Célula solar orgánica ternaria de alto rendimiento habilitada por una capa activa gruesa que contiene un donante de...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las células solares orgánicas ternales (OSC) ofrecen una mayor absorción de luz en comparación con los sistemas binarios.
• Los CSO ternários actuales a menudo utilizan capas activas delgadas (aprox. 100 nm), lo que limita la recolección de luz y dificulta la escalabilidad para la fabricación de rollo a rollo.
• La mejora de la morfología y el transporte de carga en las capas activas es crucial para que las OSC sean eficientes.

Objetivo del estudio:

• Mejorar la eficiencia y el grosor de la capa activa de las OSC ternales.
• Investigar el efecto de la incorporación de una molécula pequeña cristalina líquida nemática (BTR) en un sistema PTB7-Th:PC71BM.
• Mejorar la morfología, el transporte de carga y reducir la recombinación en los CSO ternales para una posible producción de rollo a rollo.

Principales métodos:

• Fabricación de células solares orgánicas ternaras utilizando un sistema binario PTB7-Th:PC71BM mezclado con benzoditiofeno tertiofeno rodanina (BTR).
• Caracterización de la morfología de la película de mezcla, incluida la distancia de apilamiento π-π, la longitud de coherencia y la pureza del dominio.
• Pruebas de rendimiento del dispositivo para evaluar la eficiencia, la separación de cargas, el transporte de cargas y la dinámica de recombinación.

Principales resultados:

• Se logró un OSC ternario de alta eficiencia con una eficiencia de conversión de energía del 11,40%.
• La adición de BTR mejoró la morfología de la película de mezcla, lo que llevó a una disminución de la distancia de apilamiento π-π, una mayor longitud de coherencia y una mayor pureza de dominio.
• Se observó una mayor separación de cargas, un transporte de cargas más rápido y una reducción de la recombinación bimolecular, lo que permite un rendimiento eficiente con capas activas más gruesas.

Conclusiones:

• La incorporación de donantes de moléculas pequeñas altamente cristalinas como BTR es una estrategia efectiva para mejorar el transporte de carga en los OSC ternales.
• La morfología mejorada y las características de transporte de carga permiten un mayor espesor de la capa activa, lo que hace que estos dispositivos sean más adecuados para la producción escalable de rollo a rollo.
• Este estudio demuestra un enfoque viable para superar las limitaciones de las capas activas delgadas en los CSO ternales actuales.