Miscibilidad polímero-fullereno: una métrica para el cribado de nuevos materiales para celdas solares orgánicas de...

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 células solares de heterounión a granel de polímero (BHJ) se basan en polímeros donantes de electrones y fullerenos que aceptan electrones.
• La mejora de la eficiencia de conversión de potencia (PCE) a menudo implica el diseño de polímeros sintéticos.
• Una estrategia alternativa es modificar la estructura del fullereno para ajustar la miscibilidad.

Objetivo del estudio:

• Investigar el efecto de la estructura de los fullerenos en la miscibilidad con el poli{3-hexilselenofeno) (P3HS).
• Para correlacionar la miscibilidad y la microestructura del polímero-fullereno con el rendimiento de las células solares.
• Establecer un enfoque de diseño racional para los fullerenos en las células solares de BHJ.

Principales métodos:

• Fabricación de estructuras modelo de dos capas con P3HS y varios aductos de 1,4-fulereno.
• Medición de la miscibilidad polímero-fullereno mediante espectrometría de masas de iones secundarios dinámicos (DSIMS).
• Análisis microstructural utilizando microscopía electrónica de escaneo de transmisión de campo oscuro anular de ángulo alto (HAADF-STEM).
• Fabricación y caracterización de P3HS: células solares de fullereno BHJ.

Principales resultados:

• La miscibilidad entre polímero y fullereno se ajustó con éxito mediante la variación de la estructura del fullereno.
• La microestructura, incluidos los tamaños de dominio y la separación de fases, estaba directamente relacionada con la miscibilidad.
• Se observó una mejor eficiencia de recolección de carga y PCE en las células solares BHJ con miscibilidad optimizada.
• La fracción de volumen de diferentes dominios correlacionados con el rendimiento general del dispositivo.

Conclusiones:

• La estructura del fullereno es un parámetro crítico para controlar la miscibilidad polímero-fullereno en las células solares BHJ.
• La miscibilidad de afinación ofrece una ruta viable para optimizar la morfología de la capa activa y mejorar la PCE.
• Este estudio proporciona una estrategia de diseño racional para el desarrollo de nuevos fullerenos para la energía fotovoltaica orgánica eficiente.