太陽電池の効率,自己組み立て,および同型狭帯間ギャップ分子の二極二極相互作用
Christopher J Takacs1, Yanming Sun, Gregory C Welch
1Center for Polymers and Organic Solids, Department of Chemistry & Biochemistry, University of California, Santa Barbara, California 93106, USA.
Journal of the American Chemical Society
|September 7, 2012
まとめ
分子構造は有機太陽電池の性能に大きく影響する. 特定の電子受容体 (PT) を備えた対称的な分子設計は,秩序のないBTベースの分子とは異なり,秩序のあるフィルムとより高いパワー変換効率 (PCE) を促進します.
科学分野:
- マテリアルサイエンス 材料科学
- オーガニック・エレクトロニクス
- フォトボルトイカは,太陽光発電です.
背景:
- 溶液処理可能な有機分子は,費用対効果の高い太陽電池製造に不可欠です.
- ダイポールモメントと構造安定性を含む分子設計は,材料の自己組み立てとデバイスの性能に影響します.
- ドナー-受容体 (D-A) 構造を持つ電荷伝送染色体 (chromophores) は,有機光伏の重要な構成要素である.
研究 の 目的:
- 分子構造 (二極数,形状) と,D(1) -A-D-A-D(1) 染色体の自己組み立ておよび太陽電池性能の間の相関を調査する.
- 異なる電子欠乏受容体単位 (2,1,3-ベンゾチアジアゾール (BT) と[1,2,5]チアジアゾール[3,4-c]ピリジン (PT)) の分子秩序と光伏特性に対する影響を比較する.
- 薄膜形態学と電力変換効率 (PCE) に対する受容体地域化学と対称性の影響を評価する.
主な方法:
- 溶液処理可能な同型D(1) -A-D-A-D(1) 分子の合成と特徴付け.
- 光学特性を分析するための紫外線可視光譜法.
- フィールドエフェクトトランジスタ (FET) と太陽電池デバイスの製造と試験.
- 牧草事件広角X線散射 (GIWAXS) と薄膜形態分析のための伝送電子顕微鏡 (TEM).
- フラーレンの派生体PC71BM.Blendの研究は,フラーレンの派生体PC71BM.Blendの研究とされています.
主要な成果:
- シンメトリックなPTを含む化合物 (1と2) は,1,8-ダイオドオクタンで加工すると,ドナー結晶石の大きさが15~35nmの高度に秩序付けられた混合薄膜を形成した.
- これらの対称PT化合物は,7.0%および5.6%の最高電力変換効率 (PCE) を達成しました.
- 非対称なPT化合物 (3) はPCEの値を下げられた (3.2%),BTベースの化合物 (4) はフィルムが乱れ,PCEの値が非常に低い (<0.2%) を示した.
結論:
- アクセプターユニットの指向と電子的性質は,D-A-D-A-D染色体における分子自己組み立てと薄膜配列を強く影響する.
- PT受容体を組み込んだ対称的な分子デザインは,強化された分子パッキングと改善された光伏性能を促進します.
- 受容体の選択と方向性から生じる二極電流と幾何学的な要因は,有機太陽電池の効率を最適化するために重要である.
