .
Таким образом, блок OPV облучался солнечным светом со стороны прозрачного стекла, покрытого ITO, тогда как свет, излучаемый OLED, проходил через полупрозрачный ультратонкий Mg-катод, легированный Ag. Мы подготовили различные маски для осаждения с активной площадью 1 см 2 , такие как маска из напыленного ITO, маска промежуточного электрода, маска OLED и прозрачная маска верхнего электрода, как показано на рис. 9.0007 С1 .
Открыть в отдельном окне
Структуры двухмодового OPV-OLED и его химические составляющие.
Блок инвертированного OPV с объемным гетеропереходом на полимерной основе двухрежимного устройства, использующий поли[(4,8-бис-(2-этилгексилокси)-бензо(1,2-b:4,5- b′)дитиофен)-2,6-диил-альт-(4-(2-этилгексил)-3-фтортиено[3,4-b]-тиофен-)-2-карбоксилат-2–6-диил]] ( PTB7) и n -тип [6,6]-фенил-C 71 -метиловый эфир масляной кислоты (PC 71 BM) в качестве материалов активного слоя. В качестве собирающего электроны слоя использовались наночастицы ZnO, а в качестве собирающего дырки слоя MoO 3 .
Перевернутый блок OPV имел следующую конфигурацию: напыление ITO (130 нм)/ZnO (30 нм)/PTB7:PC 71 BM (100 нм)/MoO 3 (8 нм)/Ag (30 нм) , с соответствующими энергетическими диаграммами, показанными на рис. S2 . Чтобы получить осажденный напылением ITO с активной площадью 1 см 2 и одновременно достичь высокого коэффициента пропускания и низкого поверхностного сопротивления, мы исследовали влияние отжига во время осаждения ITO. Таким образом, ITO, нанесенный напылением без отжига, показал высокое поверхностное сопротивление 56 Ом квадрат -1 при толщине 130 нм, тогда как напыление, сопровождающееся отжигом при 200 °С, приводило к уменьшению сопротивления (28 Ом квадрат -1 при толщине 130 нм). Коэффициент пропускания (450–620 нм) напыленной пленки ITO, отожженной при 200 °C, превышал 90 %, что практически совпадает со значением, полученным для пленки ITO, напыленной без отжига (рис. S3 ). Однако как отожженные, так и неотожженные пленки ITO показали низкий коэффициент пропускания в диапазоне 300–400 нм.
Полученное среднеквадратичное ( R a ) and maximum ( R max ) heights of annealed and non-annealed ITO films revealed that the latter ( R a = 0.68 nm, R max = 8,28 нм) был более шероховатым, чем предыдущий ( R a = 0,33 нм, R max = 6,71 008 нм) (рис. 47 S 900). Наночастицы ZnO, диспергированные в 2-этоксиэтаноле, были нанесены центрифугированием на пленку ITO, нанесенную напылением, а затем были покрыты PTB7:PC 9.0092 71 BM (2:3 мас./мас., раствор в хлорбензоле:1,8-дииодоктане = 97:3 об./об.), который показал широкополосное поглощение при 300–750 нм (рис. S5 ).
Промежуточный электрод использовался для сбора заряда с блока OPV и ввода заряда в блок OLED, при этом его гладкая поверхность имела большое значение. Пленки Ag обычно используются в качестве перевернутых анодов OPV из-за надлежащего выравнивания энергетических уровней.
Однако использованная здесь пленка Ag показала высокую шероховатость поверхности ( R A = 1,84 нм и R MAX = 18,3 нм) ( Fig.), Что в результате увеличилось в Leakage Tuccury, когда стал не снимается на высокой форме. . Чтобы уменьшить шероховатость поверхности, мы изготовили электрод из алюминиевого сплава, легированного Ag, путем совместного испарения Ag и Al. На рисунке показаны полученные с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) изображения легированных Ag (содержание Ag 0, 30 и 60% масс. соответственно) пленок Al на пленке Ag. Шероховатость поверхности пленки Al, легированной Ag, толщиной 70 нм уменьшилась с 2,71 до 1,16 нм ( R a ) и от 36,4 до 10,7 нм ( R max ) по мере увеличения содержания Ag от 0 до 60 % масс. кластеров и, следовательно, уменьшил ток утечки устройства и оптические потери устройства 38 .
Кроме того, относительно небольшие значения R a и R max (2,13 и 21,2 нм соответственно) наблюдались даже при осаждении Al, легированного Ag, по всему инвертированному блоку OPV (рис. С6 ). На рисунке показаны кривые плотность тока-напряжение для OPV в двухрежимном устройстве и для одиночного перевернутого OPV при типичной воздушной массе 1,5 глобального облучения (AM1,5 G, 100 мВт см −2 ). Двухрежимный OPV-OLED показал PCE = 3,31%, ток короткого замыкания ( Дж sc) = 13,2 мА см −2 , напряжение холостого хода ( В oc) = 0,73 В и коэффициент заполнения (FF ) = 33%, при этом наблюдаемая эффективность практически идентична таковой у одиночной инвертированной OPV (PCE = 3,36%, FF = 35%). Этот результат свидетельствует о том, что блок OPV двухрежимного устройства может эффективно работать в качестве источника выработки электроэнергии аналогично обычному одиночному OPV.
На рисунке показаны кривые внешней квантовой эффективности (EQE) вышеуказанных OPV, показывающие их близкое сходство. Примечательно, что низкий EQE наблюдался в области 300–450 нм, что было связано с низким коэффициентом пропускания пленки ITO, нанесенной напылением, в этом коротковолновом диапазоне. Характеристики используемых OPV приведены в таблице.
Открыть в отдельном окне
АСМ-изображения ( a ) пленки Ag, ( b ) Al на пленке Ag, ( c ) 30 вес.% Al, легированного Ag на пленке Ag, и ( d ) Алюминий, легированный Ag, 60 вес.% на пленке Ag.
Открыть в отдельном окне
( a ) Кривые J-V и ( b ) EQE спектры блока OPV в двухрежимном устройстве и одинарного инвертированного OPV.
Таблица 1
Характеристики ОПВ составных и одиночных устройств.
| Device | J sc (mA cm −2 ) | V oc (V) | FF | PCE (%) |
|---|---|---|---|---|
| Dual mode OPV-OLED | 13. 17 | 0.73 | 0.33 | 3.13 |
| Single OPV | 13.22 | 0.73 | 0.35 | 3.36 |
Открыть в отдельном окне
Белый OLED-блок с верхним излучением был изготовлен на промежуточном соединительном аноде из алюминия, легированного 60 вес.% Ag, с использованием синего фосфоресцирующего эмиттера, бис[2-(4,6-дифторфенил)пиридинато- C 2 , N ](пиколинато)иридий(III) (FIrpic) и оранжевый фосфоресцентный излучатель, иридий(III) бис-(2-фенилхиноли-N,C2′)дипивалоилметан (PQ2Ir(dpm)) . В излучающем слое использовались два исходных материала, а именно 4,4′,4”-трис(карбазол-9-ил)-трифениламин (TCTA) в качестве вещества, переносящего дырки, и 2,6-бис(3-(9-карбазол-9-ил)фенил)пиридин (26DCzPPy) в качестве биполярных материалов.
Оранжевый эмиссионный слой 26DCzPPy:PQ2Ir(dpm) помещали между двумя синими эмиссионными слоями (TCTA:FIrpic и 26DCzPPy:FIrpic) для получения как синего, так и оранжевого излучения 40 . 1,4,5,8,9,11-гексаазатрифениленгексакарбонитрил (HATCN6), являющийся органическим электроноакцептором, использовали для слоя инжекции дырок с металлического анода, а 1,1-бис-(4-бис(4-толил )-аминофенил)циклогексен (TAPC) использовали в качестве слоя переноса дырок. В качестве электрон- транспортный и инжекторный слои соответственно. Триплетные энергетические уровни TAPC (2,95 эВ) и B3PyPB (2,69 эВ) располагались выше таковых у фосфоресцентных эмиттеров FIrpic (2,62 эВ) и PQ 2 Ir(dpm) (2,10 эВ), что предотвращало тушение триплетного экситона фосфоресцентных эмиттеров на границе раздела излучающий слой и соседние слои переноса заряда. Белый OLED-блок с верхним излучением, сконфигурированный как отражающий анод Ag:Al (100 нм)/HATCN6 (5 нм)/TAPC (65 нм)/TCTA:10 мас.% FIrpic (5 нм)/26DCzPPy:5 мас.
%PQ 2 Ir(dpm) (2 нм)/26DCzPPy:10 мас.%FIrpic (5 нм)/B3PyPB (55 нм)/Liq (2 нм)/полупрозрачный катод Mg:Ag (15 нм), с соответствующей энергетической диаграммой, показанной на Рис. С7 . Спектры электролюминесценции OLED-блока с верхним излучением двухрежимного устройства соответствовали белому излучению обоих фосфоресценционных излучателей (FIrpic и PQ 2 Ir(dpm)), (рис. S8 ), с соответствующей плотностью тока-яркостью. –напряжения (J – L–V ) кривые показаны на рис. Примечательно, что двухрежимное устройство имело 90 128 кривых J-V , очень похожих на кривые одиночного OLED с верхним излучением с активной площадью 1 см 2 , и ток утечки не наблюдался из-за уменьшенной шероховатости поверхности промежуточного Ag- легированный алюминиевый электрод. С другой стороны, высокий ток утечки наблюдался, когда промежуточный электрод содержал нелегированный алюминий, как показано на рис. 9.0007 S9 , что объясняется высокой шероховатостью поверхности пленки из чистого алюминия.
Шероховатость поверхности этих анодов была доминирующим фактором не только для двухрежимных устройств, но и для одиночных OLED. Ток утечки одиночного OLED был значительно снижен за счет использования алюминиевого электрода, легированного серебром, по сравнению с нелегированным алюминиевым электродом, как показано на рис. S10 . Следовательно, гладкий алюминиевый электрод, легированный серебром, можно использовать для эффективной работы OLED-блока с максимальной эмиссией в двухрежимном устройстве. При яркости 1, 100 и 1000 кд м 2 , управляющие напряжения вышеупомянутого устройства равнялись 3,10, 3,67 и 4,52 В соответственно, что указывало на то, что дырки и электроны были эффективно инжектированы в блок OLED с верхней эмиссией как из алюминиевого анода, легированного Ag, так и из Катод Mg, легированный Ag. Кроме того, указанный выше блок продемонстрировал энергоэффективность (PE) 13,8 лм Вт -1 и EQE 9,9% при 1000 кд м -2 соответственно, таким образом демонстрируя характеристики, аналогичные характеристикам одинарного высокоэмиссионного OLED (рис.
). Характеристики используемых OLED приведены в таблице. Таким образом, на основе полученных результатов двухрежимное устройство OPV-OLED может эффективно работать как в качестве белого OLED с верхним излучением, так и в качестве одинарного OLED.
Открыть в отдельном окне
( a ) J–L-V и ( b ) EQE–J кривые двухрежимного OPV-OLED и одиночного OLED.
Таблица 2
Характеристики OLED композитных и одиночных устройств.
| Устройство | V на (V) | V (V) | PE (LM W – ) | 3 CE (CDM -1)3 CE (CD.M.10007 – ) | .E (CD A – ) | . |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Dual mode OPV-OLED | 3. 10 | 4.52 | 13.8 | 19.9 | 9.9 | |
| Single OLED | 3.11 | 4.67 | 9.6 | 14.3 | 8.6 |
Open in отдельное окно
Таким образом, мы успешно изготовили и охарактеризовали двухрежимное трехконтактное устройство OPV-OLED, состоящее из блока инвертированного OPV с объемным гетеропереходом на полимерной основе и белого фосфоресцентного OLED-блока с верхним излучением, расположенного спиной к спине. соединены промежуточным электродом из металлического сплава. Прозрачный ITO, осажденный напылением, использовался в качестве катода перевернутого блока OPV, тогда как вышеупомянутый электрод из металлического сплава (Al, легированный Ag) использовался для обеспечения развязки функций генерации электричества и излучения света.
Легирование Al серебром сыграло значительную роль в уменьшении шероховатости поверхности, что привело к практически полному отсутствию тока утечки. Ультратонкий магний, легированный серебром, использовался в качестве полупрозрачного катода для белого OLED-блока с верхним излучением двухрежимного устройства, которое показало PCE 3,4% и EQE 9.0,9%.
Материалы
PTB7 и PC 71 BM были приобретены у Solarmer Energy. HATCN6, TAPC, TCTA и Liq были приобретены у eRay. 26DCzPPy и FIrpic были приобретены у Chemipro Kasei, а PQ 2 Ir(dpm) – у Lumtec. ZnO и B3PyPB синтезировали по известной в литературе методике.
Производство пленки ITO
Стеклянные подложки очищали ультраочищенной водой и нейтральным моющим средством, после чего подвергали химической чистке путем 10-минутного воздействия УФ-озоновой среды. На очищенные подложки наносили пленки ITO при комнатной температуре методом радиочастотного (РЧ) напыления (NRF-технологии NR05NP-03) с использованием мишени ITO (90% In 2 O 3 –10%SnO 2 , 99,99%), поставляемый Kojundo Chemical.
Расстояние мишень–подложка составляло 200 мм, а камера напыления перед напылением вакуумировалась до давления менее 5 × 10 –5 Па. Ar высокой чистоты (99,999 %) и O 2 (99,999 %) вводили со скоростью 40 и 0,4 см3/мин соответственно. Перед осаждением мишень дезактивировали путем 5-минутного предварительного распыления в Ar-O 2 . Рабочее давление составляло 0,3 Па, а мощность ВЧ была установлена на уровне 160 Вт, в результате чего была нанесена пленка ITO толщиной 130 нм с активной площадью 1 см 9 .0007 2 .
Изготовление устройства
Для изготовления инвертированного OPV с объемным гетеропереходом на основе полимера дисперсию наночастиц ZnO (10 мг мл −1 ) в 2-этоксиэтаноле наносили центрифугированием на очищенную подложку ITO и отжигали при 100 ° C в течение 10 минут для получения слоя толщиной 30 нм. Смесь PTB7:PC 71 BM (2:3 вес/вес) в хлорбензоле:1,8-дииодоктане (97:3 объем/объем) с концентрацией 25 мг мл -1 была нанесена центрифугированием на ZnO.
чтобы получить слой толщиной 100 нм. Все процедуры центрифугирования и отжига проводились в перчаточном боксе, заполненном азотом (<0,1 ppm O 2 и H 2 О). Остальные слои (MoO 3 , Ag и Al, легированный Ag) наносились методом термического испарения в вакууме (~10 –5 Па). Для изготовления белого фосфоресцентного OLED-блока с верхним излучением функциональные органические слои были нанесены на алюминиевый анод, легированный Ag, путем термического испарения в вакууме (~ 10 -5 Па) с использованием теневой маски с органическим рисунком. Верхний катод (Mg, легированный Ag) наносился путем совместного испарения (Ag:Mg 1:9) и формировался с использованием теневой маски с массивом 1 см 2 отверстий без нарушения вакуума (~10 −5 Па). Сразу после изготовления полученное устройство герметизировали в атмосфере азота с помощью эпоксидного клея и крышек из прозрачного стекла.
Характеристика
Толщина пленки была измерена с помощью измерителя профиля Dektek8, а поверхностное сопротивление пленки ITO было измерено с использованием обычного четырехзондового метода.
Шероховатость поверхности анализировали с помощью атомно-силового микроскопа Bruker Dimension Icon. Оптическое пропускание пленки ITO измеряли с помощью спектрофотометра Shimadzu UV-3150UV-vis-NIR. Чтобы охарактеризовать инвертированный OPV объемного гетероперехода, кривые плотность тока-напряжение были записаны с использованием блока измерения источника Keithley 2400. Интенсивность света определяли с помощью монокремниевого детектора (с фильтром видимого света KG-5), откалиброванного Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии для уменьшения спектрального несоответствия. Для характеристики белого фосфоресцентного OLED-блока с верхним излучением спектры электролюминесценции были получены с использованием оптического многоканального анализатора (Hamamatsu Photonics PMA-11). Кривые плотность тока-напряжение и яркость-напряжение регистрировали с использованием блока измерения источника Keithley 2400 и измерителя яркости KonicaMinolta CS200 соответственно. Внешние квантовые эффективности рассчитывались на основе яркости фронта, плотности тока и спектров электролюминесценции.
Дополнительная информация (5.2M, docx)
Авторы признательны за «Грант в поддержку научных исследований A» (Грант № 15H02203) от Японского общества содействия развитию науки (JSPS), дополнительно выражая свою благодарность Центру инновационной программы Японского агентства по науке и технологиям (JST).
Т.С. и Дж.К. задумал эксперименты. Д.К. изготовил устройства. Д.К., К.У. и Ю.В. выполнил измерения поглощения в УФ-видимой области, ФЛ и АСМ. Т.К. написал рукопись. Все авторы прочитали и прокомментировали рукопись.
Конкурирующие интересы
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.
Дополнительный электронный материал
Дополнительная информация прилагается к данному документу по адресу 10.1038/s41598-018-29806-8.
Примечание издателя: Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и институциональной принадлежности.
Такаюки Тиба, электронная почта: pj.ca.u-atagamay.zy@abihc-T.
Джунджи Кидо, электронная почта: pj.ca.u-atagamay.zy@dik.
1. Ю. Г., Гао Дж., Хуммелен Дж. К., Вудл Ф., Хигер А. Дж. Полимерные фотоэлектрические элементы — повышенная эффективность за счет сети внутренних донорно-акцепторных гетеропереходов. Наука. 1995; 270:1789–1791. doi: 10.1126/science.270.5243.1789. [CrossRef] [Google Scholar]
2. Halls JJM, et al. Эффективные фотодиоды из взаимопроникающих полимерных сеток. Природа. 1995; 376: 498–500. doi: 10.1038/376498a0. [CrossRef] [Google Scholar]
3. Li G, Zhu R, Yang Y. Полимерные солнечные элементы. Нац. Фотоника. 2012; 6: 153–161. doi: 10.1038/nphoton.2012.11. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
4. Кидо Дж., Кимура М., Нагаи К. Многослойное органическое электролюминесцентное устройство, излучающее белый свет. Наука. 1995; 267:1332–1334. doi: 10.1126/science.267.5202.1332. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
5. Sun Y, et al.
Управление синглетными и триплетными экситонами для эффективных белых органических светоизлучающих устройств. Природа. 2006; 440:908–912. doi: 10.1038/nature04645. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
6. Reineke S, et al. Белые органические светодиоды с эффективностью люминесцентной лампы. Природа. 2009 г.;459:234–238. doi: 10.1038/nature08003. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
7. Liang YY, et al. Для светлого будущего – полимерные солнечные элементы с объемным гетеропереходом и эффективностью преобразования энергии 7,4% Adv. Матер. 2010;22:E135–E138. doi: 10.1002/adma.2008. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
8. Collins BA, et al. Абсолютное измерение доменного состава и наноразмерного распределения объясняет производительность солнечных элементов PTB7:PC71BM. Доп. Энергия Матер. 2013;3:65–74. doi: 10.1002/aenm.201200377. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
9. Vohra V, et al. Эффективные перевернутые полимерные солнечные элементы с благоприятной молекулярной ориентацией.
Нац. Фотоника. 2015; 9: 403–408. doi: 10.1038/nphoton.2015.84. [CrossRef] [Google Scholar]
10. Armin A, et al. Эффективные полимерные солнечные элементы с большой площадью и толстым переходом со сбалансированной подвижностью и низкой плотностью дефектов. Доп. Энергия Матер. 2015;5:1401221. doi: 10.1002/aenm.201401221. [CrossRef] [Google Scholar]
11. Zhang SQ, Ye L, Hou JH. Преодоление барьера эффективности 10% в органических фотогальванических элементах: морфология и оптимизация устройств хорошо известных полимеров PBDTTTP. Доп. Энергия Матер. 2016;6:1502529. doi: 10.1002/aenm.201502529. [CrossRef] [Google Scholar]
12. Zhao WC, et al. Полимерные солнечные элементы без фуллеренов с КПД более 11% и отличной термической стабильностью. Доп. Матер. 2016; 28:4734–4739. doi: 10.1002/adma.201600281. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
13. Li SS, et al. Модуляция энергетического уровня низкомолекулярных акцепторов электронов для достижения эффективности более 12% в полимерных солнечных элементах.
Доп. Матер. 2016;28:9423–9429. doi: 10.1002/adma.201602776. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]
14. Nian L, et al. Низкомолекулярные солнечные элементы с одновременным повышенным током короткого замыкания и коэффициентом заполнения для достижения эффективности 11%. Доп. Матер. 2017;29:1700616. doi: 10.1002/adma.201700616. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
15. Kim JY, et al. Эффективные тандемные полимерные солнечные элементы, изготовленные методом комплексной обработки. Наука. 2007; 317: 222–225. doi: 10.1126/science.1141711. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
16. Gilot J, Wienk MM, Janssen RAJ. Оптимизация полимерных тандемных солнечных элементов. Доп. Матер. 2010;22:E67–E71. doi: 10.1002/adma.2008. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
17. Sista S, et al. Высокоэффективные тандемные полимерные фотоэлектрические элементы. Доп. Матер. 2010;22:380–383. doi: 10.1002/adma.2004. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
18. You JB, et al.
Полимерные тандемные солнечные элементы с эффективностью преобразования энергии 10,2%, состоящие из двух идентичных субэлементов. Доп. Матер. 2013;25:3973–3978. doi: 10.1002/adma.201300964. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
19. Chen CC, et al. Эффективный полимерный солнечный элемент с тройным переходом, имеющий эффективность преобразования энергии, превышающую 11% Adv. Матер. 2014;26:5670–5677. doi: 10.1002/adma.201402072. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]
20. Удагава К., Сасабе Х., Игараси Ф., Кидо Дж. Одновременная реализация высокого EQE 30%, низкого напряжения возбуждения и низкого КПД при высокой яркости в синих фосфоресцентных OLED. Доп. Опц. Матер. 2016; 4:86–90. doi: 10.1002/adom.201500462. [CrossRef] [Google Scholar]
21. Lin TA, et al. Небесно-голубой органический светоизлучающий диод с внешней квантовой эффективностью 37% с использованием термоактивируемой замедленной флуоресценции из спироакридин-триазинового гибрида. Доп. Матер. 2016;28:6976–6983.
doi: 10.1002/adma.201601675. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
22. Moon CK, et al. Комбинированные меж- и внутримолекулярные процессы переноса заряда для высокоэффективных флуоресцентных органических светоизлучающих диодов с уменьшенным триплетным тушением экситонов. Доп. Матер. 2017;29:1606448. doi: 10.1002/adma.201606448. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
23. Rajamalli P, et al. Новый молекулярный дизайн одновременно обеспечивает превосходную чистоту синего цвета, термически активируемую задержанную флуоресценцию и эффективность оптической связи. Варенье. хим. соц. 2017;139: 10948–10951. doi: 10.1021/jacs.7b03848. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
24. Liu M, et al. Горизонтально ориентированные стержнеобразные излучатели: улучшение внутреннего коэффициента связи и характеристик электролюминесценции. хим. Матер. 2017;29:8630–8636. doi: 10.1021/acs.chemmater.7b02403. [CrossRef] [Google Scholar]
25. Kanno H, Holmes RJ, Sun Y, Kena-Cohen S, Forrest SR.
Белые многослойные электрофосфоресцентные органические светоизлучающие устройства, использующие MoO3 в качестве слоя генерации заряда. Доп. Матер. 2006;18:339–342. doi: 10.1002/adma.200501915. [CrossRef] [Google Scholar]
26. Lee TW, et al. Высокоэффективные многослойные белые органические светодиоды. заявл. физ. лат. 2008;92:043301. дои: 10.1063/1.2837419. [CrossRef] [Google Scholar]
27. Ляо Л.С., Слюсарек В.К., Хатвар Т.К., Рикс М.Л., Комфорт Д.Л. Тандемный органический светоизлучающий режим с использованием гексаазатрифениленгексакарбонитрила в промежуточном соединителе. Доп. Матер. 2008;20:324. doi: 10.1002/adma.200700454. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
28. Chiba T, et al. Сверхвысокая эффективность за счет многократного излучения многослойных органических светоизлучающих устройств. Орг. Электрон. 2011; 12:710–715. doi: 10.1016/j.orgel.2011.01.022. [CrossRef] [Google Scholar]
29. Kanno H, Sun Y, Forrest SR. Высокоэффективные органические электрофосфоресцентные устройства белого света с высоким уровнем излучения.
заявл. физ. лат. 2005; 86:263502. doi: 10.1063/1.1947376. [CrossRef] [Google Scholar]
30. Peng HJ, et al. Высокоэффективные микрорезонаторные органические светодиоды верхнего излучения с серебряным анодом. заявл. физ. лат. 2006; 88:073517. дои: 10.1063/1.2172734. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
31. Chen SF, et al. Последние разработки в области органических светоизлучающих диодов с верхним излучением. Доп. Матер. 2010;22:5227–5239. doi: 10.1002/adma.201001167. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
32. Kim DY, Song DW, Chopra N, De Somer P, So F. Органическое инфракрасное устройство преобразования с повышением частоты. Доп. Матер. 2010;22:2260–2263. doi: 10.1002/adma.2002. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
33. Liu SW, et al. Прозрачные органические устройства с повышением частоты для датчиков ближнего инфракрасного диапазона. Доп. Матер. 2015;27:1217–1222. doi: 10.1002/adma.201404355. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]
34. Ю.
Х. и соавт. Светоизлучающие фототранзисторы с высоким коэффициентом усиления, преобразующие инфракрасное излучение в видимое. Нац. Фотоника. 2016;10:129–134. doi: 10.1038/nphoton.2015.270. [CrossRef] [Google Scholar]
35. Yuan CH, et al. Катодно-управляемый и ближний инфракрасный органический повышающий преобразователь для локального картирования кровеносных сосудов. науч. Отчет 2016;6:32324. doi: 10.1038/srep32324. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
36. Yang CJ, Cho TY, Lin CL, Wu CC. Органические светоизлучающие устройства, интегрированные с солнечными батареями: высокая контрастность и рециркуляция энергии. заявл. физ. лат. 2007;90:173507. дои: 10.1063/1.2732181. [CrossRef] [Google Scholar]
37. Wang XZ, Tam HL, Yong KS, Chen ZK, Zhu FR. Высокопроизводительное оптоэлектронное устройство на основе полупрозрачного органического фотоэлемента, интегрированного с органическим светодиодом. Орг. Электрон. 2011;12:1429–1433. doi: 10.1016/j.
orgel.2011.05.012. [CrossRef] [Google Scholar]
38. Zhang C, et al. Ультратонкая, гладкая пленка серебра с малыми потерями, легированная алюминием, и ее применение в качестве прозрачного электрода в органической фотогальванике. Доп. Матер. 2014;26:5696–5701. doi: 10.1002/adma.201306091. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
39. Zhao DW, Zhang C, Kim H, Guo LJ. Высокоэффективный Ag-электрод, легированный Ta2O5/Al, для сбора резонансного света в эффективных органических солнечных элементах. Доп. Энергия Матер. 2015;5:1500768. doi: 10.1002/aenm.201500768. [CrossRef] [Google Scholar]
40. Su S-J, Gonmori E, Sasabe H, Kido J. Высокоэффективные органические устройства, излучающие синий и белый свет, имеющие структуру, ограничивающую носители и экситоны, для уменьшения спада эффективности. . Доп. Матер. 2008;20:4189–4194. [Google Scholar]
Сверхгибкая фотонная кожа с автономным питанием для непрерывного обнаружения биосигналов с помощью стабильных в воздухе полимерных светодиодов
Abstract
Сверхгибкие оптические устройства широко используются в носимой электронике нового поколения благодаря их отличная прилегаемость к коже человека.
Долгосрочный мониторинг состояния здоровья также требует интеграции сверхгибких оптических устройств с источником питания, собирающим энергию; сделать устройства автономными. Однако системная интеграция сверхгибких оптических датчиков с источниками питания затруднена из-за недостаточной стабильности работы сверхгибких полимерных светодиодов в воздухе. Здесь мы разрабатываем сверхгибкую органическую оптическую систему с автономным питанием для мониторинга фотоплетизмограмм, сочетая стабильные в воздушной среде полимерные светоизлучающие диоды, органические солнечные элементы и органические фотодетекторы. Благодаря инвертированной структуре и легированному этоксилированному этилениминовому слою сверхгибкие полимерные светодиоды сохраняют 70% исходной яркости даже после 11,3 ч работы на воздухе. Кроме того, встроенные оптические датчики демонстрируют высокую линейность с показателем силы света 0,9.8 полимерным светодиодом. Такие сверхгибкие датчики фотоплетизмограмм с автономным питанием выполняют мониторинг пульсовых сигналов крови с частотой 77 ударов в минуту.
Введение
Органические полупроводниковые устройства широко используются в носимой электронике следующего поколения из-за их малого веса, тонкости и гибкости 1,2,3 . Гибкие дисплеи, состоящие из органических светоизлучающих диодов (LED), были установлены в умных часах и браслетах, что способствует снижению энергопотребления 4 . Кроме того, был разработан полностью органический оптоэлектронный датчик для пульсовой оксиметрии путем интеграции органических светодиодов и органических фотодетекторов 5 . Придание гибкости таким органическим оптическим датчикам позволяет осуществлять долгосрочный мониторинг состояния здоровья с меньшим дискомфортом, когда эти датчики крепятся непосредственно на кожу человека.
Последние достижения в области гибких оптических интегрированных устройств сделали эти устройства благоприятными для применения в оптических датчиках, таких как фотоплетизмограмма (ФПГ) 6,7,8,9,10 , пульсоксиметрия 10,11,12 .
Устройства визуализации с высоким разрешением использовались в передовых приложениях, таких как аутентификация вен 13,14 , визуализация отпечатков пальцев 13,15 и рентгеновская визуализация 16,17 . Системы с автономным питанием, такие как устройства термоэлектрического преобразования 18 и органические солнечные элементы 19 , были разработаны путем интеграции органических оптических датчиков и гибких устройств сбора энергии. Другой подход предполагает объединение органических светодиодов с батарейными модулями для разработки патч-системы для фотобиомодуляции, которую можно использовать для заживления ран 9.0007 20 .
В дополнение к интегрированным устройствам для стабильного долгосрочного мониторинга биологических сигналов необходимы устройства с улучшенной приспособляемостью к биологическим тканям. Совместимость может быть достигнута за счет сочетания двух подходов: использования мягких материалов с модулями Юнга, подобных биологическим тканям, и уменьшения общей толщины устройства 21 .
Благодаря меньшим модулям Юнга органических материалов по сравнению с неорганическими материалами и совместимости органических устройств с низкотемпературными и растворными процессами, общая толщина может быть уменьшена до 1–2 мкм без ущерба для производительности устройства, что приводит к уменьшению дискомфорта на кожа 22,23,24,25 . Был разработан сверхтонкий органический оптический датчик толщиной в несколько микрон 26,27,28,29 .
Однако системная интеграция таких тонких органических оптических датчиков с источниками питания остается сложной задачей. Существенным препятствием для такого типа интеграции является недостаточная стабильность работы ультратонких органических светодиодов в условиях окружающего воздуха 26,27,28 , что затрудняет долгосрочный мониторинг биологических сигналов.
Здесь мы предлагаем ультратонкую органическую оптическую систему с автономным питанием для мониторинга ФПГ. Эта система состоит из трех ультратонких электронных устройств: полимерных светоизлучающих диодов (PLED), органических солнечных элементов и органических фотодетекторов.
Путем принятия перевернутой структуры и слоя этоксилированного полиэтиленимина (PEIE), легированного 8-хинолинолатолитием (Liq) 30 в качестве электронно-транспортного слоя (ETL), органические светодиоды демонстрируют повышенную стабильность работы в условиях окружающего воздуха. Из-за внутренней стабильности работы на воздухе инвертированного PLED со слоями инжекции электронов PEIE:Liq изготовленный сверхгибкий PLED без пассивации сохраняет 70% своего первоначального срока службы яркости 11,3 ч в окружающем воздухе, что более чем в три раза превышает срок службы яркости обычные сверхгибкие PLED. Встроенный оптический датчик демонстрирует высокую линейность с показателем силы света 0,9.8 источником света PLED. Такой сверхгибкий датчик PPG с автономным питанием обеспечивает мониторинг пульса крови в течение 7 с и может определять частоту пульса крови 77 ударов в минуту (уд/мин) на руках человека.
Результаты
Стабильные PLED, работающие на воздухе
На рисунке 1a и дополнительном рисунке 1 показаны схема и фотографии сверхгибкого датчика PPG с автономным питанием, работающего на руке человека.
Датчики PPG состояли из двух типов сверхгибких устройств: сверхгибкого PLED и сверхгибких органических фотодиодов (OPD) (дополнительный рисунок 2). Сверхгибкие датчики PPG и органические фотоэлектрические (OPV) модули были соединены гибким золотым проводом, который представлял собой золотой электрод толщиной 100 нм, изготовленный на полиимидной пленке толщиной 12,5 мкм (рис. 1б). Изображение модуля OPV и датчика PPG, вид сверху, показано на рис. 1c, d соответственно. На рис. 1e показана схема электрической цепи устройства ФПГ с автономным питанием. PLED питались от сверхгибких модулей OPV, а данные PPG, полученные от OPD, передавались на осциллограф. PLED были изготовлены на гибкой подложке толщиной 1,5 мкм, изготовленной из париленовой подложки толщиной 1 мкм и планаризирующего слоя SU-8 толщиной 500 нм. PLED состоял из многослойных слоев оксида индия-олова (ITO)/оксида цинка (ZnO)/PEIE:Liq/Superyellow (SY)/MoO X /Al (рис. 2а).
1: Сверхгибкий датчик фотоплетизмограммы с автономным питанием. a Схематическая диаграмма сверхгибкого датчика фотоплетизмограммы (ФПГ) с автономным питанием на руках человека. Сверхгибкий органический фотоэлектрический модуль (OPV) генерирует электроэнергию из солнечного света и управляет полимерным светоизлучающим диодом (PLED) и органическим фотодиодом (OPD). b Принципиальная схема датчика PPG с автономным питанием с модулями PLED, OPD и OPV. с Фотография сверхгибкого модуля OPV при освещении одним солнцем. Масштабная линейка показывает 1 см. d Фотография сверхгибкого датчика PPG с автономным питанием, вид сверху. Масштабная линейка показывает 1 см. e Электрическая схема датчика PPG с автономным питанием.
Увеличенное изображение
Рис. 2: Стабильные в воздухе сверхгибкие полимерные светодиоды. a Схематическая диаграмма поперечного сечения пакета из полимерных светодиодов (PLED).
Структура устройства представляет собой оксид индия-олова (ITO)/оксид цинка (ZnO)/этоксилированный полиэтиленимин (PEIE): 8-хинолинолатолитий (Liq)/супержелтый/оксид молибдена (MoO X )/алюминий. b Сравнение срока службы без герметизации и напряжения включения ранее описанных органических светодиодов (OLED), которые представлены черными ромбами, и PLED, синими треугольниками, направленными вверх. c Кривые плотность тока-яркость-напряжение PLED на стекле (черные кривые) и сверхгибкой подложке (красные кривые). d Фотография сверхгибкого PLED во время работы. Рабочее напряжение PLED составляло 6 В. Шкала шкалы показывает 1 см. e Характеристики выхода по току PLED на стекле (черные кривые) и сверхгибкой подложке (красные кривые). f Стабильность работы PLED на воздухе при работе на постоянном токе в окружающем воздухе. Плотность тока для возбуждения PLED была установлена равной 8 мА/см 2 . Черная линия указывает на PLED на стеклянной подложке без какой-либо герметизации; красная линия указывает на PLED на стеклянной подложке с париленовой капсулой; а синяя линия указывает на PLED на сверхгибкой подложке с париленовой инкапсуляцией.
Сверхгибкие PLED измерялись в свободном состоянии.
Увеличенное изображение
В качестве эмиссионного слоя использован полимер SY, обеспечивающий высокоэффективное светоизлучение 31 . Для достижения стабильной работы PLED на воздухе была введена перевернутая структура со слоем электронной инжекции PEIE, легированного Liq. В то время как перевернутая структура позволяет использовать стабильный на воздухе катод в PLED и улучшает стабильность PLED на воздухе 32 , легирование PEIE с помощью Liq может значительно улучшить стабильность работы PLED. Чтобы оптимизировать концентрацию легирования PEIE с помощью Liq, было исследовано влияние массового процента Liq на инвертированный PLED (дополнительный рисунок 3). J – L – V характеристики PLED показывают сопоставимые электрические и оптические выходы (> 10 4 cd m −2 при 10 В приложенного напряжения) для каждой концентрации легирования (дополнительный рисунок 3a, b). Как показано на дополнительном рисунке 3c, 30% масс.
Liq было оптимальным соотношением с точки зрения эффективности по току. Что касается стабильности работы на воздухе, 10 и 30% масс. Liq демонстрируют более длительный срок службы, составляющий половину исходной яркости (дополнительный рисунок 3d). Дополнительный рисунок 3e суммирует изменения эффективности и срока службы PLED при различных концентрациях легирования Liq в слое PEIE. На основании этих результатов мы пришли к выводу, что 30 % масс. является оптимальной концентрацией легирования Liq для получения инвертированного PLED, стабильно работающего на воздухе. Поэтому слой ПЭИЭ, легированный 30 % масс. Liq, использовался в качестве ETL для последующих экспериментов. В то время как ВФ ПЭИЭ:Liq смещается на более мелкий уровень до концентрации Liq до 50% масс., ВФ смещается обратно на более глубокий уровень после концентрации Liq более 50%. Эти сдвиги ВФ соответствуют инжекции электронов PLED, которая улучшается за счет сдвигов ВФ на более мелкий уровень. В результате сдвига ВФ 30 мас.
% показали лучший результат эффективности 30 . Стабильность устройства при постоянной работе 8 В в окружающем воздухе сравнивалась между различными описанными конструкциями и ETL (дополнительный рисунок 4). В качестве традиционной структуры использовали ITO/поли(3,4-этилендиокситиофен)поли(стиролсульфонат) (PEDOT:PSS)/SY/NaF/Al. В качестве инвертированных структур с различными ETL, ITO/ZnO/SY/MoO X /Al, ITO/ZnO/полиэтиленимин (PEI)/SY/MoO X /Al и ITO/ZnO/PEIE:Liq/SY /MoO X /Al. В то время как инвертированная структура со слоями ПЭИ изначально показала эффективную яркость 5 кд A -1 , его устойчивость на воздухе стала ниже, чем у конструкции без слоев ПЭИ. Обычная структура демонстрировала относительно стабильную яркость до 200 мин, после чего ее яркость резко снижалась. Слой PEIE:Liq показал наилучшую воздушную стабильность среди всех исследованных структур PLED. Сравнение эффективности тока различных PLED с перевернутой структурой показано на дополнительном рисунке 5.
Мы выбрали F8BT в качестве обычного полимера эмиссионного слоя и PEI в качестве обычного полимера ETL. Когда выход по току PLED с инвертированной структурой с Ф8БТ и ПЭИ достиг 3,4 кд А -1 , выходы по току PLED с обращенной структурой с SY и PEI и с SY и PEIE достигли 6,9 и 11,7 кд A -1 , соответственно. Срок службы и напряжение включения инвертированного PLED с PEIE:Liq и SY сравнивались с таковыми в предыдущих исследованиях (рис. 2b) 28,33,34,35,36,37,38,39,40,41 ,42,43,44,45 . Инвертированный PLED имеет превосходный срок службы при половинной яркости 41,5 ч при работе 8 В в окружающем воздухе без герметизации, сохраняя при этом низкое напряжение включения (4,7 В). Напряжение включения определяется как напряжение, при котором яркость достигает значения более 1000 кд м −2 . Кроме того, их угловое распределение следует закону косинуса Ламберта, что означает, что наш PLED имеет почти идеальную диффузно отражающую поверхность (дополнительный рисунок 6).
После изучения характеристик инвертированного PLED на стеклянной подложке был изготовлен инвертированный PLED на сверхгибкой подложке. Когда PLED был изготовлен на сверхгибкой подложке, он показал напряжение включения 4,7 В, что равно напряжению PLED на стеклянной подложке (4,7 В) (рис. 2c). На рисунке 2d показан сверхгибкий перевернутый PLED во время работы 6-V в воздухе. Как показано на рис. 2e, сверхгибкий PLED демонстрирует выход по току 14 кд А·9.0007 -1 при плотности тока 24 мА см -2 ; эта эффективность сравнима или даже выше, чем у PLED на стеклянной подложке. Внешняя квантовая эффективность (EQE) PLED на сверхгибкой подложке также демонстрирует значение, сравнимое с таковым на стеклянной подложке (дополнительный рисунок 7). Механическая стойкость сверхгибких PLED оценивалась с помощью испытания на циклический изгиб. В испытании на циклический изгиб сверхгибкий PLED циклически изгибался до радиуса изгиба 5 мм. Результаты испытания на изгиб показаны на дополнительном рисунке 8.
Даже после того, как устройство циклически сгибалось 50 раз, 9Кривые 0708 J – V не показали какого-либо ухудшения (дополнительный рисунок 8). Кроме того, яркость PLED по-прежнему остается 982 кд / м 2 , что сопоставимо с исходным значением (918 кд / м 2 ) после 50-кратного циклического изгиба (дополнительный рисунок 8b). Наконец, чтобы оценить стабильность работы в условиях окружающего воздуха, срок службы PLED на обеих подложках в условиях окружающего воздуха был оценен при постоянном токе 8 мА см -2 (рис. 2f). Перевернутый PLED на стеклянной подложке показал время жизни при 70% исходной яркости 14,7 ч. В перевернутом PLED, инкапсулированном слоем парилена толщиной 1 мкм, стабильность PLED при работе на воздухе улучшилась до 33,4 ч. При изготовлении PLED на сверхгибкой подложке время жизни при 70% его начальной яркости уменьшилось до 11,3 ч. Это связано с низким газонепроницаемым свойством сверхгибких подложек по сравнению со стеклом 9.
0007 46 . Хотя срок службы сверхгибкого PLED был ниже, чем срок службы PLED, изготовленного на стекле, он все же более чем в три раза превышал срок службы обычного сверхгибкого PLED, который составляет 4 часа 28 . Чтобы оценить причину недиодного поведения нашего сверхгибкого PLED (рис. 2c), морфология поверхности интерфейсного слоя PLED была изучена с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) (дополнительный рис. 9). На изображениях АСМ четко наблюдается морфологическое различие между голой поверхностью ITO и интерфейсным слоем ZnO (дополнительный рисунок 9).а, б), что свидетельствует об увеличении шероховатости поверхности в слое ZnO. Более того, интерфейсный слой ZnO на сверхгибких подложках демонстрирует даже более высокую шероховатость по сравнению со слоем на стеклянной подложке (дополнительный рис. 9b, c), что может быть одной из причин недиодного поведения сверхгибкого PLED. Однако добавление Liq в слой ZnO не сильно влияет на морфологию (дополнительный рис. 9b, d).
Эти результаты доказывают нам, что слой ZnO вносит основной вклад в увеличение шероховатости, что приведет к недиодному поведению нашего сверхгибкого инвертированного PLED.
Сверхгибкие органические фотодетекторы
Для сверхгибких OPD смешанная пленка 2,5-бис(3-(2-этилгексил-5-(триметилстаннил)тиофен-2-ил)тиазоло[5,4-d]тиазол- В качестве активного слоя используется 2-бутилоктил (PTzNTz-BOBO) и метиловый эфир [6,6]-фенил-C71-масляной кислоты (PC 71 BM).Пакет ITO/ZnO/PTzNTz-BOBO:PC 71 BM/MoOx/Ag был выбран в качестве структуры OPD в этом исследовании (рис. 3a).Чтобы использовать OPD в качестве приложения датчиков PPG, коэффициенты линейности, определенные с использованием интенсивности входного света ( L ), ток короткого замыкания ( J SC ), логарифмический L и напряжение холостого хода ( V OC ) 13 . Таким образом, линейность OPD была исследована для нескольких источников света, таких как искусственный солнечный свет и свет, излучаемый PLED.
Зависимость интенсивности света от J SC и V OC для ОПР с имитацией солнечного света показана на рис. 3б. Красная пунктирная линия и синяя пунктирная линия на рис. 3b представляют собой линейно подобранные линии для 9{{\ rm {\ alpha }}} \), в котором A – постоянное значение, определяемое с использованием эффективности преобразования мощности (PCE) OPD. \({\rm{\alpha}}\) – показатель степени интенсивности света, который указывает на линейность и точность реакции OPD на интенсивность входного света. \ ({\ rm {\ alpha}} \), рассчитанный на основе результатов эксперимента, составил 0,95 для солнечного света. Полученное значение \({\rm{\alpha}}\) для солнечного света было превосходным, поскольку оно было довольно близко к теоретическому пределу (1) линейности OPD. Кроме того, КВЭ ОПР на длинах волн 300–900 нм (рис. 3c). Спектры электролюминесценции (ЭЛ) сверхгибкого перевернутого PLED также показаны на рис. 3c. Результаты EQE представляют широкое преобразование света OPD от 300 до 800 нм.
Спектры ЭЛ PLED имели длину волны пика 590 нм и ширину в диапазоне от 500 до 800 нм. Эти результаты доказывают, что спектры EQE OPD и спектры EL PLED значительно перекрываются в диапазоне длин волн; таким образом, изготовленный OPD способен эффективно поглощать свет, излучаемый сверхгибким PLED. Длина волны EL нашего PLED имеет благоприятные свойства по сравнению с PPG из-за их глубины проникновения. Поскольку ткани нашего тела имеют большее поглощение в желто-зеленой длине волны 47 , глубина проникновения желтого/зеленого света меньше, чем у инфракрасного. Таким образом, желто-зеленый свет будет подавлять артефакты отражения и рассеяния от более глубоких тканей и обеспечивает благоприятные световые свойства для режима отражения PPG 48,49,50,51 . Чтобы обеспечить эффективное и точное обнаружение света PLED, была проверена линейность OPD с входным светом PLED, как показано на рис. 3d, e. L и J SC хорошо соответствовали тому же уравнению, которое использовалось в эксперименте с солнечным светом.
\ ({\ rm {\ alpha}} \) со светом PLED был рассчитан как 0,98, что доказывает, что наш OPD может точно измерять интенсивность света PLED. Была исследована частотная характеристика OPD (дополнительный рисунок 10a). Время нарастания и время спада были рассчитаны как 1 мс соответственно, что достаточно быстро для измерения пульса крови с частотой около 1 Гц (дополнительный рисунок, 10b, c). Механическую стойкость сверхгибких ОПД оценивали испытанием на циклический изгиб. Даже после циклического изгиба устройства 150 раз, J – 9Кривые 0708 V не показали какого-либо ухудшения в виде разницы в плотности тока светлого состояния и темного состояния (дополнительный рисунок 11a). Разница J SC между светлым состоянием и темным состоянием сохраняет значение 2,15 мА/см 2 , что составляет 98% от исходного значения до изгиба (дополнительный рисунок 11b). Кроме того, наш сверхгибкий OPD демонстрирует превосходную стабильность при хранении до 100 000 мин при температуре окружающей среды (дополнительный рисунок 12).
Превосходная стабильность на воздухе доказывает благоприятные характеристики нашего сверхгибкого OPD для устройств с автономным питанием. OPD и PLED использовались для датчика PPG в дальнейших экспериментах.
a Схематическая диаграмма поперечного сечения стека органических фотодиодов (OPD). Структура устройства представляет собой оксид индия-олова (ITO)/оксид цинка (ZnO)/2,5-бис(3-(2-этилгексил-5-(триметилстаннил)тиофен-2-ил)тиазоло[5,4-d]тиазол. -2-бутилоктил (PTzNTz-BOBO):[6,6]-фенил-C71-метиловый эфир масляной кислоты (PC 71 BM)/оксид молибдена (MoO X )/Ag. b Зависимость от интенсивности света ОПР с 1-солнечным освещением от солнечного имитатора. Интенсивность солнечного имитатора варьировалась от 0,01 до 1 солнц с помощью оптических фильтров. Красные точки обозначают ток короткого замыкания, а синие точки — напряжение холостого хода.
Красная пунктирная линия представляет собой линейную аппроксимированную линию тока короткого замыкания и силы света. Синяя пунктирная линия представляет собой логарифмически подобранную линию напряжения холостого хода и силы света. α представляет собой показатель степени интенсивности света OPD при освещении 1 солнцем. c Спектры внешней квантовой эффективности (EQE) OPD и спектры электролюминесценции (EL) полимерного светоизлучающего диода (PLED). Зеленая кривая представляет спектры EQE OPD, а оранжевая кривая представляет спектры EL PLED. d J – V характеристики ОПД с подсветкой PLED. Оптическая мощность PLED варьировалась путем изменения напряжения возбуждения PLED. Каждое из устройств сложено вместе с конфигурацией лицом к лицу. Черная кривая представляет собой зависимость плотности тока от напряжения OPD в темных условиях, а кривые от синего до красного представляют зависимости плотности тока от напряжения при увеличении оптической мощности PLED. e Зависимость OPD от интенсивности света при освещении PLED.
Красные точки обозначают ток короткого замыкания, а синие точки — напряжение холостого хода. Красная пунктирная линия представляет собой линейную аппроксимированную линию тока короткого замыкания и силы света. Синяя пунктирная линия представляет собой логарифмически подобранную линию напряжения холостого хода и силы света. α представляет собой показатель интенсивности света OPD при освещении PLED.
Изображение в натуральную величину
Сверхгибкие датчики PPG с автономным питанием
Для управления PLED и обеспечения автономного питания датчика PPG требуется достаточная выходная мощность OPV. Для увеличения выходной мощности и напряжения одиночных ячеек OPV были разработаны и оптимизированы модули OPV, содержащие несколько одиночных ячеек OPV. Чтобы оптимизировать конструкцию модуля OPV, выходной ток и напряжение модуля OPV для различного количества последовательных соединений были рассчитаны на основе характеристик одной ячейки. Выходной ток и напряжение рассчитывались как \({I}_{{\rm{OUT}}}=0,8\times \frac{{I}_{{\rm{SC}}}}{n}\), \({V}_{{\rm{OUT}}}=0,8\times {V}_{{\rm{OC}}}\times n\), в котором I SC – ток короткого замыкания одиночной ячейки; В OC — напряжение холостого хода отдельного элемента; n – количество последовательно соединенных одиночных ячеек, составляющих модуль.
J SC и V OC умножаются на 0,8, чтобы получить стандартное значение коэффициента заполнения 0,64 для модулей OPV. Обеспечение выходного тока и напряжения модулей OPV равными выходному току и напряжению PLED имеет решающее значение для эффективной работы датчиков PPG с автономным питанием. Результаты расчета показали, что модули ОПВ с 10 последовательно соединенными одиночными ячейками имеют наибольшее перекрытие с I – V характеристики PLED (дополнительный рисунок 13). На основании этого наблюдения были изготовлены модули OPV с серийными номерами 6, 8 и 10 (дополнительный рисунок 14a–c). В модулях OPV I OUT уменьшилось, а V OUT увеличилось пропорционально увеличению количества последовательных соединений. Поскольку максимальная выходная мощность всех модулей OPV стала одинаковой, напряжение, необходимое для получения точки максимальной мощности (MPP), увеличилось пропорционально увеличению количества последовательных соединений (дополнительный рис.
14d). Характеристики постоянной выходной мощности исследовали, сохраняя общую площадь модуля, которая представляет собой площадь отдельных ячеек, умноженную на серийный номер, постоянной (1,2 см 2 ) для каждого модуля OPV в этом эксперименте. Рабочая точка PLED, питаемого от модуля OPV, была исследована путем наложения перевернутых кривых I – V PLED с кривыми I – V модуля OPV (дополнительный рисунок 14e). Исходя из результатов, количество последовательных соединений, необходимых для оптимальной конструкции модуля OPV, было рассчитано равным 10. Этот вывод был аналогичен результату, полученному в предыдущем расчете с использованием свойств одной ячейки; следовательно, мы пришли к выводу, что наличие 10 последовательных соединений является оптимальным для работы PLED. Следовательно, модули OPV с 10 последовательными соединениями были изготовлены на сверхгибкой подложке (дополнительный рисунок 15a, b). Эти сверхгибкие модули OPV показали PCE 5,8%, что сравнимо с PCE модуля на стеклянной подложке (6,5%) (дополнительная таблица 1).
Также важна эксплуатационная стабильность наших модулей OPV на воздухе. Ультрагибкие клетки OPV из того же материала показали 90% исходного PCE даже после 3-часового непрерывного освещения 1 солнцем с тестом отслеживания MPP в условиях окружающего воздуха, что указывает на то, что наш модуль OPV также должен иметь сравнительно стабильные характеристики при отслеживании MPP 52 .
Впоследствии была экспериментально проверена работа PLED с 10-ю последовательно соединенными модулями OPV. В качестве входного источника света переменной интенсивности использовался искусственный солнечный свет с фильтром нейтральной плотности и с различной оптической плотностью. Фотография, изображающая работу PLED с OPV, и схема электрической цепи с PLED и OPV показаны на дополнительных рисунках 16a, b соответственно. Зависимости модулей OPV от интенсивности света были измерены и наложены на PLED 9.Кривая 0708 I – V (дополнительный рисунок 16c). По результатам дополнительного рисунка 16c ожидалось, что ток цепи PLED и OPV будет увеличиваться с увеличением интенсивности входного света.
На дополнительном рисунке 16d показана экспериментально измеренная зависимость тока цепи и яркости PLED от интенсивности света. Как и ожидалось, ток цепи и яркость пропорционально увеличивались с увеличением интенсивности света. Было замечено, что PLED излучает яркий свет с интенсивностью входного света около 5000 мкВт/см 9 .0007 2 , что в 0,05 раза превышает интенсивность солнечного света (дополнительный рисунок 16e). PCE OPV при освещении в помещении составляет 28,1% при освещении люминесцентной лампой 1000 люкс 53 . Это значение эквивалентно выходной мощности 78,2 мкВт/см 2 , тогда как выходная мощность менее 5000 мкВт/см 2 искусственного солнечного света составляет 290 мкВт/см 2 . С этими результатами наша система PPG с автономным питанием должна работать при освещении в помещении 1000 люкс с модулями OPV площадью 4,5 см 2 устройства.
Наконец, была продемонстрирована работа датчика PPG с автономным питанием.
Механизм работы датчика ФПГ показан на рис. 4а. Когда свет излучается PLED и проникает в палец, часть света отражается от кровеносных сосудов, а оставшаяся часть поглощается кровью. Объем кровеносных сосудов изменяется при каждом пульсе крови, а интенсивность отраженного света соответствует объемной пульсации кровеносного сосуда. Интенсивность отраженного света можно определить с помощью OPD, помещенного на палец, а частоту пульса можно рассчитать по сигналам OPD 9.0007 5 . Сначала был изготовлен и исследован датчик ФПГ с автономным питанием, состоящий из модулей OPD, PLED и OPV на стеклянной подложке. PLED питался от модуля OPV с 10 последовательными соединениями, а модуль OPV освещался искусственным солнечным светом интенсивностью в одно солнце. PLED включался, когда модуль OPV подвергался воздействию солнечного света, и выключался, когда модуль OPV хранился в темноте. На дополнительном рисунке 17 показаны сигналы OPD, когда свет PLED включался и выключался путем периодического воздействия на модуль OPV смоделированного солнечного света.
Когда свет PLED выключился, OPD показал почти постоянное напряжение, как показано черной линией на дополнительном рисунке 17. Однако OPD показал четкий периодический пик на частоте 1,2 Гц, что является частотой пульса крови, когда PLED был включен. Как показано на рис. 4b, наш датчик PPG обеспечивает очень стабильное обнаружение сигнала, даже когда продолжительность измерения составляет 20 с. Необработанные данные сигнала PPG без фильтрации сигнала также показывают большой артефакт на низкой частоте (дополнительный рисунок 18). Также должен быть некий артефакт от движения тела и пальцев. Следовательно, во внешней цепи возникнет определенная проблема с обработкой сигнала во время измерения и непрерывным мониторингом сигнала для долгосрочного измерения.
a Схематическая диаграмма, описывающая механизм фотоплетизмограммы (ФПГ) с помощью полимерного светоизлучающего диода (PLED) и органического фотодиода (OPD).
b Характеристики выходного напряжения OPD с измерением PPG. PLED питался от 10 последовательно соединенных органических фотоэлектрических (OPV) модулей с односолнечным освещением от солнечного симулятора. Все устройства находятся на стеклянной подложке. c Фотография сверхгибкого датчика PPG с автономным питанием. Масштабная линейка показывает 1 см. d Характеристики выходного напряжения OPD с измерением PPG. PLED питался от 10 последовательно соединенных модулей OPV с односолнечным освещением от солнечного симулятора. Все устройства находятся на сверхгибкой подложке. По результатам измерений была рассчитана частота пульса крови, равная 77 ударов в минуту (уд/мин).
Изображение в полный размер
После того, как было подтверждено, что обнаружение ФПГ с автономным питанием работает на стеклянной подложке, были изготовлены датчики ФПГ с автономным питанием на сверхгибкой подложке. Для этого изготовления использовались ранее описанные методы ламинирования с помощью клейкой ленты толщиной 6 мкм 9.
0007 28 использовались для объединения сверхгибкого модуля OPV, OPD и PLED (дополнительный рисунок 19). Фотография сверхгибкого датчика PPG с автономным питанием показана на рис. 4c. Наконец, были измерены сигналы PPG от сверхгибкого датчика PPG с автономным питанием (рис. 4d). На основании полученных результатов была рассчитана частота пульса крови, равная 77 уд/мин. Хотя в результате был виден периодический сигнал OPD, также наблюдался большой шум в детектируемом сигнале. Некоторыми из причин высокого уровня шума в сверхгибком датчике PPG были большой ток утечки сверхгибкого OPD и слабая интенсивность света сверхгибкого PLED из-за ограниченного источника питания от сверхгибкого модуля OPV.
Причиной плохого качества сигнала сверхгибких датчиков PPG может быть деформация сверхгибких датчиков. Поскольку при измерении наш палец помещался поверх датчиков PPG, сверхгибкий датчик деформировался пальцами. Деформация датчиков приведет к возникновению как электрических, так и оптических помех, таких как падающий угол отраженного света, путь отраженного света внутри кожи и электрический шум от деформации устройства, что приведет к ухудшению качества сигнала ФПГ.
Схема активного регулятора напряжения (AVR) будет иметь решающее значение для стабильной выходной мощности в устройствах с автономным питанием 54 . Поскольку АРН имеет диапазон входного напряжения от 7 до 15 В, АРН можно комбинировать с нашим 10 последовательно соединенными модулями OPV (выход 8,2 В) и регулировать напряжение до 6,5 В для стабильной выходной мощности. Еще одним важным требованием к автономным устройствам является наличие вспомогательной батареи, особенно для их стабильной работы в темноте. На дополнительном рисунке 20 поясняется схема с вспомогательной аккумуляторной батареей. В то время как модуль OPV различает их ток и напряжение по интенсивности света, батарея имеет стабильный выходной ток и напряжение, и, таким образом, будет достигнут стабильный выходной свет PLED. Батарея толщиной 180 мкм 55 и суперконденсатор толщиной 40 мкм 56 будут использоваться для создания датчиков PPG с автономным питанием и вспомогательной батареей.
Подключение солнечных элементов к PLED без AVR или вспомогательной батареи создаст переменный управляющий ток в PLED, что может привести к переменному выходному сигналу OPD и ненадежному обнаружению биосигнала. Наконец, дискретизация сигнала является критической проблемой для современной гибкой электроники с автономным питанием. В обоих сверхгибкий органический электрохимический транзистор с автономным питанием 57 и гибкий датчик PPG с автономным питанием 56 , системы отбора проб представляли собой жесткие ИС и отдельно подключались как внешние цепи. Хотя наш модуль OPV способен работать с микросхемами мониторинга сигналов, поскольку их потребляемая мощность составляет ~0,2 мкВт (TWILITE, Mono Wireless), необходимы определенные усилия, чтобы сделать эти микросхемы сверхгибкими и интегрировать их в системы с автономным питанием.
Обсуждение
В этом исследовании был изготовлен сверхгибкий датчик ФПГ с автономным питанием, в котором используются сверхгибкие PLED, устойчивые к работе в воздухе.
Насколько нам известно, это первое исследование, демонстрирующее использование автономных оптоэлектрических датчиков в сверхгибких органических устройствах. Эта технология автономного питания, используемая в этом исследовании, проложит волну сверхгибких носимых оптоэлектронных устройств, которые сыграют важную роль в будущем вездесущем обществе здравоохранения.
Методы
Материалы
Образцы ПЦНЦ-БОВО были синтезированы в результате микроволновой реакции с мономером тиазолотиазола и мономером дибромированного нафтобистиадиазола 58 . PC 71 BM был приобретен у Solenne BV Corporation. PEIE, Liq, дигидрат ацетата цинка, 2-метоксиэтанол и 2-аминоэтанол были приобретены у Wako Chemical. Желтый светоизлучающий полимер SY был приобретен у Sigma-Aldrich. Стеклянная подложка с узорчатым электродом ITO была приобретена у EHC Ltd. Поверхностное сопротивление ITO составляло <10 Ом/кв.
Изготовление сверхгибкой пленочной подложки
Ультратонкие пленочные подложки состояли из двухслойного парилена (diX-SR, Daisan Kasei Co.
, Ltd.) и эпоксидной смолы (SU-8 3005, MicroChem). Сначала методом химического осаждения из паровой фазы (CVD) наносили слой парилена толщиной 1 мкм на стеклянную подложку, поверхность которой была покрыта фторированным полимером (Novec 1700, 3M). Затем эпоксидный слой толщиной 500 нм был нанесен центрифугированием (5000 об/мин в течение 60 с) на париленовый слой толщиной 1 мкм в качестве выравнивающего слоя. Затем пленку отжигали при 95 °C в течение 3 мин после воздействия ультрафиолета. Затем подложки отжигали в атмосфере азота при 180 °C в течение 30 мин. Все сверхтонкие устройства были электрически соединены тонкими проводками Au на полиимидной подложке толщиной 12,5 мкм с использованием лент из анизотропной проводящей пленки (3M, ECATT 9703) в качестве контактных частей.
Изготовление перевернутого PLED
Слой ITO толщиной 100 нм впоследствии был сформирован в качестве прозрачного электрода путем напыления постоянным током. Электроды ITO были сформированы с помощью фотолитографии с использованием негативного резиста ZPN (Nihon Zeon) и травителя ITO-07N (Kanto Chemical).
В качестве ETL использовался слой ZnO толщиной 20 нм. Подложки были покрыты центрифугированием раствором прекурсора ZnO (5000 об/мин в течение 30 с), приготовленным путем растворения дегидрата ацетата цинка (0,5 г) и этаноламина (0,16 мл) в 5 мл 2-метоксиэтанола 9.0007 59 . Затем подложки запекали на воздухе при 180 °C в течение 30 мин. Для формирования слоя ПЭИЭ:Liq смесь 1,5 мас.% раствора ПЭИЭ и Liq с 2-метоксиэтанолом наносили на подложку методом центрифугирования (4000 об/мин 60 с). После отжига подложки при 100°С в течение 1 мин устройство промывали этанолом и снова отжигали при 100°С в течение 1 мин. Слой SY наносили методом центрифугирования с использованием раствора в толуоле с концентрацией 6 мг/мл. Затем методом вакуумного испарения были нанесены слои MoO X (10 нм) и Al (80 нм). Наконец, методом CVD был нанесен париленовый слой толщиной 1 мкм для формирования пассивирующего слоя.
Изготовление OPV и OPD
Слой ZnO наносили теми же методами, что и для PLED.
ПЦНТЗ-БОБО и ПК 71 БМ смешивали в весовом соотношении 1:1,5. Затем к смеси с концентрацией 5 г л –1 ПЦНТЗ-БОБО добавляли хлорбензол. Раствор перемешивали при 100 °С в течение 1 ч и добавляли 1 об.% 1,8-дииодоктана в расчете на количество хлорбензола после снижения температуры раствора до 20–30°С в условиях N 2 атмосфера. Раствор наносили методом центрифугирования на устройство в перчаточном боксе при 600 об/мин в течение 20 с. Толщина активного слоя составляет 200 нм. MoO X (7,5 нм) и Ag (100 нм) последовательно осаждали термическим испарением при давлении менее 1 × 10 -3 Па в качестве верхнего промежуточного слоя и анода соответственно. Наконец, методом CVD был нанесен париленовый слой толщиной 1 мкм для формирования пассивирующего слоя.
Характеристика устройства
Модули OPV с общей площадью ячеек 1,2 см 2 и OPD с активной площадью 0,04 см 2 были охарактеризованы при освещении одним солнцем с использованием солнечного симулятора (глобальный спектр AM 1,5 с интенсивностью 1000 Вт м –2 , откалиброванной с использованием кремниевого эталонного диода, Bunkokeiki).
Характеристики J – V были записаны с помощью измерителя источника Keithley 2400 на каждые 10 мВ в окружающей лабораторной атмосфере, без контроля влажности или температуры (при приблизительной температуре 20 °C и влажности 30% относительной влажности (ОВ). )). Соответственно, для электрических контактов OPV на сверхтонких подложках использовались внешние золотые разводки. Золотые нити толщиной 100 нм осаждались в вакууме через теневую маску на полиимидные пленки толщиной 12,5 мкм. Одна сторона проводов была соединена с электродами на отдельно стоящих фольгах с помощью электропроводящей клейкой ленты (3 M™, ECATT 9703). Другие стороны были соединены с измерителем источника с помощью зажимов типа «крокодил». Мощность света PLED калибровали с помощью измерителя оптической мощности (1936-R, Newport).
Для оценки характеристик PLED использовались система измерения распределения света (C9920-11, Hamamatsu Photonics) и система измерения EQE (C9920-12, Hamamatsu Photonics).
Для испытаний на устойчивость на воздухе устройства работали при температуре окружающего воздуха (~20 °C, относительная влажность 30%). Измерения проводились также в окружающей атмосфере.
Для проведения эксперимента по эксплуатации PLED с OPV в качестве источника питания использовался имитатор солнечной энергии и оптический фильтр для модуляции интенсивности света для имитации поступления солнечного света. Схема экспериментальной установки показана на дополнительном рисунке 21. Анод PLED и модуля OPV электрически соединены. Катод PLED и модуль OPV соединены друг с другом через цифровой мультиметр.
Протокол исследования был тщательно рассмотрен и одобрен этическим комитетом Токийского университета (номер одобрения KE18-41).
Статистика и воспроизводимость
Все устройства, представленные в этой статье, были изготовлены несколько раз и показывают воспроизводимые результаты несколькими людьми. Обратите внимание, что подключение солнечных элементов к PLED без регулятора напряжения или вспомогательной батареи создаст переменный управляющий ток в PLED, что может привести к переменному выходному сигналу OPD и ненадежному измерению PPG на рис.
4d.
Доступность данных
Все соответствующие данные, представленные в этой статье, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.
Наличие кода
Все соответствующие коды, представленные в этом документе, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.
Ссылки
Kim, J. et al. Носимые интеллектуальные сенсорные системы, интегрированные в мягкие контактные линзы, для беспроводной диагностики зрения. Нац. коммун. 8 , 14997 (2017).
ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый
Ван, С. и др. Электроника кожи из масштабируемого изготовления массива транзисторов с возможностью растяжения. Природа 555 , 83–88 (2018).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья Google ученый
Сэнфорд, Дж. Л. и Юджин, С. С. OLED-дисплей VGA с активной матрицей прямого обзора на кристаллическом кремнии. Соц. Инф. дисп. Копать землю. 32 , 376–379 (2001).
Артикул Google ученый
Lochner, C.M. et al. Полностью органический оптоэлектронный датчик для пульсоксиметрии. Нац. коммун. 5 , 5745 (2014).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья Google ученый
Lee, Y. et al. Гибридная система мониторинга фотоплетизмограмм типа наклеек, объединяющая CMOS IC с органическими оптическими датчиками. IEEE J. Emerg.
Верхний. Цирк. Сист. 7 , 50–59 (2017).Артикул Google ученый
Билгайян А. и др. Повышение производительности низкомолекулярных органических фотодетекторов для фотоплетизмографических датчиков в режиме отражения. Приложение ACS Электрон. Матер. 2 , 1280–1288 (2020).
КАС Статья Google ученый
Сюй, Х. и др. Гибкий органический/неорганический гибридный датчик фотоплетизмограммы ближнего инфракрасного диапазона для сердечно-сосудистого мониторинга. Доп. Матер. 29 , 1–6 (2017).
Google ученый
Эльсамна, Ф. и др. Органический пульсометр на основе отражения для беспроводного мониторинга сигнала фотоплетизмограммы. Биосенсоры 9 , 1–13 (2019).
Google ученый
Хан, Ю. и др. Гибкая матрица органических отражательных оксиметров. Проц. Натл акад. науч. США 115 , E11015–E11024 (2018 г.).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья ПабМед Центральный Google ученый
Lee, H. et al. На пути к носимому мониторингу здоровья в течение всего дня: сверхмаломощный отражающий органический датчик пульсоксиметрии. Науч. Доп. 4 , 1–9 (2018).
Google ученый
Йокота, Т. и др. Соответствующий имидж-сканер для биометрической аутентификации и измерения основных показателей жизнедеятельности.
Нац. Электрон. 3 , 113–121 (2020).Артикул Google ученый
Тордера, Д. и др. Обнаружение вен с помощью органических фотодетекторов ближнего инфракрасного диапазона для биометрической аутентификации. J. Soc. Инф. дисп. 28 , 381–391 (2020).
КАС Статья Google ученый
Lee, B. et al. Сверхгибкая и прозрачная электролюминесцентная оболочка для визуализации распределения давления в режиме реального времени и сверхвысокого разрешения. Нац. коммун. 11 , 663 (2020).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый
Гелинк, Г. Х. и др. Рентгеновское устройство формирования изображения с использованием массивов органических транзисторов, обработанных раствором, и объемных фотодиодов с гетеропереходом на тонкой гибкой пластиковой подложке.
Орг. Электрон. 14 , 2602–2609 (2013).КАС Статья Google ученый
Basirico, L. et al. Прямое фотопреобразование рентгеновских лучей в гибких органических тонкопленочных устройствах, работающих при напряжении ниже 1 В. Nat. коммун. 7 , 13063 (2016).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый
Чжан, М. и Йеоу, Дж. Т. Гибкий, масштабируемый и автономный детектор среднего инфракрасного диапазона на основе прозрачного композита PEDOT: PSS/графен. Carbon 156 , 339–345 (2020).
КАС Статья Google ученый
Лу, Х. и др. Автономная и стабильная полностью перовскитная наносистема фотодетектор-солнечный элемент. Доп. Функц. Матер. 26 , 1296–1302 (2016).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Чон Ю. и др. Носимый пластырь для фотобиомодуляции, использующий гибкий OLED-светодиод с красной длиной волны и его эффекты дифференциальной пролиферации клеток in vitro. Доп. Матер. Технол. 3 , 1–10 (2018).
Google ученый
Ямагиши К., Такеока С. и Фудзи Т. Печатные нанопленки механически соответствуют живым телам. Биоматер. науч. 7 , 520–531 (2019).
КАС пабмед Статья Google ученый
Kim, D.H. et al. Растворимые пленки фиброина шелка для ультратонкой конформной биоинтегральной электроники. Нац. Матер. 9 , 511–517 (2010).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый
Кальтенбруннер, М. и др. Сверхлегкая конструкция для незаметной пластиковой электроники. Природа 499 , 458–463 (2013).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья Google ученый
Лю, З. и др. Сверхгибкие плоскостные микросуперконденсаторы путем прямой печати электрохимически расслоенного графена, пригодного для обработки в растворе. Доп. Матер. 28 , 2217–2222 (2016).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья Google ученый
Кальтенбруннер, М. и др. Ультратонкие и легкие органические солнечные элементы с высокой гибкостью. Нац. коммун. 3 , 770 (2012).
ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Статья КАС Google ученый
Уайт, М. С. и др. Ультратонкие, очень гибкие и растяжимые PLED. Нац. Фотоника 7 , 811–816 (2013).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Yokota, T. et al. Ультрагибкая органическая фотонная кожа. Науч. Доп. 2 , e1501856 (2016).
ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Статья КАС Google ученый
Инь, Д. и др. Эффективные и механически прочные органические светоизлучающие устройства, способные растягиваться с помощью программируемого лазером процесса изгиба. Нац. коммун. 7 , 11573 (2016).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый
Хёфле, С., Шиенле, А., Брунс, М., Леммер, У. и Колсманн, А. Улучшенная инжекция электронов в инвертированные полимерные светоизлучающие диоды с помощью комбинированных обработанных раствором промежуточных слоев оксида цинка/полиэтиленимина. Доп. Матер. 26 , 2750–2754 (2014).
ПабМед Статья КАС Google ученый
Spreitzer, H. et al. Растворимые фенилзамещенные PPV – новые материалы для высокоэффективных полимерных светодиодов. Доп. Матер. 10 , 1340–1343 (1998).
КАС Статья Google ученый
Park, S.H.K. et al. Инкапсуляция OLED в сверхтонкую пленку методом ALD. Электрохим. Твердотельное письмо. 8 , h31–h33 (2005 г.).
КАС Статья Google ученый
Kim, G.H., Oh, J., Yang, Y.S., Do, L.M. & Suh, K.S. Инкапсуляция в процессе ламинирования для увеличения срока службы органических светоизлучающих устройств на основе пластика. Тонкие твердые пленки 467 , 1–3 (2004).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Jeong, F.G. et al. Механически улучшенный гибридный нанослоистый барьер с механизмом подавления дефектов для высоконадежных гибких OLED.
Наноразмеры 9 , 6370–6379 (2017).КАС пабмед Статья Google ученый
Seo, H.K. et al. Ламинированные графеновые пленки для гибких прозрачных тонких пленок. Приложение ACS Матер. Интерфейсы 8 , 14725–14731 (2016 г.).
ПабМед Статья КАС Google ученый
Ли, Х.-Ю., Лю, Ю.-Ф., Дуань, Ю., Ян, Ю.-К. и Лу, Ю.-Н. Способ получения тонких пленок оксида алюминия, полученных методом низкотемпературного атомно-слоевого осаждения, для герметизации органических электролюминесцентных устройств. Материалы 8 , 600–610 (2015).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый
Yang, Y. Q. et al. Реализация тонкопленочной инкапсуляции методом атомно-слоевого осаждения Al 2 O 3 при низкой температуре.
J. Phys. хим. C. 117 , 20308–20312 (2013).ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Duan, Y. et al. Высокоэффективный барьер с использованием двухслойной неорганической/органической гибридной тонкопленочной капсулы для органических светоизлучающих диодов. Орг. Электрон. 15 , 1936–1941 (2014).
КАС Статья Google ученый
Гровер Р., Сривастава Р., Камаласанан М. Н. и Мехта Д. С. Многослойная тонкопленочная герметизация органических светоизлучающих диодов. RSC Adv. 4 , 10808–10814 (2014).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Wu, Z., Wang, L., Chang, C. & Qiu, Y. Гибридная инкапсуляция органических светоизлучающих устройств. J. Phys. Д. Заявл. физ. 38 , 981–984 (2005).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Kim, G.H., Oh, J., Yang, Y.S., Do, L.M. & Suh, K.S. Инкапсуляция органических светоизлучающих устройств с помощью фотополимеризованных полиакрилатных пленок. Полимер 45 , 1879–1883 (2004).
КАС Статья Google ученый
Хо, С., Чо, Д. и Юнг, Д. Пассивация органических светоизлучающих диодов тонкой пленкой пара-ксилола, полимеризованной в плазме. Япония. Дж. Заявл. физ. 41 , L1336–L1338 (2002 г.).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Ямасита, К., Мори, Т. и Мизутани, Т. Инкапсуляция органического светодиода с использованием термической полимерной пленки химического осаждения из паровой фазы. J. Phys. Д. Заявл. физ. 34 , 740–743 (2001).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Dennler, G., Lungenschmied, C., Neugebauer, H., Sariciftci, N.S. & Labouret, A. Гибкие солнечные элементы с объемным гетеропереходом на основе сопряженного полимера и фуллерена: основы, инкапсуляция и интеграция. Дж. Матер. Рез. 20 , 3224–3233 (2005).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Сонг, К. и др. Подкожные гибкие массивы солнечных элементов для питания медицинских электронных имплантатов. Доп. Здоровьеc. Матер. 5 , 1572–1580 (2016).
КАС пабмед Статья Google ученый
Maeda, Y. et al. Сравнение отраженного зеленого света и инфракрасной фотоплетизмографии. 2008 г. 30-я ежегодная международная конференция IEEE Engineering in Medicine and Biology Society 2270–2272 (IEEE, 2008 г.
). https://doi.org/10.1109/IEMBS.2008.4649649.Маэда, Ю., Секин, М. и Тамура, Т. Преимущества носимой фотоплетизмографии в зеленом отражении. J. Med. Сист. 35 , 829–834 (2011).
ПабМед Статья Google ученый
Lee, J. et al. Сравнение фотоплетизмографии с отражением красного, зеленого и синего света для мониторинга сердечного ритма во время движения. 2013 35-я ежегодная международная конференция IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC) 1724–1727 (IEEE, 2013). https://doi.org/10.1109/EMBC.2013.6609852.
Маэда, Ю., Секин, М. и Тамура, Т. Связь между местом измерения и артефактами движения в носимой отраженной фотоплетизмографии. J. Med. Сист. 35 , 969–976 (2011).
ПабМед Статья Google ученый
Lee, H.K.H. et al. Органические фотогальванические элементы — многообещающие внутренние светособиратели для автономной электроники. Дж. Матер. хим. А 6 , 5618–5626 (2018).
КАС Статья Google ученый
Фукета Х. и др. 16.4 Энергоавтономная повязка для сигнализации о лихорадке, включающая в себя полностью гибкие солнечные элементы, пьезоэлектрический динамик, датчик температуры и 12-вольтовые органические комплементарные схемы на полевых транзисторах. Международная конференция IEEE по твердотельным схемам, 2015 г. – (ISSCC) Сборник технических статей 58 , 1–3 (IEEE, 2015).
Остфельд А.Э., Гайквад А.М., Хан Ю. и Ариас А.С. Высокопроизводительная гибкая система хранения и сбора энергии для носимой электроники. Науч. Респ. 6 , 26122 (2016).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый
Лю, Р. и др. Эффективная сверхгибкая система фотозарядки, объединяющая органические фотоэлектрические элементы и суперконденсаторы. Доп. Энергия Матер. 10 , 1–8 (2020).
Google ученый
Парк, С. и др. Сверхгибкая электроника с автономным питанием благодаря органическим фотоэлектрическим элементам с нанорешетками. Природа 561 , 516–521 (2018).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Статья Google ученый
Сайто, М.
и др. Высокоэффективные и стабильные солнечные элементы на основе сополимеров тиазолотиазола и нафтобистиадиазола. Науч. Респ. 5 , 14202 (2015).ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Статья Google ученый
Вохра В. и др. Эффективные перевернутые полимерные солнечные элементы с благоприятной молекулярной ориентацией. Нац. Фотоника 9 , 403–408 (2015).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
“>Кондо, М. и др. Незаметная матричная система магнитных датчиков, интегрированная с органическими схемами драйвера и усилителя. Науч. Доп. 6 , 1–11 (2020).
Google ученый
Верхний. Цирк. Сист. 7 , 50–59 (2017).
“>Simone, G. et al. Высокоточная фотоплетизмографическая матрица с использованием органических фотодиодов ближнего инфракрасного диапазона со сверхнизким темновым током. Доп. Опц. Матер. 8 , 19 (2020).
КАС Статья Google ученый
Нац. Электрон. 3 , 113–121 (2020).
Орг. Электрон. 14 , 2602–2609 (2013).
“>Kim, D.H. et al. Эпидермальная электроника. Наука 333 , 838–843 (2011).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый
“>Чиба, Т. и др. Добавление 8-хинолята лития в слой полиэтиленимина для инжекции электронов в OLED: не только снижение управляющего напряжения, но и увеличение срока службы устройства. Приложение ACS Матер. Интерфейсы 9 , 18113–18119 (2017 г.).
КАС пабмед Статья Google ученый
“>Bae, S.J. et al. Повышение барьерных свойств с помощью сверхтонкого гибридного пассивирующего слоя для органических светодиодов. япон. Дж. Заявл. физ. 45 , 5970–5973 (2006).
ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый
Наноразмеры 9 , 6370–6379 (2017).
J. Phys. хим. C. 117 , 20308–20312 (2013).
). https://doi.org/10.1109/IEMBS.2008.4649649.
“>Kimura, H. et al. Высокая стабильность работы сверхгибких органических солнечных элементов с подложками, фильтрующими ультрафиолет. Доп. Матер. 31 , 1808033 (2019).
Артикул КАС Google ученый
и др. Высокоэффективные и стабильные солнечные элементы на основе сополимеров тиазолотиазола и нафтобистиадиазола. Науч. Респ. 5 , 14202 (2015).Ссылки на скачивание
Благодарности
Эта работа выполнена при финансовой поддержке Японского агентства по науке и технологиям, грант JPMJMI17F1 ACCEL. Авторы благодарят TECOLAB INC. за поддержку в создании изображений на рис. 1 а, б и 4 а.
Информация о авторе
Авторы Примечания
Hiroaki Jinno
Настоящий адрес: Наноматериалы Инженерная исследовательская группа, Eth Zürich, Zürich, Switzerland
Authors and Affiliations
66666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666ERING6666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666669н.
Токийский университет, Токио, ЯпонияХироаки Джинно, Томоюки Ёкота, Мари Коидзуми, Вакако Юкита и Такао Сомейя
Центр новых исследований в области материи, RIKEN, Сайтама, Япония
Hiroaki Jinno, Kenjiro Fukuda & Takao Someya
Department of Applied Chemistry, Graduate School of Engineering, Hiroshima University, Hiroshima, Japan
Masahiko Saito & Itaru Osaka
Thin-film Device Laboratory, RIKEN, Saitama , Япония
Кенджиро Фукуда и Такао Сомея
Авторы
- Хироаки Джинно
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия
- Tomoyuki Yokota
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
- Mari Koizumi
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
- Wakako Yukita
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
- Масахико Сайто
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
- Itaru Osaka
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
- Kenjiro Fukuda
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
- Takao Someya
Просмотр публикаций автора
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar
Вклады
Х.
Дж., Т.Ю., К.Ф. и Т.С. задумал и спроектировал исследование. РС. и И.О. синтезировали и предоставили фотогальванические материалы. Х.Дж., М.К. и В.Ю. изготовили сверхгибкие устройства и выполнили электрические и оптические измерения. К.Ф. и Т.Ю. проанализировали и интерпретировали данные. Рукопись подготовлена с учетом комментариев всех соавторов. Т.С. курировал проект.
Автор, ответственный за переписку
Переписка с Такао Сомейя.
Заявление об этике
Конкурирующие интересы
Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.
Дополнительная информация
Информация о рецензировании Nature Communications благодарит анонимных рецензентов за их вклад в рецензирование этой работы. Доступны отчеты рецензентов.
Примечание издателя Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и институциональной принадлежности.
Дополнительная информация
Дополнительная информация
Файл рецензирования
Права и разрешения
Открытый доступ Использование, распространение, распространение этой статьи под лицензией Creative Commons, использование, распространение, распространение4 и воспроизведение на любом носителе или в любом формате, при условии, что вы укажете автора(ов) оригинала и источник, предоставите ссылку на лицензию Creative Commons и укажете, были ли внесены изменения.
Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons для статьи, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
Перепечатка и разрешения
Об этой статье
Эту статью цитирует
Баланс эффективности и прозрачности в органических прозрачных фотоэлектрических элементах
- Жуйцянь Мэн
- Цяньцин Цзян
- Дианьи Лю
npj Гибкая электроника (2022)
Развитие электрохромии благодаря динамическим QR-кодам и изображениям в градациях серого на дисплеях с пассивной матричной печатью, напечатанных с помощью трафаретной печати.
- Питер Андерссон Эрсман
- Катрин Фрайтаг
- Джессика Олин
Научные отчеты (2022)
Гибкие технологии и оборудование для производства электроники
- ЧжоуПин Инь
- ЮнАн Хуан
- Вэй Чен
Наука Китай Технологические науки (2022)
Растягивающиеся прозрачные электроды для удобных носимых органических фотоэлектрических устройств.
- Нан Цуй
- Ю Сонг
- Фэй Хуан
npj Гибкая электроника (2021)
Комментарии
Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и Правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.
Физика солнечных элементов
График зависимости тока от напряжения
График светлого и темного напряжения тока
В темноте основной структурой солнечного элемента с донорным компонентом, акцепторным компонентом, анодом и катодом является диод.
Он представлен более темной кривой на графике. На графике показан график зависимости плотности тока от напряжения. Электроны и дырки инжектируются определенным образом в зависимости от того, должно ли быть достигнуто прямое или обратное смещение. При обратном смещении, когда электроны идут от анода к катоду, тока почти не будет. Чтобы электроны перешли от анода к катоду, электроны должны перескочить на НСМО донорного компонента. Это будет очень энергозатратно. С другой стороны, при прямом смещении, когда электроны движутся от катода к аноду, возникает инжекционный барьер. Только когда барьер инжекции будет преодолен, ваш ток начнет течь. Темная кривая представляет собой типичный график зависимости тока от напряжения для диода. Обратное смещение будет производить очень маленький или незначительный ток, а прямое смещение будет производить очень большой ток после порога. Другая более светлая кривая под темной кривой показывает, что происходит при освещении. При освещении фотоны поглощаются донорным компонентом.
Если они диссоциируют на границе раздела из-за встроенного потенциала, электрон пойдет к катоду, а дырка пойдет к аноду, и у вас будет обратный ток, также называемый фототоком. Хотя внешнее напряжение не приложено, при освещении может возникнуть фототок.
Ток короткого замыкания и напряжение холостого хода
[[Image:opv_power_FF.JPG|thumb|400px]Верхняя кривая представляет собой обычный диод, соответствующий фотогальванике в темноте. Нижняя кривая представляет собой фотогальванику при освещении.] Фототок называется фототоком короткого замыкания, J sc , потому что существует ток без какого-либо внешнего приложенного напряжения. Как будто в системе произошло короткое замыкание. Фототок на самом деле является обратным током смещения, потому что электроны текут к катоду, а дырки к аноду. Если вы начнете подавать напряжение, прямое смещение, оно начнет компенсировать этот обратный фототок, и в конечном итоге вы достигнете точки, в которой ток падает до нуля.
В этот момент оно обозначается как напряжение холостого хода V oc потому что даже при подаче напряжения ток отсутствует. Как будто система или электрическая цепь разомкнуты. В темноте система работает как обычный диод: имеет прямое смещение после заданного порога и создает большой ток, а обратное смещение дает ничтожный ток.
Теперь предположим, что вы излучаете свет, но не прикладываете никакого потенциала. При освещении фотоны будут поглощаться и диссоциироваться на границе раздела. При встроенном потенциале электроны будут течь к катоду, а дырки – к аноду, и, таким образом, будет создаваться фототок, соответствующий обратному току. После этого будет применено прямое смещение в точке (0, 0) на графике, как только темная кривая начнет приобретать наклон. Это создаст ток в направлении, противоположном фототоку, и компенсирует его. В какой-то момент ваш ток достигнет нуля, когда ось напряжения пересечется.
Приведенная выше кривая мощности показывает, что при определенном балансе тока и напряжения мощность максимальна.
В правом нижнем квадранте показано прямое смещение с положительными напряжениями и отрицательными токами, поскольку фототок является обратным током. Произведение тока и напряжения, Дж, умноженное на В, представляет собой мощность. Произведение тока и напряжения дает максимальную мощность. Максимальную мощность, которую можно получить, можно найти, взглянув на пунктирную линию в обратном направлении. Если бы диодная система была идеальной, то фототок был бы плоским вплоть до V oc , а затем выстрелить вертикально вверх. В целом, продукт J sc и V oc дает идеальную максимальную мощность, которая может быть достигнута в солнечном элементе.
Коэффициент заполнения
В литературе вы встретите людей, говорящих о коэффициенте заполнения (FF), который обеспечивает простое сравнение производительности ячейки с теоретическим максимумом. Коэффициент заполнения можно рассчитать следующим образом.
куда:
- ток короткого замыкания
- напряжение холостого хода
- максимальный ток
- максимальное напряжение
Коэффициент заполнения FF — это просто отношение площади синего прямоугольника к бледно-голубому прямоугольнику, показанному на графике.
Вы хотите, чтобы коэффициент заполнения был как можно больше. Но часто коэффициент заполнения будет составлять около 40-60%. В наиболее эффективных случаях удается дойти до 80-85%. Помните, что энергоэффективность солнечной батареи – это выходная мощность (P max ) выше входной мощности (P солнечная ). Его также можно выразить через коэффициент заполнения: энергоэффективность солнечного элемента равна произведению коэффициента заполнения, умноженному на ток короткого замыкания J sc , на напряжение холостого хода V oc на входную мощность. P солнечный . Это выражение часто встречается в литературе, когда люди обсуждают солнечные элементы. Цель состоит в том, чтобы максимизировать коэффициент заполнения, напряжение холостого хода и ток короткого замыкания. Вы бы хотели, чтобы фототок был как можно больше. Напряжение холостого хода на самом деле является мерой работы, которую может совершить генерируемый электрический ток. Чем больше работа совершается током, тем больше энергии вырабатывается.
Основы солнечных фотоэлектрических элементов | Министерство энергетики
Офис технологий солнечной энергии
Когда свет падает на фотогальванический (PV) элемент, также называемый солнечным элементом, этот свет может отражаться, поглощаться или проходить прямо через элемент. Фотоэлемент состоит из полупроводникового материала; «полу» означает, что он может проводить электричество лучше, чем изолятор, но не так хорошо, как металл. В фотоэлементах используется несколько различных полупроводниковых материалов.
Когда полупроводник подвергается воздействию света, он поглощает энергию света и передает ее отрицательно заряженным частицам в материале, называемому электронами. Эта дополнительная энергия позволяет электронам течь через материал в виде электрического тока. Этот ток извлекается через проводящие металлические контакты — сеткообразные линии на солнечных элементах — и затем может использоваться для питания вашего дома и остальной части электросети.
Эффективность фотоэлемента — это просто количество электроэнергии, выходящей из элемента, по сравнению с энергией падающего на него света, что показывает, насколько эффективно элемент преобразует энергию из одной формы в другую. Количество электроэнергии, вырабатываемой фотоэлементами, зависит от характеристик (таких как интенсивность и длина волны) доступного света и множества рабочих характеристик элемента.
Важным свойством фотоэлектрических полупроводников является ширина запрещенной зоны, которая указывает, какие длины волн света материал может поглощать и преобразовывать в электрическую энергию. Если ширина запрещенной зоны полупроводника соответствует длинам волн света, падающего на фотоэлектрическую ячейку, то эта ячейка может эффективно использовать всю доступную энергию.
Узнайте больше о наиболее часто используемых полупроводниковых материалах для фотоэлементов.
Кремний
Кремний, безусловно, является наиболее распространенным полупроводниковым материалом, используемым в солнечных элементах, что составляет примерно 9Сегодня продано 5% модулей.
Это также второй по распространенности материал на Земле (после кислорода) и самый распространенный полупроводник, используемый в компьютерных чипах. Элементы кристаллического кремния состоят из атомов кремния, соединенных друг с другом в кристаллическую решетку. Эта решетка обеспечивает организованную структуру, которая делает преобразование света в электричество более эффективным.
Солнечные элементы, изготовленные из кремния, в настоящее время обеспечивают сочетание высокой эффективности, низкой стоимости и длительного срока службы. Ожидается, что модули прослужат 25 и более лет, по истечении этого времени производя более 80% своей первоначальной мощности.
Тонкопленочные фотоэлектрические элементы
Тонкопленочные солнечные элементы изготавливаются путем нанесения одного или нескольких тонких слоев фотоэлектрического материала на поддерживающий материал, такой как стекло, пластик или металл. Сегодня на рынке представлены два основных типа тонкопленочных фотоэлектрических полупроводников: теллурид кадмия (CdTe) и диселенид меди-индия-галлия (CIGS).
Оба материала можно наносить непосредственно на переднюю или заднюю поверхность модуля.
CdTe является вторым наиболее распространенным фотоэлектрическим материалом после кремния, и элементы CdTe можно изготавливать с использованием недорогих производственных процессов. Хотя это делает их экономически эффективной альтернативой, их эффективность все еще не так высока, как у кремния. Ячейки CIGS обладают оптимальными свойствами для фотоэлектрического материала и высокой эффективностью в лаборатории, но сложность, связанная с объединением четырех элементов, делает переход от лаборатории к производству более сложным. И CdTe, и CIGS требуют большей защиты, чем кремний, чтобы обеспечить длительную работу на открытом воздухе.
Перовскитные фотоэлектрические элементы Перовскитные солнечные элементы представляют собой тип тонкопленочных элементов и названы в честь их характерной кристаллической структуры. Ячейки перовскита состоят из слоев материалов, которые печатаются, покрываются или наносятся вакуумным способом на нижележащий поддерживающий слой, известный как подложка.
Как правило, они просты в сборке и могут достигать эффективности, аналогичной кристаллическому кремнию. В лаборатории эффективность солнечных элементов на основе перовскита улучшилась быстрее, чем у любого другого фотоэлектрического материала, с 3% в 2009 году.до более чем 25% в 2020 году. Чтобы быть коммерчески жизнеспособными, перовскитные фотоэлементы должны стать достаточно стабильными, чтобы выдержать 20 лет на открытом воздухе, поэтому исследователи работают над тем, чтобы сделать их более долговечными и разработать крупномасштабные и недорогие технологии производства.
Органические фотоэлектрические элементы
Органические фотоэлектрические элементы, или OPV, состоят из богатых углеродом (органических) соединений и могут быть адаптированы для улучшения определенных функций фотоэлектрических элементов, таких как ширина запрещенной зоны, прозрачность или цвет. Ячейки OPV в настоящее время примерно вдвое менее эффективны, чем ячейки из кристаллического кремния, и имеют более короткий срок службы, но могут быть менее дорогими в производстве в больших объемах.
Их также можно наносить на различные вспомогательные материалы, такие как гибкий пластик, благодаря чему OPV можно использовать в самых разных целях. PV
Солнечные батареи с квантовыми точками проводят электричество через мельчайшие частицы различных полупроводниковых материалов размером всего в несколько нанометров, называемые квантовыми точками. Квантовые точки обеспечивают новый способ обработки полупроводниковых материалов, но между ними трудно создать электрическую связь, поэтому в настоящее время они не очень эффективны. Однако их легко превратить в солнечные батареи. Их можно наносить на подложку с помощью метода центрифугирования, распыления или рулонных принтеров, подобных тем, которые используются для печати газет.
Квантовые точки бывают разных размеров, а их ширина запрещенной зоны настраивается, что позволяет им собирать свет, который трудно улавливать, и сочетать их с другими полупроводниками, такими как перовскиты, для оптимизации производительности многопереходного солнечного элемента (подробнее об этом ниже).
Еще одна стратегия повышения эффективности фотоэлектрических элементов заключается в наслоении нескольких полупроводников для создания многопереходных солнечных элементов. Эти ячейки, по сути, представляют собой стопки различных полупроводниковых материалов, в отличие от ячеек с одним переходом, которые имеют только один полупроводник. Каждый слой имеет разную ширину запрещенной зоны, поэтому каждый из них поглощает разную часть солнечного спектра, что позволяет лучше использовать солнечный свет, чем ячейки с одним переходом. Многопереходные солнечные элементы могут достигать рекордных уровней эффективности, потому что свет, который не поглощается первым слоем полупроводника, улавливается слоем под ним.
В то время как все солнечные элементы с более чем одной запрещенной зоной являются многопереходными солнечными элементами, солнечный элемент с ровно двумя запрещенными зонами называется тандемным солнечным элементом.
Многопереходные солнечные элементы, объединяющие полупроводники из столбцов III и V в периодической таблице, называются многопереходными солнечными элементами III-V.
Многопереходные солнечные элементы продемонстрировали КПД выше 45%, но они дороги и сложны в производстве, поэтому они предназначены для исследования космоса. Военные используют солнечные элементы III-V в беспилотниках, и исследователи изучают другие способы их применения, где ключевым фактором является высокая эффективность.
Концентрация Фотогальваника Концентрация PV, также известная как CPV, фокусирует солнечный свет на солнечный элемент с помощью зеркала или линзы. Фокусируя солнечный свет на небольшой площади, требуется меньше фотоэлектрического материала. Фотоэлектрические материалы становятся более эффективными по мере того, как свет становится более концентрированным, поэтому самая высокая общая эффективность достигается с помощью ячеек и модулей CPV. Однако требуются более дорогие материалы, технологии производства и возможность отслеживать движение солнца, поэтому демонстрация необходимого преимущества по стоимости по сравнению с современными кремниевыми модулями большого объема стала сложной задачей.
Узнайте больше об исследованиях в области фотоэлектричества в офисе технологий солнечной энергии, ознакомьтесь с этими информационными ресурсами солнечной энергии и узнайте больше о том, как работает солнечная энергия.
Производство OPV и OLED | Как сделать органические солнечные элементы
Подложки Ossila из ITO с готовым рисунком используются для широкого спектра учебных и исследовательских устройств (как органических, так и неорганических), где требуется высококачественная поверхность ITO.
Изготовление устройств с использованием этих подложек должно быть быстрым и легким. В этом руководстве мы покажем, как делать стандартные OLED и OPV. Мы включили в это руководство все возможные детали, чтобы вы могли производить эффективные устройства с минимальными усилиями.
Для описанных здесь эталонных устройств существует семь основных шагов, которые помогут вам перейти от подложек к устройствам, готовым к измерению.
Эти шаги идентичны как для OLED, так и для OPV (за исключением активного слоя). В этом руководстве вы найдете подробную информацию о каждом из этих шагов, а также любую дополнительную информацию, которую мы сопоставили, что позволяет улучшить изготовление.
Необходимые технологические химикаты и расходные материалы
- Hellmanex III
- Подложки ITO с пиксельным катодом и предварительно нанесенным рисунком
- ПЕДОТ:ПСС (АИ 4083)
- Фильтры PES 0,45 мкм
- Шприцы, устойчивые к растворителям
- Тампон для тонкой очистки
- Фильтры из ПТФЭ (гидрофобные) 0,45 мкм
- Хлорбензол
- Изопропиловый спирт
- Горячая вода
- Эпоксидная смола для герметизации
- Покровные стекла
- Наконечники для микропипеток
Необходимое/бывшее в употреблении технологическое оборудование
- Полипропиленовый стакан для очистки
- Стойка для подложек
- Машина для нанесения покрытий Ossila Spin Coater
- Ультразвуковая ванна
- Стакан для раствора Hellmanex
- Пинцет
- Пистолет со сжатым азотом для сушки поверхностей
- Перчаточный бокс, содержащий центрифугу и термический испаритель
- Пиксельная катодная маска
- Система измерения IV кривой
- Маска измерительной апертуры
- Микропипетка переменного объема
Безопасность
Прежде чем приступить к изготовлению, прочитайте все соответствующие паспорта безопасности материалов (MSDS) и создайте оценку рисков для этого процесса.
В общем, всегда следует соблюдать осторожность при обращении со стеклянными подложками, поскольку они относительно тонкие и потенциально могут сломаться, образуя острые края.
Растворы гидроксида натрия (NaOH) используются в процессе очистки, и следует использовать соответствующие средства индивидуальной защиты. Следует также позаботиться о том, чтобы весь персонал знал, как эти растворы должны быть созданы и утилизированы. Особые опасности включают экзотермическую реакцию гранул гидроксида натрия с водой при приготовлении исходных растворов (NaOH всегда следует добавлять в воду, а не наоборот), а также тот факт, что растворы NaOH никогда нельзя утилизировать с помощью растворителей.
Фотогальванические чернила Ossila также содержат хлорсодержащие растворители и должны использоваться при надлежащем удалении дыма вместе с надлежащими средствами индивидуальной защиты.
Условия и обращение
Как правило, мы производим продукцию в чистом помещении класса 1000, чтобы получать максимально стабильные результаты.
Однако OPV и OLED относительно устойчивы к пыли, поскольку она является изолирующей и, как правило, останавливает работу устройства только там, где пыль попала на поверхность (что приводит к появлению черных точек для OLED и мертвых зон для OPV). Поскольку это, как правило, небольшая часть активной площади, поэтому возможно изготовление за пределами чистого помещения, если соблюдать некоторые меры предосторожности. Тем не менее, одна конкретная проблема заключается в том, что пыль может изменить свойства смачивания поверхности в том месте, где она попала на подложку, что приводит к появлению точечных отверстий и, следовательно, к короткому замыканию устройств. Это особенно важно при нанесении PEDOT:PSS методом центрифугирования на ITO, который должен быть в первозданном состоянии.
Обработка без перчаточного ящика также возможна, но вызывает некоторые проблемы, которые необходимо учитывать. Тонкие пленки PEDOT:PSS гигроскопичны и очень легко поглощают воду из атмосферы, что приводит к фазовому разделению PEDOT от PSS, что быстро ухудшает характеристики.
Активный слой также может быть разрушен кислородом и водой, особенно в присутствии света. Обработка низкоинтенсивным красным светом значительно повышает стабильность тонких пленок активных слоев, но по-прежнему необходимо минимизировать время экспозиции. При обработке на воздухе также следует избегать реактивных интерфейсных слоев, таких как кальций.
Одним из наиболее важных факторов производственного цикла является обращение с подложками. Как правило, с подложками следует обращаться только пинцетом. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не прикасаться к активным областям, так как это поцарапает пленки и вызовет отказы из-за короткого замыкания анода и катода. На приведенной ниже диаграмме красным цветом показаны активные области, которых нельзя касаться пинцетом, а также зона безопасного обращения.
Зеленые области показывают, где можно работать с устройством, не влияя на его производительность. Также важно, чтобы подложки находились в правильном положении. Даже если поверхность может казаться физически чистой, это не то же самое, что поверхность химически чистая.
Если активная поверхность соприкасалась с другими поверхностями (даже с чистыми поверхностями, такими как ткани для чистых помещений), это обычно приводит к дефектам устройства. Это наиболее заметно при изготовлении OLED, где появляются темные пятна, но в равной степени влияет на производительность OPV. Таким образом, подложки, которые упали и приземлились активной лицевой стороной вниз, следует выбрасывать, чтобы гарантировать, что данные устройства не пострадают.
Для облегчения работы с подложками мы рекомендуем использовать пинцет типа 2A с закругленными концами, как показано ниже.
Пинцеты типа 2A, поставляемые Ossila.Очистка подложки
Обратите внимание, что эти подложки теперь упакованы в бумагу для чистых помещений, а не в защитное фоторезистивное покрытие из старых партий.
Однако можно использовать ту же процедуру полоски/очистки, что и процедура очистки гидроксидом натрия (NaOH), которая поможет удалить любую пыль, а также обеспечит гидрофильную поверхность без необходимости плазменной или УФ-очистки (обратите внимание, что некоторые материалы/растворы особенно близко к смачивающей оболочке, все еще может быть полезна плазменная очистка).
Компания Ossila прекратила использование фоторезиста для защиты подложек по следующим причинам:
- Точная процедура снятия пленки зависела от мощности и температуры ультразвуковой ванны, поэтому ее правильная установка отнимала слишком много времени.
- Многие пользователи хранили подложки в течение длительного времени (иногда годы), и мы обнаружили, что фоторезист стало немного сложнее удалить за это время.
- При воздействии чрезмерного тепла фоторезист может пластифицироваться и слипать подложки.
По любым вопросам, которые могут у вас возникнуть, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации.
Процедура очистки
Подложки устройств Ossila с предварительно нанесенным рисунком изготавливаются из тех же стеклянных панелей с покрытием ITO, которые используются в производстве дисплеев, что гарантирует исключительно высокое качество и отсутствие дефектов ITO. Чтобы сохранить качество поверхности ITO при транспортировке и хранении, она поставляется в бумаге для чистых помещений.
Это означает, что простая процедура очистки, которая может занять всего 20 минут, может быть использована для обеспечения чистой поверхности ITO без необходимости плазменного озоления подложки.
Первым шагом является загрузка носителей в чистящую стойку таким образом, чтобы все они имели одинаковую ориентацию. Чтобы определить сторону ITO, просто посмотрите на край подложки под косым углом – должно быть видно, что ITO идет до самого края, если смотреть на зрителя. Если вы не уверены, вы можете использовать мультиметр для измерения сопротивления на поверхности ITO, которое должно быть низким из-за его проводимости.
Руководство по определению ориентации подложки.Для подложек без фоторезистивного покрытия:
Штатив с загруженным субстратом погружают в химический стакан с 1% (по объему) раствором Hellmanex в горячей (кипящей) воде. Это необходимо для удаления большинства загрязнений, таких как грязь и пыль. Разрушитель помещают в ультразвуковой аппарат, наполненный кипящей водой из чайника, и обрабатывают ультразвуком в течение пяти минут.
После обработки ультразвуком субстраты следует тщательно промыть водой. Это можно сделать либо: поместив их под проточную воду, либо погрузив их как минимум в два последовательных стакана с водой (промывка слива).
Затем загруженный штатив с субстратом помещают в стакан с изопропиловым спиртом (IPA) и обрабатывают ультразвуком в течение 5 минут, используя ту же горячую воду, что и оставшаяся в ультразвуковом аппарате. Это необходимо для удаления любых оставшихся органических остатков. Снова тщательно промойте водой, как указано выше.
Наконец, чтобы закончить очистку и обеспечить гидрофобную поверхность подложки, подложки обрабатывают ультразвуком в 10 мас.% растворе гидроксида натрия (NaOH) в воде.
Обратите внимание, что при работе с горячими растворами NaOH необходимо соблюдать особую осторожность, и, конечно же, всегда следует использовать средства индивидуальной защиты.
Очистка в NaOH с использованием стойки для субстрата. При полоскании споласкивайте сначала горячей водой, а затем холодной водой.
Держите подложки погруженными в воду до тех пор, пока они не будут готовы к сушке феном, чтобы избежать загрязнения пылью.
При сушке феном всегда держите подложки за край со стороны катода и продуйте азотом по направлению к пинцету, чтобы любая грязь на пинцете не загрязнила активную область.
Сушка подложки феном с N 2 .Краткое описание очистки подложки:
- Обработка ультразвуком в 1% (по объему) растворе Hellmanex в течение 5 минут
- Дважды тщательно промыть горячей водой
- Обработка ультразвуком в IPA в течение 5 минут
- Дважды тщательно промыть водой
- Обработка ультразвуком в 10 мас.% растворе NaOH в течение 5 минут
- Тщательно промойте дважды, один раз в горячей и один раз в холодной воде
- Хранить погруженным в воду до тех пор, пока не потребуется
- N 2 сушка феном
* Для приготовления 10%-го раствора растворите 100 г NaOH в 900 г (900 мл) воды, чтобы получить общую массу раствора 1000 г.
Если ваши подложки ДЕЙСТВИТЕЛЬНО имеют фоторезистивное покрытие:
- Ультразвуковая обработка в 10 мас.% растворе NaOH
- Тщательно промыть водой
- Соникат в свежем 10% растворе NaOH
- Тщательно промыть водой
- Хранить погруженным в воду до тех пор, пока не потребуется
- Сушка феном с азотом
PEDOT:PSS
Слой PEDOT:PSS выполняет три функции:
- Планеризация поверхности ITO,
- Согласование энергии интерфейса ITO с активным слоем
- Действует только как дырочный (блокирующий электроны) транспортный слой.
Получение высококачественной пленки PEDOT:PSS имеет решающее значение для эффективной работы устройства и часто является самой сложной частью его изготовления. PEDOT:PSS требует нетронутой и гидрофильной поверхности для правильного покрытия, что должно быть достигнуто с помощью процедуры очистки, описанной выше.
Также очень важно убедиться, что активные области не соприкасаются с какими-либо другими поверхностями, так как это повлияет на то, насколько хорошо ITO будет вращаться.
Марка и состав PEDOT:PSS также очень важны. Мы используем Heraeus Clevios TM P AI 4083, который перед использованием фильтруется через фильтр PES 0,45 мкм.
Обратите внимание, что очень важно использовать шприц без каучука, так как многие каучуки подвергаются воздействию кислотной природы PEDOT:PSS.
Всасывание PEDOT:PSS с помощью фильтра PES и шприца, безопасного для растворителей. Для типичного использования в OLED и OPV мы наносим PEDOT:PSS методом центрифугирования при 5000–6000 об/мин в течение 30 секунд, чтобы получить толщину пленки 30–40 нм. Чтобы свести к минимуму использование материала, это можно сделать путем пипетирования от 20 до 30 мкл в середину вращающегося субстрата. После завершения прядения визуально осмотрите пленки PEDOT:PSS на наличие дефектов. Для наилучшей производительности откажитесь от любых подложек с дефектами рядом с активными пикселями.
После центрифугирования сотрите PEDOT:PSS с катода ватным тампоном, смоченным в деионизированной воде. Сначала промокните ватной палочкой чистую салфетку, иначе лишняя вода может растечься по устройству и испортить слой. Полезно пронумеровать нижнюю сторону подложки в этой точке несмываемым маркером для последующей идентификации подложки. Затем поместите подложки либо в коробку с закрытой крышкой, чтобы избежать оседания пыли на устройствах, либо, если они хранятся на воздухе более нескольких минут, поместите прямо на плиту.
Чистка катода с помощью тампона для чистых помещений. Для лучшей производительности PEDOT:PSS следует отжигать на горячей плите. Мы пробовали изготавливать устройства с разным временем отжига PEDOT:PSS от 1 мин до 1 часа и температурами от 75 до 180°C и продемонстрировали, что этот режим не влияет на первоначальные характеристики, если в течение этого времени устройства хранились в перчаточном боксе. . Таким образом, для нашей стандартной обработки используется быстрый 5-минутный отжиг при 150°C для удаления любой остаточной воды.
Однако после формования очень важно свести к минимуму воздействие воздуха на тонкие пленки PEDOT:PSS, так как производительность быстро ухудшается. Пленки стабильны как на плите, так и в перчаточном боксе, однако при воздействии условий окружающей среды они претерпевают то, что считается морфологическим изменением из-за отжига в растворителе из-за влаги в атмосфере, что приводит к образованию изолирующего слоя с высоким содержанием PSS при поверхности, что значительно снижает производительность.
Низкая цена бардачка
- Датчики высокой точности
- Программное обеспечение для мониторинга
- Автоматическая очистка
Доступно сейчас £7000,00
Краткое описание препарата PEDOT:PSS:
- Фильтр PEDOT:PSS (0,45 мкм PES)
- Спиннинг при 5000 об/мин в течение 30 секунд
- Протрите катод ватной палочкой/водой
- Выпекать 5 минут при 150°C
- При отжиме вне перчаточного ящика хранить на конфорке до готовности к использованию
Активный слой
Активный слой можно наносить либо на воздухе, либо в перчаточном боксе с небольшой разницей в эффективности при условии, что время воздействия и уровень освещенности сведены к минимуму.
Однако в целом центрифугирование в перчаточном боксе обеспечивает более контролируемые условия.
Условия осаждения активного слоя зависят от типа раствора, однако в качестве стандартных эталонных растворов мы обычно используем приведенные ниже растворы.
Эталон OPV с эффективностью преобразования энергии, приближающейся к 4%:
- Ossila P3HT с PCBM.
- Соотношение смеси 1:0,6 (P3HT:PCBM) в хлорбензоле
- Общая концентрация 25 мг/мл
- 0,45 мкм PTFE (гидрофобный) фильтр
- вращение при 2000 об/мин (толщина 90 нм)
Эталонный OLED-экран с типичной яркостью 100 кд/м 2 :
- F8 с F8BT
- Соотношение смеси 19:1 (F8:F8BT) в толуоле
- Общая концентрация 15 мг/мл
- 0,45 мкм PTFE (гидрофобный) фильтр
- вращение при 2000 об/мин (толщина 80 нм)
Пипетирование 20 мкл указанных выше растворов на подложку, вращающуюся со скоростью 2000 об/мин, должно обеспечить хорошее равномерное покрытие приблизительно желаемой толщины.
Субстрат необходимо вращать до тех пор, пока он не высохнет, что обычно занимает всего несколько секунд — 15 секунд должно быть достаточно для достижения этого для вышеуказанных растворов и любых других растворов на основе толуола, хлорбензола или хлороформа. Однако для растворов на основе дихлорбензола или других растворителей с высокой температурой кипения может потребоваться несколько минут центрифугирования для полного высыхания.
После центрифугирования образцы могут быть отожжены в растворителе или подвергнуты термическому отжигу, если это необходимо. Для эталонного решения OLED мы рекомендуем термический отжиг при 80°C в течение 10 минут. Что касается OPV, мы бы не рекомендовали термический отжиг перед нанесением катода.
Перед нанесением катода катодную полосу необходимо протереть. Для этого используется ватная палочка, смоченная в растворителе (хлорбензол/толуол). Убедитесь, что ватная палочка не слишком влажная, так как растворитель будет растекаться по пленке.
Наконец, подложки необходимо поместить лицевой стороной вниз в испарительную теневую маску так, чтобы катодная полоса находилась на широком конце отверстий. Это единственный случай, когда подложки следует размещать активной стороной вниз.
Помещение подложек в маску для катодного осаждения.Испарение
Катодное испарение, как правило, является самой сложной и наиболее подверженной сбоям частью производственного процесса. Мы обнаружили, что алюминий дает наилучшие характеристики для используемого здесь эталонного раствора OPV, а Ca/Al для раствора OLED. Однако испарение алюминия, как известно, затруднено, поскольку расплавленный алюминий не только обладает высокой реакционной способностью, но и имеет тенденцию смачивать стенки тигля до такой степени, что течет по краю и вызывает коррозию нагревательного элемента. Тем не менее, с хорошей процедурой испарения, которая минимизирует объем и температуру алюминия в тигле, эти проблемы могут быть сведены к минимуму, так что нагревательный элемент и тигель можно повторно использовать много раз с хорошей надежностью (наш рекорд 49).
испарения из одного тигля/нагревателя).
Мы использовали несколько испарителей с тиглем и нагревательным элементом в зависимости от источников питания и дальности хода (расстояние между тиглем и образцом). Однако мы обнаружили, что тигли из нитрида бора с танталовыми нагревательными элементами обеспечивают хорошую надежность для больших испарителей, а вольфрамовые нити хорошо работают для небольших испарителей.
Обычно мы испаряем алюминий толщиной 100 нм со скоростью около 1,5 Å/с, но также используются более тонкие катоды (50 нм), при этом не отмечается снижения начальных характеристик. Скорость осаждения тоже можно увеличить, но это также увеличивает вероятность попадания алюминия на нагреватель и его повреждения.
Может потребоваться некоторая практика, чтобы наладить процесс выпаривания алюминия, однако после того, как будет внедрена хорошая процедура, можно будет получать большое количество выпаров на один тигель и нагреватель.
Испарение кальция относительно тривиально, поскольку он плавится при низких температурах, однако его можно эффективно использовать только в сочетании с перчаточным ящиком, в противном случае происходит разложение.
Хотя работающие OLED могут изготавливаться без кальция, его присутствие значительно повышает производительность, как и для более толстых пленок P3HT:PCBM (>200 нм) и для всех устройств на основе PCDTBT.
Подложки после успешного катодного испаренияОтжиг
После катодного осаждения при необходимости можно провести термический отжиг. Для эталонного раствора P3HT:PCBM отжиг при температуре приблизительно 150°C в течение 15 минут дает оптимальные характеристики. Обратите внимание, однако, что часто бывает расхождение между показаниями нагревательной плиты и фактической температурой поверхности до десяти градусов, поэтому это стоит тщательно откалибровать. Также будьте осторожны при снятии образцов с нагревательной плиты, так как при этой температуре они могут расплавить перчатки и бумагу для чистых помещений.
Герметизация
Герметизация устройств защищает их от деградации кислородом и влагой после извлечения из перчаточного бокса. Настоящая герметизация в течение тысяч часов требует использования технологии сварки стекла и/или геттерных слоев кальция. Тем не менее, Ossila разработала быстрый и эффективный способ герметизации устройств на несколько недель или месяцев в условиях окружающей среды с использованием специальной эпоксидной смолы.
Инкапсуляция устройства с помощью герметизирующей эпоксидной смолы. и покровные стекла Эпоксидная смола Ossila, отверждаемая УФ-излучением, была специально выбрана для обеспечения эффективной герметизации без повреждения полимера или катода под ней в процессе отверждения. Используя эту эпоксидную смолу для приклеивания покровного стекла к подложке, подложки Ossila можно использовать без деградации в течение нескольких недель. Отверждение достигается с помощью УФ-излучения малой мощности с длиной волны 380 нм в течение примерно 30 минут.
Обратите внимание, что при использовании эпоксидной смолы в перчаточном боксе перед нанесением на чувствительные слои, такие как кальций, должно пройти несколько дней для дегазации любого поглощенного кислорода/воды.
Устройства с самыми высокими характеристиками производятся путем инкапсуляции после отжига. Тем не менее, инкапсулирование также может быть выполнено перед отжигом с небольшим снижением производительности и позволяет проводить измерения вне перчаточного бокса при различных временах отжига и температурах.
Для герметизации устройства просто используйте наконечник пипетки, чтобы нанести одну каплю УФ-отверждаемой эпоксидной смолы на середину катода, а затем поместите на нее покровное стекло. В течение примерно 30 секунд инкапсулянт растечется под покровным стеклом, и после проверки на наличие пустот его можно будет поместить в коробку с УФ-светом для затвердевания. Вы можете просмотреть видеодемонстрацию этого процесса на странице продукта Encapsulation Epoxy.
Прикрепление ножек
Присоединение ножек к устройствам позволяет легко и воспроизводимо выполнять измерения с помощью гнёзд Ossila с нулевым усилием вставки (ZIF). Ножки можно прикрепить, поместив их на плоскую поверхность (зажимом вверх), а затем поместив подложку вертикально на зажимы, а затем осторожно придавив их, чтобы они зафиксировались. Обратите внимание, что пальцы ITO пикселей и катода должны совпадать с ножками. Затем этот шаг можно повторить для другой стороны подложки. Визуально осмотрите ноги, чтобы проверить их выравнивание с ITO, так как смещение может привести к ошибкам измерения, поскольку одновременно будет активным более одного пикселя, что приведет к искусственному удвоению производительности.
Крепление соединительных ножек к основанию. Обратите внимание, что при соединении подложек с ножками следует соблюдать особую осторожность и применять только легкое давление, так как существует вероятность поломки подложки.
После прикрепления ножек необходимо снять нижнюю и верхнюю части ножек. Это можно сделать с помощью крепких ножниц, в то время как верхнюю часть можно снять, удерживая подложку в одной руке большим и указательным пальцами и осторожно сгибая верхнюю часть, пока она не отщелкнется.
Завершение ножек, отрезание нижней части.Измерение
ZIF-разъемы Ossila позволяют легко проводить измерения с использованием различного тестового оборудования через разъем BNC. Просто поднимите плечи на разъеме ZIF и поместите подложку. Опустите плечи, чтобы выполнить электрические соединения, а затем выберите отдельные пиксели с помощью микропереключателей на плате.
Для OPV мы рекомендуем использовать измерительную апертурную маску Ossila для повышения точности. Его можно просто поместить поверх устройства, и он имеет электрохимически протравленное отверстие, определяющее активную область.
Обратите внимание, что большинство органических фотогальванических устройств наиболее быстро теряют свои характеристики при первом включении (так называемое выгорание).
Размер рынка технологии OPV (органическая фотоэлектрическая энергия) | Поделиться
- Описание
- Содержание
- Методология
- Анализ воздействия COVID-19
OPV (органическая фотоэлектрическая энергия) Объем рынка технологий и прогноз
OPV (органическая фотоэлектрическая) технология Размер рынка оценивался в 98,93 млн долларов США в 2020 году и, по прогнозам, достигнет 751,05 млн долларов США к 2028 году, будет расти со среднегодовым темпом роста на 28,1% с 2021 по 2028 год. Население, быстрое развитие инфраструктуры и процветание промышленных секторов – вот некоторые факторы, которые способствуют значительному росту спроса на электроэнергию. Отчет о глобальном рынке технологий OPV (органических фотоэлектрических) дает целостную оценку рынка.
В отчете представлен всесторонний анализ ключевых сегментов, тенденций, движущих сил, ограничений, конкурентной среды и факторов, играющих существенную роль на рынке.
>>> Получить | Загрузить образец отчета @ – https://www.verifiedmarketresearch.com/download-sample/?rid=59135
Чтобы узнать больше:
Глобальное определение рынка технологий OPV (органических фотоэлектрических систем)
Клетка OPV представляет собой тип солнечного элемента, в котором поглощающий слой основан на органических полупроводниках, обычно полимерах или малых молекулах. Целью OPV является выработка электроэнергии из солнечного света. OPV стремится предоставить фотогальваническое решение с низким потреблением энергии и землей. Эта технология также имеет теоретический потенциал для производства электроэнергии по более низкой цене, чем солнечные технологии первого и второго поколения. Преимущества технологии OPV, такие как широкое изобилие материалов для строительных блоков, которые могут снизить ограничения по поставкам и цене, а также гибкие субстраты, поскольку они используются для самых разных применений.
Органическая фотоэлектрическая (OPV) технология обладает потенциалом для полного преобразования солнечной энергии в новую энергию электричества, поскольку эта технология способна поставлять электроэнергию по более низкой цене по сравнению с солнечными технологиями первого и второго поколения. В связи с растущими опасениями по поводу выбросов парниковых газов и углеродного следа ожидается, что рынок будет иметь прибыльный рост. Ожидается, что тенденции в построении экологически чистой структуры положительно повлияют на рост рынка наряду с вышеупомянутыми факторами.
>>> Спросите о скидке @ – https://www.verifiedmarketresearch.com/ask-for-discount/?rid=59135
Обзор мирового рынка технологий OPV (органических фотоэлектрических)
С ростом проникновение Building Integrated Photovoltaics по всему миру, рынок переживает значительный рост. Этот метод считается одним из лучших вариантов увеличения интеграции солнечной энергии в застроенную среду.
Возобновляемый источник энергии является одним из лучших путей для создания устойчивой энергетической системы будущего. Использование возобновляемых источников энергии стимулирует устойчивое развитие и приводит к росту рынка. Кроме того, значительные усилия были предприняты для интеллектуальных ограждающих конструкций зданий и систем управления энергопотреблением, которые стимулируют рост рынка. Растущая экономическая привлекательность распределенных фотоэлектрических систем приводит к быстрому расширению в ближайшие десятилетия, что привлекает сотни миллионов частных инвесторов. Тем самым оказывает положительное влияние на рост рынка. Рост населения, быстрое развитие инфраструктуры и процветание промышленных секторов — вот некоторые факторы, которые способствуют значительному росту спроса на электроэнергию.
Органические фотогальванические элементы получили широкое внимание благодаря многообещающим качествам, таким как технологичность растворов, настраиваемые электронные свойства, низкотемпературное производство, а также дешевые и легкие материалы.
OVP имеют более высокую эффективность и остаются выгодными из-за низкой токсичности материала, стоимости и воздействия на окружающую среду. Растворимые органические молекулы позволяют использовать технологии обработки с рулона на рулон и обеспечивают низкозатратное производство. Такое низкозатратное производство может стать движущим фактором роста рынка технологии ОПВ. Кроме того, низкая эффективность ячеек OPV связана с их малой длиной диффузии экситона и низкой подвижностью носителей. Это приводит к использованию тонких активных слоев, что влияет на общую производительность устройства. Это движущие факторы, которые помогают стимулировать рынок глобальной технологии ОПВ.
Однако трудности с производством электроэнергии считаются одним из сложных факторов, сдерживающих рост рынка. Кроме того, более короткий срок службы OPV является еще одним фактором, ограничивающим рост рынка.
Анализ сегментации мирового рынка технологий OPV (органических фотоэлектрических)
Глобальный рынок технологий OPV (органических фотоэлектрических) сегментирован по типу, применению и географии.
Рынок технологий OPV (органических фотоэлектрических систем), по приложениям
• Бытовая электроника
• Носимые устройства
• Архитектура и интеграция зданий
• Другое
Чтобы получить сводный отчет о рынке по приложениям:- Загрузить образец отчета сейчас Электроника, архитектура и интеграция зданий, носимые устройства и другие. В 2020 году на потребительскую электронику приходилось наибольшая доля рынка — 34,46%, при рыночной стоимости 34,09 долларов США.миллионов, и прогнозируется, что среднегодовой темп роста составит 29,09% в течение прогнозируемого периода. Архитектура и интеграция зданий были вторым по величине рынком в 2020 году. Тип: – Загрузить образец отчета сейчас
В зависимости от типа рынок делится на сенсибилизированные красителем нанокристаллические солнечные элементы и структуры PN-соединения. Сенсибилизированные красителем нанокристаллические солнечные элементы составляли наибольшую долю рынка в 54,23% в 2020 году с рыночной стоимостью 53,65 млн долларов США, и, по прогнозам, они будут расти с самым высоким среднегодовым темпом роста 29.
0,48% в течение прогнозируемого периода. PN Junction Structure был вторым по величине рынком в 2020 году.
Рынок технологий OPV (органических фотоэлектрических систем) по географическому признаку
• Северная Америка
• Европа
• Азиатско-Тихоокеанский регион
• Остальной мир
Получить сводную информацию о рынке Отчет по географическому признаку:- Загрузить образец отчета сейчас
На основе географического положения рынок подразделяется на Северную Америку, Европу, Азиатско-Тихоокеанский регион и остальные страны мира. В 2020 году рынок Северной Америки составил около 35,74 миллиона долларов США в стоимостном выражении, и ожидается, что он будет расти значительными темпами в 29 раз.0,54%.
Ключевые игроки
Отчет об исследовании «Глобальный рынок OPV (органических фотоэлектрических) технологий» предоставит ценную информацию с акцентом на мировом рынке. Основными игроками на рынке являются Sunew, Heliatek, ARMOR Group, Mitsubishi Chemicals, Belectric, Advent Technologies Inc.
, Toshiba, Sumitomo Chemical. Раздел конкурентной среды также включает в себя ключевые стратегии развития, долю рынка и анализ рейтинга рынка вышеупомянутых игроков во всем мире.
Report Scope
| REPORT ATTRIBUTES | DETAILS |
|---|---|
| STUDY PERIOD | 2017-2028 |
| BASE YEAR | 2020 |
| FORECAST PERIOD | 2021-2028 |
| Исторический период | 2017-2019 |
| Блок | Ключевые компании) |
| .0302 | Sunew, Heliatek, ARMOR Group, Mitsubishi Chemicals, Belectric, Advent Technologies Inc., Toshiba, Sumitomo Chemical. |
| сегменты, охватываемые |
|
| Supplysization | 9034|
Supplysization. Добавление или изменение охвата страны, региона и сегмента. |
Для получения индивидуального отчета.
Чтобы узнать больше о методологии исследования и других аспектах исследования, пожалуйста, свяжитесь с нашим отделом продаж в Verified Market Research .
Причины приобрести этот отчет
• Качественный и количественный анализ рынка на основе сегментации, включающей как экономические, так и неэкономические факторы
• Предоставление данных о рыночной стоимости (в миллиардах долларов США) для каждого сегмента и подсегмента
• Указывает регион и сегмент, которые, как ожидается, будут демонстрировать самый быстрый рост, а также будут доминировать на рынке
• Анализ по географии с выделением потребления продукта/услуги в регионе, а также с указанием факторов, влияющих на рынок в каждом регионе.
• Конкурентная среда, включающая рыночный рейтинг основных игроков, а также запуск новых услуг/продуктов, партнерские отношения, расширение бизнеса и приобретения компаний за последние пять лет.
бенчмаркинг и SWOT-анализ для основных участников рынка
• Текущие и будущие рыночные перспективы отрасли в отношении последних событий (включая возможности и движущие силы роста, а также проблемы и ограничения как развивающихся, так и развитых регионов
• Включает в себя углубленный анализ рынка с различных точек зрения с помощью анализа пяти сил Портера
• Дает представление о рынке через цепочку создания стоимости
• Сценарий динамики рынка, а также возможности роста рынка в ближайшие годы
• 6 -месячная послепродажная поддержка аналитиков
Настройка отчета
• В случае каких-либо запросов или требований к настройке свяжитесь с нашим отделом продаж, который обеспечит выполнение ваших требований.
Часто задаваемые вопросы
Каков прогнозируемый размер рынка и темпы роста рынка OPV (органических фотоэлектрических) технологий?
Рынок технологий OPV (органические фотоэлектрические) оценивался в 98,93 млн долларов США в 2020 году и, по прогнозам, достигнет 751,05 млн долларов США к 2028 году, увеличившись в среднем на 28,1% в период с 2021 по 2028 год.
факторы для роста рынка технологий OPV (органические фотоэлектрические)?
Растущая экономическая привлекательность распределенных фотоэлектрических систем приводит к быстрому расширению в ближайшие десятилетия, что привлекает сотни миллионов частных инвесторов. Тем самым оказывает положительное влияние на рост рынка.
Какие ведущие игроки работают на рынке технологий OPV (органические фотоэлектрические)?
Основными игроками на рынке являются Sunew, Heliatek, ARMOR Group, Mitsubishi Chemicals, Belectric, Advent Technologies Inc., Toshiba, Sumitomo Chemical.
Какие сегменты охвачены в отчете о рынке технологий OPV (органических фотоэлектрических)?
Глобальный рынок технологий OPV (органических фотоэлектрических) сегментирован по типу, применению и географии.
Как я могу получить образец отчета/профиля компании для рынка OPV (органических фотоэлектрических) технологий?
Образец отчета о рынке технологий OPV (органических фотоэлектрических) можно получить по запросу на веб-сайте.
Кроме того, для получения образца отчета предоставляется круглосуточная поддержка в чате и услуги прямого звонка.
СОДЕРЖАНИЕ
1 Введение
1,1 Определение рынка
1,2 Сегментация рынка
1,3 Сроки исследования
1,4 Допущения
1,5 Ограничения
2. ПЕРВИЧНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
2.4 ПРЕДМЕТ ЭКСПЕРТНОЙ КОНСУЛЬТАЦИИ
2.5 ПРОВЕРКА КАЧЕСТВА
2.6 ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ОБЗОР
2.7 ТРИАНГУЛЯЦИЯ ДАННЫХ
2.8 ПОДХОД «ВОСХОДЯЩИЙ ВВЕРХ»
2,9 Подход к сверху вниз
2.10 Исследовательский поток
3 Резюме исполнительной власти
3.1 Обзор рынка
3.2 Глобальный OPV (органический фотоэлектрический рынок. ТИП (МЛН ДОЛЛ. США)
3.4 МИРОВОЙ РЫНОК ТЕХНОЛОГИЙ OPV (ОРГАНИЧЕСКАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ) ПО ПРИМЕНЕНИЮ (МЛН ДОЛЛ. США)
3.5 БУДУЩИЕ РЫНОЧНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ
3.6 РАЗДЕЛЕНИЕ МИРОВОГО РЫНКА
4 ВНЕШНИЙ РЫНОК0201
4.
1 Глобальный OPV (Organic Photovoltaic Technology Market Outlook
4.2 Драйверы рынка
4.2.1 Растущий спрос на BIPV вызывает рост рынка
4.2.2. 4.2.3 ПОВЫШЕНИЕ ПОТРЕБНОСТИ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
4.3 ПРОБЛЕМЫ РЫНКА
4.3.1 ОГРАНИЧЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ И КОРОТКИЙ СРОК СЛУЖБЫ
4.4 РЫНОК
4.4.1. Появление новых технологий
4.5 Анализ ценообразования OPV (Organic Photovoltaic Technologe Market
4.6 Влияние Covid – 19 на глобальном OPV (Органический фотоэлектрический рынок). Анализ сил
5 Рынок, по типу
5.1 Обзор
5,2-чувствительные к красителям-кристаллические солнечные элементы
5,3 ПН Структура
6 Рынок, приложение
6.1 Обзор
6.1. .2 Канада
7.2.3 Мексика
7.3 Европа
7.3.1 Германия
7.3.2 U.K.
7.3.3 Франция
7.3.4 Остальная Европа
7.4 ASIA Pacific 9.0201
7.4.1 Китай
7.4.2 Индия
7.4.3 Япония
7.4.4 Остальная часть Азиатско -Тихоокеанского региона
7,5 Остальная часть мира
7.5.1 Ближний Восток и Африка
7.5.2 Латинская Америка
8 COMPETITIVE LANDSCAPE
8.1 OVERVIEW
8.2 COMPETITIVE SCENARIO
8.3 COMPANY MARKET RANKING ANALYSIS
9 COMPANY PROFILES
9.1 HELIATEK
9.1.1 COMPANY OVERVIEW
9.1.2 COMPANY INSIGHTS
9.1.3 Проценка продукции
9.1.4 Ключевая разработка
9.1.5 SWOT -анализ
9.2 Sunew
9.2.1 Обзор компании
9.2.2. 9.2.5 SWOT -анализ
9.3 Armor Group
9.3.1 Обзор компании
9.3.2 Компания.0201
9.4.1 Обзор компании
9.4.2 Компания Insights
9.4.3 Разбитие сегмента
9.
4.4. .2 Company Insights
9.5.3. Сентерики продукции
9.5.4. Ключевая разработка
9.6 Belectric
9.6.1 Обзор компании
9,6,2 Insights..7 TOSHIBA CORPORATION
9.7.1 ОБЗОР КОМПАНИИ
9.7.2 ИНФОРМАЦИЯ О КОМПАНИИ
9.7.3 РАЗБИВКА ПО СЕГМЕНТАМ
9.7.4 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ МАРКИНГ ПРОДУКЦИИ
9.8 SUMITICAL CO.EM.
9.8.1 Обзор компании
9.8.2 Компания Insights
9.8.3 Разбивка сегмента
9.8.4. – 2028 (МЛН ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 2 МИРОВОЙ РЫНОК ТЕХНОЛОГИЙ OPV (ОРГАНИЧЕСКИЕ ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИЕ) ПО ПРИМЕНЕНИЮ, 2021 – 2028 (МЛН ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 3 МИРОВОЙ РЫНОК ОПВ (ОРГАНИЧЕСКИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ) ТЕХНОЛОГИЙ В РАЗБИВКЕ ПО ГЕОГРАФИИ, 2021–2028 ГГ. (МЛН ДОЛЛ. США) РЫНОК ТЕХНОЛОГИЙ OPV (ОРГАНИЧЕСКАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ) ПО ТИПУ, 2021–2028 (МЛН ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 6 РЫНОК ТЕХНОЛОГИИ OPV (ОРГАНИЧЕСКАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ) СЕВЕРНОЙ АМЕРИКИ, ПО ПРИМЕНЕНИЮ, 2021–2028 (МЛН Долл. США)
PHOTOVOLTAIC ТАБЛИЦА 7 РЫНОК ТЕХНОЛОГИЙ ПО ВИДАМ, 2021–2028 ГГ.
(МЛН ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 8 РЫНОК ТЕХНОЛОГИЙ OPV (ОРГАНИЧЕСКАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ) США, ПО ПРИМЕНЕНИЮ, 2021–2028 (МЛН ДОЛЛ. США)
РЫНОК ОРГАНИЧЕСКИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ, 2021–2028 ГГ. (МЛН ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 11 РЫНОК ТЕХНОЛОГИЙ МЕКСИКЫ OPV (ОРГАНИЧЕСКИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ) ПО ТИПАМ, 2021–2028 гг. (МЛН ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 12 ПО ЗАЯВКАМ, 2021–2028 ГГ. (МЛН ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 13 ЕВРОПЕЙСКИЙ РЫНОК OPV (ОРГАНИЧЕСКИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ) ТЕХНОЛОГИЙ, ПО СТРАНАМ, 2021–2028 (МЛН ДОЛЛ. США)
РЫНОК ОРГАНИЧЕСКИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ, 2021–2028 ГГ. (МЛН. ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 16 РЫНОК ТЕХНОЛОГИЙ OPV (ОРГАНИЧЕСКИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ) В ГЕРМАНИИ, ПО ТИПАМ, 2021–2028 гг. (МЛН. Долл. США)
ТАБЛИЦА 17 ПО ЗАЯВКАМ, 2021–2028 ГГ. (МЛН ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 18 РЫНОК ОПВ (ОРГАНИЧЕСКИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ) ТЕХНОЛОГИЙ В Великобритании, ПО ТИПАМ, 2021–2028 (МЛН ДОЛЛ. США)
РЫНОК ОРГАНИЧЕСКИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПО ТИПУ, 2021–2028 ГГ.
(МЛН. ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 21 РЫНОК ТЕХНОЛОГИЙ OPV (ОРГАНИЧЕСКИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ) ФРАНЦИИ, ПО ПРИМЕНЕНИЮ, 2021–2028 гг. (МЛН. Долл. США)
ТАБЛИЦА 22 ОСТАЛЬНАЯ ЕВРОПА РЫНОК ПО ВИДАМ, 2021–2028 ГГ. (МЛН ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 23 ОСТАЛЬНАЯ ЕВРОПА РЫНОК ОПВ (ОРГАНИЧЕСКИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ) ТЕХНОЛОГИЙ, ПО ПРИМЕНЕНИЮ, 2021–2028 (МЛН. Долл. США)
АЗИАТСКО-ТИХООКЕАНСКИЙ РЫНОК ОПВ (ОРГАНИЧЕСКИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ) ТЕХНОЛОГИЙ, ПО ТИПАМ, 2021–2028 (МЛН ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 26 РЫНОК ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПО ТИПАМ, 2021–2028 ГГ. (МЛН Долл. США)
ТАБЛИЦА 28 КИТАЙСКИЙ РЫНОК OPV (ОРГАНИЧЕСКИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ) ТЕХНОЛОГИЙ, ПО ПРИМЕНЕНИЮ, 2021–2028 (МЛН. Долл. США)
РЫНОК ОРГАНИЧЕСКИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПО ПРИМЕНЕНИЮ, 2021–2028 ГГ. (МЛН ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 31 РЫНОК ТЕХНОЛОГИЙ ЯПОНИИ OPV (ОРГАНИЧЕСКИЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ) ПО ТИПАМ, 2021–2028 гг. (МЛН ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 32 ПО ЗАЯВКАМ, 2021–2028 ГГ. (МЛН ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 33 РЫНОК ОПВ (ОРГАНИЧЕСКИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ) ТЕХНОЛОГИЙ В ОСТАЛЬНОЙ АЗИИ, ПО ТИПУ, 2021–2028 (МЛН ДОЛЛ.
США)
ТАБЛИЦА 35 ОСТАЛЬНЫЙ МИРОВОЙ РЫНОК ОПВ (ОРГАНИЧЕСКИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ) ТЕХНОЛОГИЙ ПО СТРАНАМ, 2021–2028 гг. (МЛН ДОЛЛ. США) 37 ОСТАЛЬНОЙ МИРОВОЙ РЫНОК ТЕХНОЛОГИЙ OPV (ОРГАНИЧЕСКАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ) ПО ПРИМЕНЕНИЮ, 2021–2028 ГГ. (МЛН ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 38 БЛИЖНИЙ ВОСТОК И АФРИКА РЫНОК OPV (ОРГАНИЧЕСКИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ) ТЕХНОЛОГИЙ, ПО ТИПАМ, 2021–2028 (МЛН ДОЛЛ. США)
ТАБЛИЦА 40 РЫНОК ТЕХНОЛОГИЙ OPV (ОРГАНИЧЕСКАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ) В ЛАТИНСКОЙ АМЕРИКЕ, ПО ТИПУ, 2021–2028 (МЛН. Долл. США) РЕЙТИНГОВЫЙ АНАЛИЗ РЫНКА
Таблица 43 Heliatek: Проценка продукта
Таблица 44 Heliatek: Ключевая разработка
Таблица 45 Sunew: Проценка продукта
Таблица 46 Sunew: Ключевые разработки
Таблица 47 Группа Armor: Checkmarking
ТАБЛИЦА 48 Группа Armor: Ключевая разработка
Таблица 49 Mitsubishi. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОДУКЦИИ
ТАБЛИЦА 50 MITSUBISHI CHEMICAL: ОСНОВНЫЕ РАЗРАБОТКИ
ТАБЛИЦА 51 ADVENT TECHNOLOGIES INC.: СРАВНИТЕЛЬНЫЙ МАРКИНГ ПРОДУКЦИИ
ТАБЛИЦА 52 ADVENT TECHNOLOGIES INC.
: ОСНОВНЫЕ РАЗРАБОТКИ
ТАБЛИЦА 53 BELECTRIC: СРАВНИТЕЛЬНЫЙ МАРКЕРИНГ
Таблица 54 Toshiba Corporation: сравнительный анализ продукции
Таблица 55 Sumitomo Chemical Co., Ltd.: Процедура продукта
Список рисунков
Рисунок 1 Глобальный OPV (Органическая фотовольта. ТРИАНГУЛЯЦИЯ
РИСУНОК 4 ИССЛЕДОВАНИЕ РЫНКА
РИСУНОК 5 ОБЗОР МИРОВОГО РЫНКА ТЕХНОЛОГИЙ OPV (ОРГАНИЧЕСКАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ)
2354 РИСУНОК 7 МИРОВОЙ РЫНОК ОПВ (ОРГАНИЧЕСКИХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ) ТЕХНОЛОГИЙ, ПО ТИПУ (МЛН ДОЛЛ. США)
В 2020 году
Рисунок 11 Глобальный OPV (органический фотоэлектрический рынок технологий). Перспективы
Рис.
Рисунок 14 Стоимость OPV, оцененная на основе исследований
Рисунок 15 Глобальный рынок технологий OPV (органический фотоэлектрон.
РИСУНОК 19. СНИМОК КАНАДА
РИСУНОК 20. СНИМОК МЕКСИКЫ
РИСУНОК 21. СНИМОК РЫНКА ЕВРОПЫ
РИСУНОК 22. СНИМОК РЫНКА ГЕРМАНИИ
РИСУНОК 23. СНИМОК ВЕЛИКОБРИТАНИЯ
.
2354 Рисунок 26 Снимок рынка Азиатско -Тихоокеанского рынка
Рисунок 27 Китай снимок
Рисунок 28 Снимок Индии
Рисунок 29 Япония Снимок
Рисунок 30 Остальные снимки Азиатско -Тихоокеанского региона
Рис. SNAPSHOT
РИСУНОК 34 КЛЮЧЕВЫЕ СТРАТЕГИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ
РИСУНОК 35 HELIATEK: ПОНИМАНИЕ КОМПАНИИ
РИСУНОК 36 HELIATEK: SWOT-АНАЛИЗ
РИСУНОК 37 SUNEW: ПОНИМАНИЕ КОМПАНИИ
РИСУНОК 38 SUNEW: SWOT-АНАЛИЗ
Рисунок 39 Группа брони: Компания Insight
Рисунок 40 Группа брони: SWOT -анализ
Рисунок 41 Mitsubishi Chemical: Company Insight
Рисунок 42 Mitsubishi Chemical.: Разрыв
Рисунок 43 Advent Technologies Inc. РИСУНОК 45 TOSHIBA CORPORATION: COMPANY INSIGHT
РИСУНОК 46 TOSHIBA CORPORATION: РАЗБИВКА
РИСУНОК 47 SUMITOMO CHEMICAL CO., LTD.: COMPANY INSIGHT
РИСУНОК 48 SUMITOMO CHEMICAL CO., LTD.: РАЗБИВКА
Report Research Methodology
Подтвержденное исследование рынка использует новейшие инструменты исследования для предоставления точных данных.
Наши эксперты предоставляют лучшие исследовательские отчеты с рекомендациями по получению дохода. Аналитики проводят обширные исследования, используя как методы «сверху вниз», так и методы «снизу вверх». Это помогает в изучении рынка с разных сторон.
Это дополнительно помогает исследователям рынка сегментировать различные сегменты рынка для их индивидуального анализа.
Мы назначаем стратегии триангуляции данных для изучения различных областей рынка. Таким образом, мы гарантируем, что все наши клиенты получают надежную информацию, связанную с рынком. Различные элементы методологии исследования, назначенные нашими экспертами, включают:
Исследовательский анализ данных
Рынок наполнен данными. Все данные собираются в необработанном формате, который проходит строгую систему фильтрации, чтобы гарантировать, что останутся только необходимые данные. Оставшиеся данные должным образом проверяются, и их подлинность (источника) проверяется перед их дальнейшим использованием.
Мы также собираем и смешиваем данные из наших предыдущих отчетов об исследованиях рынка.
Все предыдущие отчеты хранятся в нашем большом внутреннем хранилище данных. Также специалисты собирают достоверную информацию из платных баз данных.
Чтобы понять всю картину рынка, нам также необходимо получить подробную информацию о прошлых и текущих тенденциях. Для этого мы собираем данные от разных участников рынка (дистрибьюторов и поставщиков), а также от государственных веб-сайтов.
Последняя часть головоломки «исследование рынка» выполняется путем просмотра данных, собранных из анкет, журналов и опросов. Аналитики VMR также уделяют особое внимание динамике различных отраслей, например движущим силам рынка, ограничениям и денежным тенденциям. В результате окончательный набор собранных данных представляет собой комбинацию различных форм необработанной статистики. Все эти данные преобразуются в пригодную для использования информацию путем прохождения через процедуры аутентификации и с использованием лучших в своем классе методов перекрестной проверки.
Data Collection Matrix
| Perspective | Primary Research | Secondary Research |
|---|---|---|
| Supplier side |
|
|
| Demand side |
|
|
Econometrics and data visualization model
Наши аналитики предлагают оценки рынка и прогнозы с использованием первых в отрасли имитационных моделей. Они используют панель инструментов с поддержкой BI для предоставления рыночной статистики в режиме реального времени.
С помощью встроенной аналитики клиенты могут получить информацию, связанную с анализом бренда. Они также могут использовать программное обеспечение для онлайн-отчетности, чтобы понять различные ключевые показатели эффективности.
Все исследовательские модели настроены в соответствии с предварительными условиями, общими для глобальных клиентов.
Собранные данные включают динамику рынка, технологический ландшафт, разработку приложений и тенденции ценообразования. Все это передается в исследовательскую модель, которая затем производит соответствующие данные для изучения рынка.
Наши специалисты по исследованию рынка предлагают как краткосрочный (эконометрические модели), так и долгосрочный анализ (модель рынка технологий) рынка в одном отчете. Таким образом, клиенты могут достичь всех своих целей, а также воспользоваться открывающимися возможностями. Технологические достижения, запуск новых продуктов и денежные потоки на рынке сравниваются в разных случаях, чтобы продемонстрировать их влияние в течение прогнозируемого периода.
Аналитики используют корреляцию, регрессию и анализ временных рядов для получения надежной бизнес-аналитики. Наша опытная команда профессионалов распространяет информацию о технологическом ландшафте, нормативно-правовой базе, экономических перспективах и принципах ведения бизнеса, чтобы поделиться подробностями внешних факторов на исследуемом рынке.
Различные демографические данные анализируются индивидуально, чтобы предоставить соответствующие сведения о рынке. После этого все региональные данные объединяются, чтобы обслуживать клиентов с глобальной точки зрения. Мы гарантируем, что все данные точны, а все действенные рекомендации могут быть выполнены в рекордно короткие сроки. Мы работаем с нашими клиентами на каждом этапе работы, от изучения рынка до реализации бизнес-планов. Мы в основном ориентируемся на следующие параметры для прогнозирования рынка под объективом:
- Рыночные факторы и ограничения, а также их текущее и ожидаемое воздействие
- Сценарий сырьевых ресурсов и динамика предложения в сравнении с ценовыми тенденциями
- Сценарий регулирования и ожидаемые изменения
- Текущие мощности и ожидаемое увеличение мощностей до 2027 года
Мы присваиваем разный вес вышеперечисленным параметрам.
Таким образом, у нас есть возможность количественно оценить их влияние на импульс рынка. Кроме того, это помогает нам предоставлять доказательства, связанные с темпами роста рынка.
Первичная проверка
Последний этап создания отчета связан с прогнозированием рынка. Для подтверждения выводов наших экспертов проводятся исчерпывающие интервью с отраслевыми экспертами и лицами, принимающими решения в уважаемых организациях.
Предположения, сделанные для получения статистики и элементов данных, перепроверяются путем опроса менеджеров в ходе дискуссий F2F, а также по телефону.
Различные участники цепочки создания стоимости на рынке, такие как поставщики, дистрибьюторы, продавцы и конечные потребители, также получают доступ к объективной картине рынка. Все интервью проводятся по всему миру. Благодаря нашей опытной и многоязычной команде профессионалов нет языкового барьера. Интервью могут дать критическую информацию о рынке. Текущие бизнес-сценарии и будущие ожидания рынка повышают качество наших пятизвездочных отчетов об исследованиях рынка.
Наша высококвалифицированная команда использует первичное исследование с ключевыми участниками отрасли (KIP) для проверки прогнозов рынка:
- Устоявшиеся участники рынка
- Поставщики первичных данных
- Участники сети, такие как дистрибьюторы
- Конечные потребители
Целями проведения первичного исследования являются:
- Проверка собранных данных с точки зрения точности и надежности.
- Чтобы понять текущие рыночные тенденции и предвидеть модели будущего роста рынка.
Матрица анализа отрасли
| Качественный анализ | Quantitative analysis |
|---|---|
|
|
После вспышки вируса COVID-19 в декабре 2019 года эпидемия распространилась почти на все страны мира, и Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) объявила коронавирусную болезнь 2019 года (COVID-19) пандемией. Наше исследование показывает, что лидеры стремятся к росту во всех измерениях, включая расширение ядра, географическое положение, движение вверх и вниз по цепочке создания стоимости, а также в смежных областях.
Пандемия COVID-19 затронула все отрасли, такие как аэрокосмическая промышленность и оборона, сельское хозяйство, продукты питания и напитки, автомобили и транспорт, химия и материалы, потребительские товары, розничная торговля и электронная коммерция, энергетика и энергетика, фармацевтика и здравоохранение, упаковка, строительство, Горнодобывающая и газовая промышленность, электроника и полупроводники, банковские финансовые услуги и страхование, ИКТ и многое другое.
Население во всем мире ограничило выход из дома и стремится ограничить себя домами, что отрицательно или положительно влияет на весь рынок. В соответствии с текущей рыночной ситуацией в отчете дополнительно оцениваются нынешние и будущие последствия пандемии COVID-19 на рынке в целом, что дает более надежные и достоверные прогнозы
Распространение коронавируса нанесло ущерб всему миру. Почти все страны ввели карантин и строгие меры социального дистанцирования. Это привело к сбоям в цепочках поставок.