Diseño molecular de emisión inducida por agregación para mitigar la pérdida de energía no radiativa en células...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los Materiales
• Electrónica Orgánica
• Fotovoltaica

Sus antecedentes:

• La pérdida de energía no radiativa limita el voltaje de circuito abierto (V_OC) y la eficiencia en las células solares orgánicas (OSC).
• El apagamiento por agregación (ACQ) es un contribuyente importante a la pérdida de energía en los dispositivos OSC de estado sólido.
• El desarrollo de estrategias para mejorar el rendimiento cuántico de la fotoluminiscencia (PLQY) en estado sólido es crucial para mejorar el rendimiento de las OSC.

Objetivo del estudio:

• Introducir una estrategia de diseño molecular que utiliza la emisión inducida por agregación (AIE) para suprimir ACQ y mejorar PLQY en OSC.
• Mitigar las pérdidas por recombinación no radiativa y mejorar el V_OC de las células solares orgánicas.
• Establecer el diseño molecular AIE como un enfoque eficaz para las OSC de próxima generación.

Principales métodos:

• Se incorporó un motivo prototípico de AIE, tetrafeniletileno (TPE), en el grupo terminal de un aceptor no fullereno de la serie Y para crear dTPE.
• Se investigaron las propiedades de fotoluminiscencia de dTPE, incluido el PLQY en estado sólido y la eficiencia cuántica externa de electroluminiscencia.
• Se fabricaron y caracterizaron dispositivos de células solares orgánicas utilizando mezclas de D18:dTPE y D18:L8BO-C4 para evaluar V_OC y la pérdida de voltaje no radiativa.

Principales resultados:

• El nuevo aceptor dTPE exhibió características distintas de AIE y una mejora de tres veces en PLQY en estado sólido en comparación con L8BO-C4.
• La eficiencia cuántica externa de electroluminiscencia de dTPE fue más de un orden de magnitud mayor que la de D18:L8BO-C4.
• El dispositivo D18:dTPE logró una pérdida de recombinación no radiativa notablemente baja de 0,130 eV, una pérdida de voltaje no radiativa de 0,190 eV y un V_OC sin precedentes de 0,93 V, lo que condujo a una eficiencia del 20,5%.

Conclusiones:

• El diseño molecular que aprovecha la AIE es una estrategia eficaz para superar las limitaciones intrínsecas de los aceptores de la serie Y en las OSC.
• Este enfoque mitiga significativamente la pérdida de energía no radiativa, lo que conduce a un V_OC récord para OSC de alta eficiencia.
• Los hallazgos proporcionan principios rectores para el diseño de OSC de próxima generación con rendimiento mejorado y pérdidas de energía reducidas.