Un receptor de banda ancha con grandes valores de constante dieléctrica y alto potencial electrostático para células...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Productos fotovoltaicos orgánicos
• Física de los semiconductores

Sus antecedentes:

• Los materiales de baja brecha de banda tienen eficiencias de conversión de energía orgánica fotovoltaica (OPV).
• El desarrollo de aceptores no fullerenos de banda ancha (WBG-NFAs) para aplicaciones en interiores y células en tándem se ha quedado atrás de los avances de OPV.
• La eficiencia de las WBG-NFA es crucial para la expansión de las aplicaciones de OPV.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar nuevos WBG-NFAs para mejorar el rendimiento de OPV.
• Investigar las propiedades de nuevos NFA, específicamente TIDC-Cl, para mejorar la generación de carga y la eficiencia del dispositivo.
• Explorar el potencial del TIDC-Cl en dispositivos OPV de una sola unión y en tándem.

Principales métodos:

• Síntesis química de dos nuevos aceptores no fullerenos, el ITCC-Cl y el TIDC-Cl, mediante la optimización del ITCC.
• Caracterización de las propiedades electrónicas y ópticas de los NFA sintetizados.
• Fabricación y ensayo de dispositivos fotovoltaicos orgánicos utilizando los NFA sintetizados mezclados con un material donante (PB2).
• Evaluación del rendimiento en condiciones de iluminación estándar (AM 1,5G) y de interior (500 lux, 2700 K LED).
• Fabricación y ensayo de las celdas tandem OPV que incorporan TIDC-Cl, apoyadas por simulaciones teóricas.

Principales resultados:

• TIDC-Cl demostró una brecha de banda más amplia y un potencial electrostático más alto en comparación con ITCC e ITCC-Cl.
• El TIDC-Cl mezclado con PB2 logró la mayor constante dieléctrica en las películas, facilitando la generación eficiente de carga.
• Una célula PB2:TIDC-Cl de una sola unión alcanzó un PCE alto del 13,8% con un factor de llenado excelente del 78,2% bajo AM 1.5G.
• El sistema PB2:TIDC-Cl logró un PCE significativo del 27,1% en condiciones de iluminación interior (500 lux, 2700 K LED).
• Una célula tandem de OPV que utilizaba TIDC-Cl exhibió un excelente PCE del 20,0%.

Conclusiones:

• El TIDC-Cl diseñado es un WBG-NFA prometedor para OPV de alto rendimiento.
• El TIDC-Cl permite una generación de carga eficiente y altas PCE tanto en aplicaciones estándar como en aplicaciones de OPV en interiores.
• La fabricación exitosa de una célula tándem de 20,0% PCE destaca el potencial de TIDC-Cl en arquitecturas avanzadas de OPV.