El rendimiento de las células solares de todos los polímeros se optimiza mediante el ajuste sistemático del peso...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química de los polímeros
• Energía renovable

Sus antecedentes:

• Las células solares de todo polímero (APSC) ofrecen un potencial para aplicaciones fotovoltaicas flexibles y de bajo costo.
• La morfología de la capa fotoactiva tiene un impacto significativo en el rendimiento de APSC.
• El control de las propiedades del polímero, como el peso molecular, es clave para optimizar la morfología.

Objetivo del estudio:

• Investigar la influencia del peso molecular promedio numérico (Mn) en la morfología de la película de mezcla y el rendimiento fotovoltaico de las APSC.
• Comprender cómo la variación de Mn de los polímeros donantes (PTPD3T) y aceptadores (N2200) afecta la separación de fases y las características del dispositivo.
• Identificar los rangos óptimos de Mn para maximizar la eficiencia de la conversión de energía APSC (PCE).

Principales métodos:

• Síntesis de polímeros conjugados (PTPD3T y N2200) con peso molecular promedio ajustable (Mn).
• Fabricación de dispositivos APSC utilizando mezclas de polímeros con una variedad sistemática de Mn.
• Caracterización de la morfología de la película de mezcla utilizando técnicas experimentales y modelado de grano grueso.
• Evaluación del rendimiento fotovoltaico, incluida la densidad de corriente de cortocircuito (Jsc), el factor de llenado (FF) y la PCE.

Principales resultados:

• El aumento de Mn tanto para los polímeros donantes como para los aceptadores redujo el tamaño de los dominios y aumentó las áreas interfaciales, impulsando el Jsc.
• El Mn más alto condujo a un aumento del desorden y la recombinación del portador de carga, reduciendo el FF.
• Las capas fotoactivas optimizadas con Mns intermedio lograron una mejora de 2 veces en PCE en comparación con los dispositivos no óptimos.
• Una estrategia de optimización bidimensional de Mn identificó un "punto dulce" de PCE en Mns intermedio para ambos polímeros.

Conclusiones:

• El ajuste preciso tanto del polímero donante como del aceptador Mn es crítico para optimizar el rendimiento de APSC.
• El rendimiento óptimo de APSC se alcanza en Mns intermedio, contrariamente a los hallazgos que sugieren que el Mn más alto es el mejor.
• Este estudio proporciona vías sintéticas para controlar el Mn y enfatiza su importancia para el desarrollo de APSC.