Determinación de la función del peso molecular del polímero para las células solares de alto rendimiento de todos los...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• El peso molecular influye críticamente en las propiedades del polímero conjugado como el comportamiento eléctrico, la morfología y la solubilidad.
• Los polímeros conjugados son componentes clave en los dispositivos electrónicos orgánicos, incluidas las células solares de todos los polímeros (PSC).

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar e investigar una serie de polímeros semicristalinos poli [2,5-bis-hexildeciloxifenileno) -alt- 5,6-difluoro-4,7-di-tiofen-2-ilbenzo [c][1,2,5]tiadiazol] (PPDT2FBT) con pesos moleculares promedio de número variable (Mn)).
• Para evaluar el impacto del peso molecular PPDT2FBT en las propiedades estructurales, morfológicas, eléctricas y fotovoltaicas en todas las PSC utilizando un aceptor P(NDI2OD-T2).
• Comprender cómo el ajuste del peso molecular afecta la agregación de polímeros y la morfología de la heterounión masiva en todas las PSC.

Principales métodos:

• Síntesis de polímeros PPDT2FBT con pesos moleculares promedio de número controlado (M(n): 12 kg/mol (PPDT2FBT(L)), 24 kg/mol (PPDT2FBT(M) y 40 kg/mol (PPDT2FBT(H)).
• Fabricación y caracterización de células solares de todos los polímeros (todas las PSC) utilizando PPDT2FBT como el donante de electrones y P(NDI2OD-T2) como el aceptador de electrones.
• Análisis morfológico y estructural utilizando dispersión de rayos X incidentes de pastoreo (GIXS) y dispersión de rayos X blandos resonantes (RSoXS).
• Mediciones de propiedades eléctricas, incluyendo agujeros y movilidades de electrones.
• Evaluación del rendimiento fotovoltaico para determinar la eficiencia de conversión de potencia (PCE).

Principales resultados:

• El ajuste de la M(n) de PPDT2FBT alteró significativamente el comportamiento de agregación de polímeros y la morfología de heterounión masiva de todas las PSC.
• Más alto M(n) PPDT2FBT(H) promovió una orientación favorable "cara a cara" en las películas de mezcla, suprimió el crecimiento excesivo del dominio cristalino y mejoró la mezcla molecular con el aceptor P(NDI2OD-T2).
• Todos los PSC optimizados que utilizan PPDT2FBT(H) exhibieron movilidades de electrones y agujeros sustancialmente más altas en comparación con los dispositivos con PPDT2FBT(L).
• Las células solares totalmente optimizadas lograron una eficiencia de conversión de energía superior al 5%, un rendimiento notable para esta clase de células solares.

Conclusiones:

• El peso molecular promedio numérico de PPDT2FBT es un parámetro crítico para controlar la morfología y optimizar el rendimiento en las células solares de todos los polímeros.
• Lograr un equilibrio en el peso molecular es esencial para la morfología favorable de la película, la mezcla molecular y el transporte eficiente de cargas.
• El estudio demuestra un camino hacia todas las PSC de alto rendimiento a través del control preciso del peso molecular del polímero donante, alcanzando eficiencias de más del 5%.