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Updated: May 18, 2026
Morphology Control for Fully Printable Organic–Inorganic Bulk-heterojunction Solar Cells Based on a Ti-alkoxide and Semiconducting Polymer
Published on: January 10, 2017
La eficiencia de la célula solar, el autoensamblaje y las interacciones dipolo-dipolo de las moléculas isomórficas de
Christopher J Takacs1, Yanming Sun, Gregory C Welch
1Center for Polymers and Organic Solids, Department of Chemistry & Biochemistry, University of California, Santa Barbara, California 93106, USA.
La estructura molecular tiene un impacto significativo en el rendimiento de las células solares orgánicas. Los diseños moleculares simétricos con aceptores de electrones específicos (PT) promueven películas ordenadas y mayores eficiencias de conversión de potencia (PCE), a diferencia de las moléculas desordenadas basadas en BT.
Área de la Ciencia:
- Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
- Electrónica orgánica y electrónica orgánica.
- La energía fotovoltaica es fotovoltaica.
Sus antecedentes:
- Las moléculas orgánicas procesables en solución son cruciales para la fabricación rentable de células solares.
- El diseño molecular, incluido el momento dipolo y la estabilidad conformacional, influye en el autoensamblaje del material y el rendimiento del dispositivo.
- Los cromóforos de transferencia de carga con estructuras de donante-aceptor (D-A) son componentes clave en la energía fotovoltaica orgánica.
Objetivo del estudio:
- Investigar la correlación entre la estructura molecular (momento dipolo, conformación) y el autoensamblaje y el rendimiento de las células solares de los cromóforos D(1) -A-D-A-D(1).
- Para comparar los efectos de las diferentes unidades aceptoras de déficit de electrones (2,1,3-benzotiadiazol (BT) y [1,2,5] tiadiazolo [3,4-c] piridina (PT)) en el ordenamiento molecular y las propiedades fotovoltaicas.
- Evaluar la influencia de la regioquímica y simetría del aceptor en la morfología de la película delgada y la eficiencia de conversión de potencia (PCE).
Principales métodos:
- Síntesis y caracterización de moléculas isomórficas procesables en solución D(1)-A-D-A-D(1).
- Espectroscopia UV-visible para analizar las propiedades ópticas.
- Fabricación y pruebas de transistores de efecto de campo (FET) y dispositivos de células solares.
- Diseminación de rayos X de gran angular de incidentes de pastoreo (GIWAXS) y microscopía electrónica de transmisión (TEM) para el análisis de la morfología de película delgada.
- Los estudios de mezcla con el derivado del fullereno PC71BM.
Principales resultados:
- Los compuestos simétricos que contienen PT (1 y 2) formaron películas delgadas mezcladas altamente ordenadas con tamaños de cristalitos donantes de 15-35 nm cuando se procesaron con 1,8-diiodooctano.
- Estos compuestos PT simétricos lograron las mayores eficiencias de conversión de potencia (PCE) del 7,0% y 5,6%.
- Un compuesto PT asimétrico (3) exhibió menor PCE (3,2%), y los compuestos a base de BT (4) dieron lugar a películas desordenadas y PCE muy bajos (<0,2%).
Conclusiones:
- La orientación y la naturaleza electrónica de la unidad aceptora influyen fuertemente en el autoensamblaje molecular y el ordenamiento de película delgada en los cromóforos D-A-D-A-D.
- Los diseños moleculares simétricos que incorporan el aceptador PT promueven un mejor empaque molecular y un mejor rendimiento fotovoltaico.
- El momento dipolo y los factores geométricos que surgen de la elección y orientación del aceptor son críticos para optimizar la eficiencia de las células solares orgánicas.
