Modifikationer af ikke-fulleren små molekyle acceptor i organisk tynd film til solceller forbedrer effektiviteten

Forskere fra Imperial College London, Monash University, CSIRO, og King Abdullah University of Science and Technology har rapporteret om en organisk tynd film til solceller med en ikke-fulleren lille molekyle-acceptor, der opnåede en effektkonverteringseffektivitet på godt 13 pct.

Ved at erstatte phenylalkylsidekæder i indacenodithieno[3, 2-b]thiophen-baseret ikke-fulleren acceptor (ITIC) med simple lineære kæder til dannelse af C8-ITIC, de forbedrede materialets fotovoltaiske ydeevne.

C8-ITIC blev blandet med en fluoreret analog af donorpolymeren PBDB-T for at danne bulk-heterojunction tynde film. Forskningen blev for nylig offentliggjort i Avancerede materialer .

Dr. Xuechen Jiao fra McNeill Research Group ved Monash University udførte græsningsincidens vidvinkel røntgenspredning (GIWAXS) målinger ved Australian Synchrotron for at få morfologisk information om rene og blandede tynde film.

"Ved at ændre den kemiske struktur af den organiske forbindelse, et lovende løft i effektivitet blev opnået med succes i en allerede højtydende organisk solcelle," sagde Jiao. "GIWAXS gav os information om, hvordan donor- og acceptormolekylerne krystalliserede og aggregerede i de tynde film, såvel som orienteringen af ​​krystallitterne i forhold til substraterne."

Teknikken er yderst anvendelig til at undersøge krystalstrukturer af en række tynde film af blødt stof af ledende polymerer, såsom organiske solceller og organiske transistorer.

"Intensiteten af ​​strålen i den australske synkrotron giver en super høj flux, det betyder, at information kan erhverves på omkring tre sekunder sammenlignet med konventionel XRD, som tager omkring en time, " sagde Jiao.

"Ændringer i farve i todimensionelle GIWAX-mønstre repræsenterer ændringer i diffraktionsintensitet, som giver dig mulighed for at se, hvordan enhedscellen ændrer sig."

I et eksperiment for at undersøge krystalliserings- og aggregeringsadfærd, GIWAXS blev implementeret på enkeltkomponent tynde film, ITC, C8-ITC, PBDB-T og PFDB-T med og uden termisk udglødning ved 160 C .

Blandinger af C8-ITIC med donorpolymer PFBDB-T viste den bedste effektkonverteringseffektivitet. Resultaterne antydede, at C8-CTIC-molekyler har en højere tendens til at krystallisere til ordnede 3-D-strukturer.

Forbedret molekylær pakning i C8-ITIC sammenlignet med CTIC menes at bidrage til overlegen ladningsbærertransporterende adfærd, dermed forbedret ydeevne.

Papirforfatterne, ledet af prof Martin Heeney ved Imperial College London, rapporterede også en ny teknik til at syntetisere ikke-fullerenacceptoren.

Andre teknikker brugt i undersøgelsen omfattede UV-absorptionsspektroskopi, cyklisk voltammetri. atomkraftmikroskopi elektroluminescens og teoretiske beregninger.

Der er stor interesse for ikke-fulleren-acceptorer på grund af deres udvidede lysabsorption og indstillelige energiniveauer.

En gruppe fra det kinesiske videnskabsakademi ledet af Wenchao Zhou rapporterede for nylig i Journal of the American Chemical Society sidste år, at en molekylær optimering på 13 procent i en ikke-fulleren tynd film, af PBDB-T-SF og IT-4F.