Modulación de Momentos Cuadrupolares Moleculares por Fluoración de Cadena Lateral Fenílica para Células Solares...

Área de la Ciencia:

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

Sus antecedentes:

• La generación de carga en estado de tierra (GSCG) es crucial para el rendimiento de la célula solar orgánica (OSC), influyendo en el comportamiento del portador fotogenerado y la eficiencia del dispositivo.
• Los niveles de energía de la trampa profunda pueden atrapar a los portadores fotogenerados, lo que afecta negativamente el rendimiento de la OSC.
• El diseño molecular juega un papel clave en el control de GSCG y la optimización de los niveles de energía dentro de las capas fotoactivas.

Objetivo del estudio:

• Investigar el efecto de las sustituciones de átomos de flúor en la cadena lateral BTA3 para modular las interacciones electrostáticas de carga-cuadrupolo y lograr una GSCG eficiente.
• Explorar la relación entre la estructura molecular, los niveles de energía (HOMO/LUMO) y el GSCG en el contexto del rendimiento de la OSC.
• Demostrar una estrategia molecular para el diseño de aceptores eficientes para OSC de alto rendimiento.

Principales métodos:

• Derivados sintetizados de BTA3 con un número variable de sustituciones de flúor (BTA3-8F, BTA3-16F).
• Cambios analizados en los niveles de energía del Orbital Molecular Ocupado Más Alto (HOMO) y del Orbital Molecular Desocupado Más Bajo (LUMO).
• Investigación de los momentos de carga cuadripolar y su influencia en las interacciones electrostáticas intermoleculares y GSCG.

Principales resultados:

• BTA3-16F exhibió un nivel de energía LUMO similar al BTA3, lo que contribuyó a un alto voltaje de circuito abierto (V_OC).
• La perfluoración en BTA3-16F dio lugar a un gran momento de carga cuádruple, promoviendo fuertes interacciones electrostáticas y una GSCG eficiente.
• El PTQ10/BTA3-16F logró un V_OC de 1.302 V y una eficiencia de conversión de potencia (PCE) del 11,14%.
• Las OSC ternales (PM6/L8-BO/BTA3-16F) alcanzaron una PCE del 19,82%, mostrando a BTA3-16F como una molécula huésped efectiva.

Conclusiones:

• La modulación de los momentos moleculares cuádrupolos a través de la sustitución de flúor es una estrategia eficaz para mejorar el GSCG en las células solares orgánicas.
• El GSCG eficiente tiene un impacto significativo en la disociación, la recombinación y el transporte de cargas, lo que mejora el rendimiento del dispositivo.
• El estudio destaca el papel crítico de las interacciones intermoleculares en la determinación de la eficiencia de la OSC y proporciona una vía para el diseño de materiales aceptores avanzados.