Correlación universal entre el ancho de las fibrillas y la eficiencia cuántica en las células solares poliméricas...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Electrónica orgánica y electrónica orgánica.
• La energía fotovoltaica es fotovoltaica.

Sus antecedentes:

• Los polímeros conjugados basados en dicetopirrolopirrol (DPP) son materiales prometedores para las células solares orgánicas.
• La morfología de la capa activa influye significativamente en el rendimiento del dispositivo.
• Comprender la relación entre la microestructura y la eficiencia es crucial para optimizar los dispositivos fotovoltaicos orgánicos.

Objetivo del estudio:

• Establecer una correlación directa entre la microestructura fibrilar y la eficiencia cuántica externa (EQE) en las células solares poliméricas basadas en DPP.
• Para investigar cómo las cadenas laterales del polímero y la morfología de la mezcla afectan la generación de carga.
• Para determinar el ancho óptimo de las fibrillas para maximizar el rendimiento de las células solares.

Principales métodos:

• Síntesis de seis polímeros conjugados basados en DPP con diferentes segmentos ricos en electrones y cadenas laterales de 2'-decyltetradecyl (DT).
• Fabricación de células solares de heterounión a granel utilizando polímeros DT-DPP y [6,6]-fenil-C71-ester metílico de ácido butírico ([70]PCBM) como aceptor.
• Caracterización de la morfología de la mezcla utilizando microscopía electrónica de transmisión (TEM) para determinar los anchos de las fibrillas.
• Medición de las eficiencias cuánticas externas (EQE) y las eficiencias de conversión de potencia (PCE) para las células solares fabricadas.

Principales resultados:

• Se observó una clara correlación entre el ancho de las fibrillas y la EQE en mezclas DT-DPP:[70]PCBM.
• Los EQE más altos (hasta el 60%) y los PCE (7,1%) se lograron con anchos de fibrillas por debajo de 12 nm.
• La EQE disminuyó significativamente para las mezclas con fibrillas más anchas (>12 nm) debido a la difusión limitada del excitón.
• Se descubrió que el ancho de las fibrillas está inversamente correlacionado con la solubilidad del polímero, ya que los polímeros menos solubles producen fibrillas más estrechas.

Conclusiones:

• El ancho de las fibrillas en la mezcla es un parámetro crítico que determina la eficiencia de generación de carga en las células solares orgánicas basadas en DPP.
• Existe una relación universal entre el ancho de las fibrillas y el EQE para esta clase de materiales, lo que sugiere que el control de la morfología es clave.
• La optimización de la solubilidad del polímero es esencial para lograr microestructuras fibrilares estrechas y células solares orgánicas de alto rendimiento.