Las capas interfaciales autoensambladas "supersaturadas" selectivas de carga para las células solares orgánicas

Área de la Ciencia:

• La electrónica orgánica es la electrónica orgánica.
• Ciencia de los materiales ciencia de los materiales.
• La energía fotovoltaica es fotovoltaica.

Sus antecedentes:

• Las células orgánicas fotovoltaicas (OPV) requieren capas interfaciales eficientes (IFL) para una extracción óptima de la carga.
• El óxido de indio dopado con estaño (ITO) es un material de ánodo común en los OPV, pero sus propiedades superficiales pueden limitar el rendimiento del dispositivo.
• Lograr IFLs densamente empacados y selectivos de carga es crucial para mejorar la eficiencia de OPV.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar y caracterizar nuevas capas interfaciales basadas en organosilano (IFL) para ánodos ITO en OPVs.
• Investigar el impacto de las monocapas autoensambladas heterogéneas "sobre-saturadas" (SHSAM) en la densidad y propiedades de embalaje de IFL.
• Evaluar la mejora del rendimiento de los dispositivos OPV que utilizan estos nuevos IFL SHSAM.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización de los precursores del organosilano Ar2N-(CH2) n-SiCl3.
• Deposición de monocapas heterogéneas autoensambladas (SAM) por co-deposición de precursores con diferentes longitudes de cadena (n = 3, 6, 10, 18).
• Caracterización mediante el ángulo de contacto, la reflectividad de rayos X, la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS), la espectroscopia de fotoelectrones ultravioleta (UPS), la voltametría cíclica y el cálculo DFT.
• Fabricación y prueba de dispositivos OPV de heterounión a granel (PTB7: PC71BM) con IFL de SHSAM.

Principales resultados:

• Los SHSAM lograron hasta un 17% más de densidades de grupos de cabeza en comparación con los SAM homogéneos.
• Las propiedades de IFL se modificaron significativamente, con la función de trabajo aumentada hasta en un 16% y el momento dipolar de área hasta en un 49%.
• Los dispositivos OPV con SHSAM IFL mostraron un aumento del 54% en la eficiencia de conversión de potencia (PCE) y un aumento del 35% en el voltaje de circuito abierto (Voc).

Conclusiones:

• Los SHSAM desarrollados mejoran efectivamente la selectividad de carga interfacial y la recolección en OPVs.
• El rendimiento mejorado se atribuye a la flexión favorable de la banda y la altura alterada de la barrera de Schottky inducida por los SHSAM.
• Los IFL SHSAM ofrecen una alternativa prometedora a los PEDOT:PSS convencionales, logrando un rendimiento OPV competitivo o superior.