Cristalografía, morfología, estructura electrónica y transporte en polímero no fullereno/no indacenotienofeno: células solares Y6

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Energía renovable
• Productos electrónicos orgánicos

Sus antecedentes:

• Los aceptores de no fullereno (NFAs) son cruciales para las células solares de heterounión masiva (BHJ) de alto rendimiento.
• El recocido térmico es un método común para mejorar la morfología de la BHJ y la eficiencia del dispositivo.
• Los mecanismos microscópicos detrás de las mejoras inducidas por el recocido en los NFA no se comprenden completamente.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar los mecanismos microscópicos de los efectos de recocido térmico en las células solares PBDB-TF:Y6 BHJ.
• Investigar cómo el recocido impacta la morfología, el transporte de carga y la dinámica de recombinación.
• Para correlacionar los cambios morfológicos con las mejoras de rendimiento del dispositivo.

Principales métodos:

• Caracterización sistemática utilizando técnicas como SCLC, GIXRD, AFM, XPS, NEXAFS, R-SoXS, TEM, STEM, espectroscopia de fs/ns TA, 2DES y espectroscopia de impedancia.
• Difracción de rayos X de un solo cristal para determinar el empaque y la orientación molecular.
• Análisis de la teoría funcional de la densidad (DFT) para las propiedades electrónicas.

Principales resultados:

• El recocido optimizado aumentó la eficiencia de conversión de potencia (PCE) del 14% al 15%.
• El recocido facilitó la migración de Y6 a la superficie de la película, alteró la separación de fase vertical y redujo la rugosidad de la superficie.
• A pesar del aumento de la recombinación bimolecular, el recocido duplicó la movilidad del electrón y del agujero, con el aumento de la movilidad del agujero que dominaba la mejora de la PCE.

Conclusiones:

• El recocido térmico mejora significativamente el rendimiento de las células solares NFA principalmente al aumentar la movilidad del portador de carga.
• Los cambios morfológicos, no las alteraciones de cristalinidad, son la clave para las mejoras inducidas por el recocido.
• La comprensión de estos mecanismos proporciona información para el diseño de futuros materiales NFA de alta eficiencia.