Célula solar de polímero intrínsecamente extensible de alto rendimiento con una eficiencia y extensibilidad récord...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Productos electrónicos orgánicos
• Química de los polímeros

Sus antecedentes:

• El desarrollo de células solares de polímero intrínsecamente estirables (IS-PSC) con alta eficiencia de conversión de energía (PCE) y durabilidad es esencial para la electrónica portátil.
• Los PSC actuales de alto rendimiento a menudo usan donantes de polímeros totalmente conjugados (P_D) y aceptores de moléculas pequeñas (SMA), pero lograr un alto rendimiento y durabilidad mecánica en P_D sin comprometer la conjugación sigue siendo un desafío.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar nuevos donantes de polímeros (P_D) para las CSI de alto rendimiento y durabilidad mecánica.
• Para investigar el impacto de una nueva cadena lateral de timina terminada con monómero de 6,7-difluoro-quinoxalina (Q-Thy) en el ensamblaje del polímero, la eficiencia del dispositivo y las propiedades mecánicas.

Principales métodos:

• Síntesis de un nuevo monómero Q-Thy y una serie de P_D totalmente conjugados (PM7-Thy5, PM7-Thy10, PM7-Thy20).
• Fabricación y caracterización de células solares poliméricas utilizando estos P_D mezclados con aceptores de moléculas pequeñas (SMA).
• Evaluación de la eficiencia de conversión de potencia (PCE) del dispositivo, la capacidad de estiramiento y la durabilidad mecánica bajo tensión.

Principales resultados:

• Las unidades Q-Thy permitieron un fuerte ensamblaje intermolecular P_D a través del enlace de hidrógeno, lo que condujo a PSC altamente eficientes y mecánicamente robustos.
• Una mezcla de PM7-Thy10:SMA logró una PCE superior al 17% en dispositivos rígidos y una excelente extensibilidad (valor de inicio de grietas > 13,5%).
• Los IS-PSC basados en PM7-Thy10 demostraron una PCE del 13,7% con una notable durabilidad mecánica, conservando el 80% de la PCE inicial después de un esfuerzo del 43%.

Conclusiones:

• El monómero Q-Thy diseñado y los P_D resultantes ofrecen una estrategia molecular prometedora para crear IS-PSC de alto rendimiento y durabilidad mecánica.
• Estos materiales muestran un potencial significativo para la comercialización en aplicaciones electrónicas portátiles exigentes.
• El estudio destaca la importancia del diseño molecular, específicamente el enlace de hidrógeno, para lograr semiconductores poliméricos multifuncionales.