Los sustitutos del flúor reducen la recombinación de cargas y el desarrollo de la estructura y la morfología de la...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Electrónica orgánica y electrónica orgánica.
• Química de Polímeros La Química de Polímeros es la química de los polímeros.

Sus antecedentes:

• Las células solares orgánicas (OSC) son una prometedora tecnología de energía renovable.
• El ajuste de las propiedades del polímero es crucial para mejorar la eficiencia de la OSC.
• La sustitución de flúor es una estrategia común para modificar las propiedades electrónicas y morfológicas de los semiconductores orgánicos.

Objetivo del estudio:

• Investigar el impacto de la sustitución de flúor en el rendimiento de los polímeros basados en BnDT-DTBT en los CSO.
• Comprender cómo el flúor afecta la tensión de circuito abierto (Voc), la corriente de cortocircuito (Jsc) y el factor de llenado (FF).
• Correlacionar los cambios estructurales y morfológicos con el rendimiento del dispositivo.

Principales métodos:

• Síntesis de tres polímeros estructuralmente idénticos con contenido variable de flúor (0, 1 o 2 sustituciones).
• Fabricación y caracterización de células solares orgánicas utilizando estos polímeros.
• Análisis de las propiedades del polímero utilizando técnicas tales como estudios de intensidad luminosa variable, dispersión de rayos X de gran angular de incidencia de pastoreo (GIWAXS) y dispersión de rayos X de pequeño angular (R-SoXS).

Principales resultados:

• El aumento de la sustitución de flúor condujo a un menor nivel de HOMO, mejorando Voc.
• La sustitución de flúor suprimió tanto la recombinación de carga bimolecular como la de geminato, mejorando Jsc y FF.
• GIWAXS reveló una orientación de cristallita de polímero más cara con el aumento del contenido de flúor.
• R-SoXS indicó dominios de polímero/fullereno más grandes y puros, con una disminución de la miscibilidad de PCBM.

Conclusiones:

• La sustitución de flúor es una estrategia eficaz para mejorar el rendimiento de la OSC mediante la optimización de las propiedades electrónicas y morfológicas.
• El estudio explica el aumento de la eficiencia del 4% al 7% en los polímeros investigados.
• La sustitución del flúor debe ser una consideración clave en el futuro diseño de semiconductores de polímero de alto rendimiento para la electrónica orgánica.