Células solares de alto rendimiento de todos los polímeros por efectos sinérgicos de cristalinidad afinada y recocido...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Los aceptores de polímeros están surgiendo como alternativas a los derivados de fullereno en las células solares de alto rendimiento de todos los polímeros (todas las PSC).
• El factor de llenado bajo (FF), a menudo por debajo de 0,65, es una limitación significativa en la eficiencia de todos los PSC, vinculada a la mala movilidad de la carga y la morfología de la película en las mezclas de polímero:polímero.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un método fácil para modular la cristalinidad de los aceptores de polímero a base de diimida de naftaleno (NDI).
• Mejorar el rendimiento de las células solares de todo polímero (PSC) mediante la optimización de la morfología de la mezcla de polímeros y las propiedades de transporte de carga.

Principales métodos:

• Sintetizó una serie de polímeros aleatorios (PNDI-Tx) reemplazando las unidades de tiofeno (2T) por unidades de tiofeno (T) en la columna vertebral N2200.
• Investigó la miscibilidad y la nanoestructura de PNDI-T10 con el polímero donante PTB7-Th.
• Se utiliza recocido con disolvente (SA) para mejorar la morfología de la película, la movilidad de la carga y reducir la recombinación.

Principales resultados:

• El aceptor PNDI-T10 mostró una buena miscibilidad con PTB7-Th, lo que condujo a una mezcla nanoestructurada que facilitó la disociación del excitón y el transporte de carga.
• El recocido con solvente aumentó significativamente las movilidades de orificios y electrones y suprimió la recombinación bimolecular.
• Las células solares PTB7-Th:PNDI-T10 alcanzaron una eficiencia de conversión de energía (PCE) del 7,6% y un factor de llenado (FF) del 0,71, una mejora significativa con respecto a las células PTB7-Th:N2200.

Conclusiones:

• El diseño racional de aceptores de polímero con cristalinidad afinada es crucial para las PCP de alto rendimiento.
• La estructura optimizada y la ingeniería morfológica de las mezclas de polímeros semicristalinos muestran un alto potencial para el avance de la tecnología de todo PSC.
• El factor de llenado récord (FF) de 0,71 pone de relieve la eficacia de la estrategia desarrollada.