Binær opløsningsmiddelblanding, der øger høj effektivitet af polymersolceller

Enorme fremskridt for organiske solceller (OSC'er) er blevet eksemplificeret ved brugen af ​​ikke-fulleren elektronacceptorer (NFA'er) i de sidste par år. Sammenlignet med fullerenderivatacceptorer, NFA'er viser en lang række fordele, herunder justerbare energiniveauer, bredt absorptionsspektrum og stærk lysabsorptionsevne, samt høj transportørmobilitet. For yderligere at forbedre effektiviteten af ​​ikke-fulleren OSC'er, fluor (F) eller chlor (Cl) atomer er blevet indført i den kemiske struktur af NFA'er som en effektiv tilgang til at modulere HOMO- og LUMO-niveauerne. Med en lille Van der Waals radius og stor elektronegativitet, F-atomet forbedrer NFA'ers molekylære planaritet og aggregeringstendens, samt øge deres krystalliseringsevne.

Imidlertid, fluorerede NFA'ers tendens til selvorganisering til krystaller fører normalt til overdreven faseadskillelse, som har vist sig at øge filmoverfladeruheden for at forstørre ladningsrekombination ved elektrodegrænsefladen, og endnu vigtigere at reducere bulk heterojunction-grænseflader inden for det fotoaktive lag; effekter, der alle fører til reduceret strømeffektivitet.

For ganske nylig, Professor Tao Wangs gruppe ved Wuhan University of Technology demonstrerede en effektiv tilgang til at justere den molekylære organisation af en fluoreret NFA (INPIC-4F), og dens faseseparation med donoren PBDB-T, ved at variere støbeopløsningsmidlet (CB, CF og deres blandinger). Når et højtkogende opløsningsmiddel CB blev anvendt som støbeopløsningsmiddel, INPIC-4F dannede lamellære krystaller, som yderligere vokser til sfærulitter i mikronskala, hvilket kun resulterer i en lav PCE på 8,1%. Når opløsningsmidlet CF med lavt kogepunkt blev brugt, krystallisationen af ​​INPIC-4F blev undertrykt, og den lave strukturorden fører til en moderat PCE på 11,4%. Ved at bruge en binær opløsningsmiddelblanding (CB:CF=1,5:1, v/v), effektiviteten af ​​PBDB-T:INPIC-4F ikke-fulleren OSC'er blev forbedret til 13,1%. Disse resultater viser det store løfte om binær opløsningsmiddelstrategi til at kontrollere den molekylære orden og nanoskalamorfologi for højeffektive ikke-fulleren solceller.