La optimización molecular permite una eficiencia de más del 13% en las células solares orgánicas

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 basadas en silicio debido a su flexibilidad y bajo costo de fabricación.
• Los OSC tradicionales a menudo dependen de derivados de fullereno como aceptores de electrones, lo que puede limitar el rendimiento y la estabilidad.
• El desarrollo de aceptores no fullerenos es crucial para el avance de la tecnología OSC.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar nuevos materiales donantes de polímeros (PBDB-T-SF) y aceptores de moléculas pequeñas (IT-4F) para las OSC libres de fullereno.
• Investigar el impacto de la fluoración en las propiedades optoelectrónicas de estos nuevos materiales.
• Evaluar el rendimiento de los dispositivos OSC fabricados con estos nuevos materiales.

Principales métodos:

• Síntesis química del donante de polímeros PBDB-T-SF y del aceptador de moléculas pequeñas IT-4F.
• Caracterización de la absorción óptica, los niveles de energía (HOMO / LUMO) y las movilidades de los portadores de carga.
• Fabricación y pruebas de rendimiento de dispositivos de células solares orgánicas utilizando los materiales sintetizados.

Principales resultados:

• Se sintetizó con éxito el nuevo donante de polímero (PBDB-T-SF) y el aceptador de moléculas pequeñas (IT-4F).
• La fluoración influyó significativamente en los espectros de absorción, los niveles de energía y la movilidad de carga de los materiales.
• El dispositivo OSC basado en PBDB-T-SF:IT-4F logró una eficiencia de conversión de potencia récord del 13,1%.
• Se mantuvieron altas eficiencias superiores al 12% para espesores de dispositivos entre 100 y 200 nm.

Conclusiones:

• Los materiales desarrollados PBDB-T-SF e IT-4F representan un avance significativo en la tecnología OSC sin fullereno.
• El estudio demuestra la eficacia de la fluoración estratégica en la optimización de las propiedades del material para las células solares orgánicas de alto rendimiento.
• Estos hallazgos ponen de manifiesto el potencial de los COV libres de fullereno para aplicaciones energéticas prácticas y escalables.