9.73% Eficiencia Células solares de moléculas pequeñas orgánicas con donante y receptor complementarios de absorción

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las células solares poliméricas (PSC) con semiconductores orgánicos de tipo n (n-OS) como aceptores han avanzado rápidamente.
• Las células solares orgánicas no fullerenas (OSC) que utilizan donantes de moléculas pequeñas y aceptores de n-OS se han quedado rezagadas en el progreso de la investigación.

Objetivo del estudio:

• Sintetizar y evaluar un nuevo donante de moléculas pequeñas orgánicas (H11) estructurado por medio de banda D-A para los OSC no fullerenos.
• Investigar el impacto de las cadenas laterales conjugadas de tiofeno en el rendimiento fotovoltaico de los semiconductores orgánicos de tipo p (p-OS).

Principales métodos:

• Síntesis de H11 (donante de bitionil-benzoditiofeno, aceptor de fluorobenzotriazol) y de la molécula de control H12.
• Fabricación y caracterización de todas las OSC de moléculas pequeñas utilizando H11 como donante e IDIC como aceptor.
• Análisis de las propiedades del material, incluida la absorción, los niveles de energía, la movilidad y la morfología de la película utilizando técnicas como los parámetros de solubilidad de Hansen y la calorimetría de barrido diferencial.

Principales resultados:

• Se logró una eficiencia de conversión de potencia (PCE) del 9,73% para todas las OSC de moléculas pequeñas con donante de H11 y aceptor de IDIC.
• El H11 exhibió una absorción intensa, un bajo nivel de energía HOMO, una mayor movilidad de orificios y un empaque de cristalitos bimodal ordenado en comparación con el H12.
• Las mezclas H11 mostraron un parámetro de interacción más grande (χ).

Conclusiones:

• Los p-OS conjugados 2D basados en fluorobenzotriazol son prometedores donantes de brecha de banda media para los OSC no fullerenos.
• Las cadenas laterales conjugadas con tiofeno mejoran significativamente el rendimiento fotovoltaico de los p-OS.
• El material donante H11 desarrollado contribuye al estado de la técnica PCE en todas las pequeñas moléculas OSC no fullerenas.