Forskere baner vejen for store, effektive organiske solceller med vandbehandling

Organiske solceller (OSC'er), som bruger organiske polymerer til at omdanne sollys til elektricitet, har fået stor opmærksomhed for deres ønskværdige egenskaber som næste generations energikilder. Disse egenskaber omfatter dens lette natur, fleksibilitet, skalerbarhed og en høj effektkonverteringseffektivitet (>19%). I øjeblikket findes der adskillige strategier til at forbedre ydeevnen og stabiliteten af ​​OSC'er. Et problem, der er tilbage, er imidlertid vanskeligheden ved at kontrollere morfologien af ​​det aktive lag i OSC'er, når der skaleres op til store områder. Dette gør det udfordrende at opnå højkvalitets aktive lag tynde film og til gengæld finjustere enhedens effektivitet.

I en nylig undersøgelse satte et team af forskere fra Gwangju Institute of Science and Technology, Korea sig for at løse dette problem. I deres arbejde, udgivet i Advanced Functional Materials , foreslog de en løsning, der virker ret kontraintuitiv ved første øjekast:Brug af vandbehandling til at kontrollere det aktive lags morfologi.

"Vand er kendt for at hæmme ydeevnen af ​​organiske elektroniske enheder, da det forbliver i "fældetilstanden" af det organiske materiale, blokerer ladningsstrømmen og forringer enhedens ydeevne. Men vi regnede med, at brug af vand frem for et organisk opløsningsmiddel- baseret aktiv løsning som et medium for behandlingsmetode ville muliggøre nødvendige fysiske ændringer uden at forårsage kemiske reaktioner," forklarer professor Dong-Yu Kim, der stod i spidsen for undersøgelsen.

Forskerne valgte polymererne PTB7-Th og PM6 som donormaterialer og PC₆₁ BM og EH-IDTBR og Y6 som acceptormaterialer til det aktive lag. De bemærkede, at induktion af en hvirvel for at blande donor- og acceptormaterialerne i den aktive opløsning kunne føre til en godt blandet aktiv opløsning, men det var ikke nok alene.

Den aktive opløsning var hydrofob, og derfor besluttede forskerne at bruge deioniseret (DI) vand og hvirvler til at omrøre opløsningen. De lod donor- og acceptormaterialerne sidde i chlorbenzen (værtsaktiv opløsning) natten over og tilsatte derefter DI-vand i opløsningen og omrørte det, hvilket skabte små hvirvler.

På grund af opløsningens hydrofobe natur skubbede vandet på donor- og acceptormolekylerne, hvilket fik dem til at opløses mere fint i opløsningen. De lod derefter opløsningen hvile, hvilket fik vandet til at skille sig fra opløsningen. Dette vand blev derefter fjernet, og den vandbehandlede aktive opløsning blev brugt til at fremstille tynde film af PTB7-Th:PC₆₁ BM (F, fulleren), PTB7-Th:EH-IDTBR (NF, fulleren) og PM6:Y6 (H-NF, højeffektiv ikke-fulleren).

Forskerne undersøgte derefter den fotovoltaiske ydeevne af disse tynde film i en spalte-matrice-coated inverteret OSC-konfiguration og sammenlignede dem med dem for OSC'er uden vandbehandling.

"Vi observerede, at den vandbehandlede aktive opløsning førte til et mere ensartet aktivt lag tynde film, som viste højere effektkonverteringseffektivitet sammenlignet med dem, der ikke var behandlet med vand. Desuden fremstillede vi store OSC-moduler med et aktivt areal på 10 cm ² , som viste en konverteringseffektivitet så høj som 11,92 % for vandbehandlede H-NF-film," siger Prof Kim. + Udforsk yderligere

Over 14 % effektivitet for ternær organisk solcelle med 300 nm tykt aktivt lag