Diseño molecular de receptores totalmente no fusionados para células fotovoltaicas orgánicas eficientes

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• Las unidades no fusionadas de tiofeno-benceno-tiofeno (TBT) ofrecen una vía hacia materiales fotovoltaicos orgánicos (OPV) de bajo costo.
• Los aceptadores actuales basados en TBT se enfrentan a limitaciones en la eficiencia de conversión de energía.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar nuevos receptores basados en TBT con un rendimiento mejorado.
• Investigar el impacto de la sustitución de la cadena lateral en las propiedades del aceptor TBT y la eficiencia del dispositivo OPV.

Principales métodos:

• Síntesis de tres aceptores basados en TBT con cadenas laterales con diferentes posiciones.
• Caracterización de la conformación molecular, el apilamiento π-π y la agregación en películas de mezcla.
• Fabricación y ensayo del rendimiento de los dispositivos OPV utilizando los aceptores sintetizados mezclados con el donante PBQx-TF.

Principales resultados:

• El TBT-13, con cadenas laterales ramificadas en posición α con un obstáculo estérico significativo, exhibió una conformación más plana y estable en comparación con el TBT-10 y el TBT-11.
• Las películas de mezcla TBT-13/PBQx-TF mostraron apilamiento y agregación π-π favorables, lo que condujo a una mayor transferencia de carga.
• La célula OPV basada en TBT-13 logró una eficiencia de conversión de energía récord del 16,1%, con mejoras notables en la densidad de corriente de cortocircuito y el factor de llenado.

Conclusiones:

• La ingeniería de la cadena lateral ramificada por posición, particularmente con la sustitución de la posición α, es una estrategia viable para mejorar el rendimiento de los aceptores OPV basados en TBT no fusionados.
• El receptor TBT-13 desarrollado representa un avance significativo para los materiales OPV de alto rendimiento y bajo costo.
• Este estudio proporciona un enfoque de diseño molecular práctico para el futuro desarrollo de materiales OPV.