Comprensión integral de la relación fluoración-rendimiento: los aceptores de tipo A-D-A con mejor rendimiento

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Electrónica Orgánica
• Fotovoltaica

Sus antecedentes:

• Los aceptores no fullerénicos (NFA) de tipo aceptor-donador-aceptor (A-D-A) son cruciales para las células solares orgánicas (OSC).
• Lograr una alta eficiencia de conversión de potencia (PCE) en aceptores A-D-A está limitado por la comprensión de cómo equilibrar la generación de carga y la pérdida de energía.
• La fluoración es una estrategia clave para ajustar las propiedades moleculares, pero su impacto en el rendimiento del aceptor A-D-A en OSC necesita una mayor investigación.

Objetivo del estudio:

• Investigar el efecto de la fluoración en las propiedades fotoeléctricas y de agregación de los NFA de tipo A-D-A.
• Elucidar el mecanismo detrás de la baja pérdida de energía y la generación eficiente de carga en aceptores fluorados de tipo A-D-A.
• Optimizar el diseño molecular para mejorar la PCE en OSC.

Principales métodos:

• Diseño y síntesis de una serie de aceptores de tipo A-D-A (ZITI-N-nF, n=2, 4, 6, 8) con grados variables de fluoración.
• Fabricación y caracterización de dispositivos OSC binarios y ternarios utilizando los aceptores sintetizados.
• Análisis de estados de transferencia de carga, pérdida de energía (E_loss) y recombinación no radiativa para comprender el rendimiento del dispositivo.

Principales resultados:

• El aceptor ZITI-N-6F demostró una reducción de la recombinación no radiativa, lo que llevó a una menor pérdida de energía.
• Los dispositivos basados en ZITI-N-6F lograron una PCE de 16,11% en OSC binarias y 17,09% en OSC ternarias.
• Se verificó una PCE certificada de 16,6% para OSC basadas en ZITI-N-6F, lo que representa la más alta reportada para NFA de tipo A-D-A.

Conclusiones:

• Ajustar el estado de transferencia de carga mediante fluoración estratégica es eficaz para reducir la pérdida de energía y mejorar la generación de carga en NFA de tipo A-D-A.
• La molécula ZITI-N-6F representa un avance significativo en el diseño de NFA de tipo A-D-A para OSC de alto rendimiento.
• Este estudio proporciona información valiosa sobre las relaciones estructura-propiedad que rigen el rendimiento fotovoltaico en NFA fluorados.