Receptor de electrones de alto rendimiento con cadenas laterales de tieniles para energía fotovoltaica orgánica

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Productos electrónicos orgánicos
• Las instalaciones fotovoltaicas

Sus antecedentes:

• Las células solares orgánicas (OSC) ofrecen una alternativa prometedora a las fotovoltaicas tradicionales basadas en silicio debido a su flexibilidad y potencial de fabricación de bajo costo.
• El desarrollo de aceptores eficientes de no fullereno es crucial para avanzar en el rendimiento de la OSC.
• Los aceptores existentes a menudo se enfrentan a limitaciones en la afinación del nivel de energía y las propiedades de transporte de carga.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar un nuevo receptor de electrones de anillo fundido, ITIC-Th, para celdas solares orgánicas de alto rendimiento.
• Investigar el impacto de las cadenas laterales de tienila en las propiedades electrónicas y el rendimiento del aceptor.
• Evaluar la eficiencia de los CSO fabricados con ITIC-Th en conjunto con diferentes donantes de polímeros.

Principales métodos:

• Síntesis del aceptor de electrones de anillo fundido ITIC-Th.
• Caracterización de las propiedades electrónicas (niveles de energía HOMO/LUMO) y movilidad de electrones de ITIC-Th.
• Fabricación de células solares orgánicas utilizando ITIC-Th mezclado con donantes de polímero de banda estrecha y de banda ancha.
• Evaluación del rendimiento de los OSC fabricados, incluida la eficiencia de conversión de potencia (PCE).

Principales resultados:

• ITIC-Th exhibe niveles de energía más bajos (HOMO = -5.66 eV, LUMO = -3.93 eV) en comparación con su contraparte sustituida por fenilo (ITIC).
• Las cadenas laterales de tienila inducen un efecto σ-inductivo, lo que permite una mejor alineación del nivel de energía con los donantes de polímeros.
• ITIC-Th demuestra una movilidad de electrones significativamente mayor (6.1 × 10−4 cm2 V−1 s−1) que ITIC (2.6 × 10−4 cm2 V−1 s−1).
• Los OSC fabricados con ITIC-Th alcanzaron una eficiencia de conversión de energía del 9,6%.

Conclusiones:

• ITIC-Th es un eficiente receptor de electrones de anillo fundido para células solares orgánicas.
• El diseño que incorpora cadenas laterales de tienila mejora la movilidad de los electrones y facilita la coincidencia de los niveles de energía.
• La eficiencia alcanzada del 9,6% pone de relieve el potencial de ITIC-Th como aceptor de alto rendimiento sin fullereno, competitivo con los sistemas basados en fullereno.