Impacto de la Composición del Elastómero en el Rendimiento de Celdas Solares Orgánicas Endurecidas con Goma

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Electrónica Orgánica
• Ciencia de Polímeros

Sus antecedentes:

• Las celdas solares orgánicas (OSC) requieren una resiliencia mecánica mejorada para aplicaciones prácticas.
• Los elastómeros termoplásticos pueden mejorar las propiedades mecánicas de las capas activas de las OSC.
• Faltan pautas sistemáticas para la selección de elastómeros en las OSC.

Objetivo del estudio:

• Investigar cómo la estructura y composición del elastómero afectan la morfología de la capa activa de las OSC, la tenacidad a la fractura y el rendimiento.
• Proporcionar pautas para la selección e incorporación de elastómeros en las OSC.
• Optimizar las OSC tanto para la resiliencia mecánica como para la eficiencia de conversión de potencia (PCE).

Principales métodos:

• Comparación de elastómeros de estireno-etileno-butadieno-estireno (SEBS) y estireno-etileno-propileno-estireno (SEPS) con diferente peso molecular y contenido de estireno.
• Análisis morfológico mediante dispersión de rayos X blandos resonantes (RSoXS) y dispersión de rayos X de incidencia rasante en ángulo amplio (GIWAXS).
• Pruebas mecánicas para determinar la tenacidad a la fractura y evaluación del rendimiento optoelectrónico (PCE).

Principales resultados:

• La compliancia del elastómero, influenciada por el contenido de estireno y el tipo de bloque (EP vs. EB), es clave para la tenacidad a la fractura.
• El SEPS de bajo estireno con un bloque EP mostró una miscibilidad mejorada, minimizando la interrupción del empaquetamiento molecular y manteniendo la PCE.
• Una formulación óptima de 7.5% de SEPS de bajo estireno en una capa activa PM6/BTP-eC9 logró una alta energía de fractura (>3x) reteniendo ~95% de la PCE original.

Conclusiones:

• La selección del elastómero impacta significativamente el equilibrio entre la robustez mecánica y la PCE en las OSC.
• La reducción del contenido de estireno y el uso de bloques EP en los elastómeros mejoran las propiedades mecánicas.
• Se establecen pautas para la selección y carga de elastómeros para el desarrollo de OSC avanzadas endurecidas con goma.