フッ素置換剤は,ポリマー太陽電池における電荷再結合と駆動構造および形態学的発展を減少させます
Andrew C Stuart1, John R Tumbleston, Huaxing Zhou
1Department of Chemistry, University of North Carolina at Chapel Hill, Chapel Hill, North Carolina 27599-3290, United States.
Journal of the American Chemical Society
|January 8, 2013
まとめ
ポリマーのフッ素置換は,オープン回路の電圧と充填因子を改善することによって,有機太陽電池の性能を大幅に向上させます. これは,抑制された電荷再結合と最適化された形態によって達成され,より高い電力変換効率につながります.
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
- ポリマー化学のポリマー化学について
背景:
- 有機太陽電池 (OSC) は,有望な再生可能エネルギー技術です.
- ポリマーの特性を調節することは,OSCの効率を改善するために不可欠です.
- フッ素置換は,有機半導体の電子的および形態学的性質を変更するための一般的な戦略です.
研究 の 目的:
- OSCにおけるBnDT-DTBTベースのポリマーの性能に対するフッ素置換の影響を調査する.
- フッ素がオープン回路電圧 (Voc),ショート回路電流 (Jsc),充填因子 (FF) にどのように影響するかを理解する.
- 構造的および形態学的変化とデバイスの性能を相関させる.
主な方法:
- 構造的に同一でフッ素含有量が異なる3つのポリマーの合成 (0, 1 または 2 置換).
- これらのポリマーを使用した有機太陽電池の製造と特徴付け.
- 変光強度研究,放牧発生幅広角X線散射 (GIWAXS),小角X線散射 (R-SoXS) などのテクニックを用いたポリマーの特性分析.
主要な成果:
- フッ素置換の増加はHOMOレベルを下げ,Voc.を高めました.
- フッ素置換は,双分子とゲミナート電荷再結合の両方を抑制し,JscとFFを改善しました.
- GIWAXSは,フッ素含有量の増加とともに,より正面的なポリマー結晶石の方向性を明らかにしました.
- R-SoXSはより大きく,より純粋なポリマー/フルレレン領域を示し,PCBMの混合性が低下した.
結論:
- フッ素置換は,電子的および形態学的特性を最適化することによってOSCのパフォーマンスを向上させるための効果的な戦略です.
- この研究は,研究されたポリマーの効率が4%から7%に増加したことを説明しています.
- フッ素の置換は,有機電子機器のための高性能ポリマー半導体の将来の設計において重要な考慮事項であるべきです.
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