Efectos de la fluoración en el empaquetado y la estructura electrónica del receptor de indacenodiotienofeno, la...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Los aceptores de no fullereno basados en indacenodietienotiofeno (IDTT), ejemplificados por ITIC, son cruciales para las células solares poliméricas de heterounión a granel (BHJ) de alta eficiencia (PSC).
• Comprender el impacto del diseño molecular, específicamente la fluoración del grupo final, es clave para optimizar el rendimiento de los NFA.

Objetivo del estudio:

• Investigar sistemáticamente cómo la variación de la densidad y la posición de la fluoración del grupo final en los derivados ITIC (ITIC-nF) afecta a sus propiedades y rendimiento fotovoltaico.
• Para aclarar la relación entre la estructura molecular, el embalaje en estado sólido, las propiedades electrónicas y el transporte de carga en estos NFA.
• Identificar y caracterizar cualquier proceso en la fase de solución que pueda influir en la estabilidad y el rendimiento de los NFA basados en IDTT.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización de una serie de variantes de ITIC (ITIC-nF, n=0, 2, 3, 4, 6).
• Medición de las propiedades fisicoquímicas, incluidos el intervalo de banda óptica y los niveles de energía (LUMO).
• Difracción de rayos X de un solo cristal para determinar el empaque molecular.
• Estudios computacionales (ZINDO, B3LYP/DZP) para el cálculo de las energías de acoplamiento y reorganización electrónica.
• Fabricación y ensayo de PSC de BHJ utilizando variantes de ITIC-nF mezcladas con PBDB-TF.
• Investigación de la redistribución del grupo final de la fase de solución utilizando técnicas espectroscópicas y analíticas.

Principales resultados:

• El aumento de la fluoración (n) en ITIC-nF reduce la brecha de banda óptica y mejora la densidad de corriente de cortocircuito, con ITIC-6F logrando la mayor eficiencia de conversión de potencia (PCE) cercana al 12%.
• El análisis de un solo cristal de ITIC-6F reveló un apilamiento cercano de π-π (3,28 Å), un acoplamiento electrónico favorable (57 meV) y una baja energía de reorganización (147 meV), superando a los aceptores de fullereno.
• Se observó una correlación positiva entre la fluoración, la movilidad limitada de la carga espacial de los electrones y la PCE.
• Se identificó y caracterizó una redistribución de la fase de solución no reconocida previamente de los grupos finales en NFA basados en IDTT.

Conclusiones:

• La fluoración del grupo final es una estrategia poderosa para ajustar las propiedades electrónicas y ópticas de los NFA basados en IDTT, lo que conduce a mejoras significativas en el rendimiento de PSC.
• El empaque molecular y las propiedades electrónicas de los derivados de ITIC-nF son altamente sensibles a la fluoración, lo que permite un transporte eficiente de cargas.
• El proceso de redistribución de grupos finales identificado tiene implicaciones críticas para el procesamiento, la estabilidad y el rendimiento a largo plazo de las PSC basadas en ITIC.