ディケトピロロピロロールベースのポリマー太陽電池における繊維幅と量子効率の普遍的相関

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:

• ディケトピロロピロロール (DPP) 基の結合ポリマーは,有機太陽電池のための有望な材料です.
• 活性層の形態は,デバイスの性能に大きな影響を与えます.
• 微細構造と効率の関係を理解することは,有機光伏装置の最適化に不可欠です.

研究 の 目的:

• DPPベースのポリマー太陽電池における繊維微構造と外部量子効率 (EQE) の間の直接的な相関を確立する.
• ポリマーのサイドチェーンとブレンド形態が充電生成にどのように影響するかを調査する.
• 太陽電池の性能を最大化するために最適な線維の幅を決定する.

主な方法:

• 6つのDPPベースの結合ポリマーを合成し,電子が豊富なセグメントと2'-デシルテトラデシル (DT) サイドチェーンが異なる.
• DT-DPPポリマーと[6,6]-フェニル-C71-バテリック酸メチルエステル ([70]PCBM) を受容体として使用した大量ヘテロ結合太陽電池の製造.
• 繊維の幅を決定するために,伝送電子顕微鏡 (TEM) を使用してブレンド形態の特徴付け.
• 製造された太陽電池の外部量子効率 (EQE) と電力変換効率 (PCE) の測定.

主要な成果:

• DT-DPP:[70]PCBM混合物における繊維の幅とEQEの間の明確な相関が観察されました.
• 最高のEQE (最大60%) とPCE (7.1%) は,12nm以下の繊維幅で達成されました.
• エクシトンの拡散が限られているため,より広い繊維 (>12 nm) の混合物ではEQEが有意に低下しました.
• 繊維の幅は,ポリマーの溶解性と正反対に相関することが判明し,溶解性の低いポリマーはより狭い繊維を生成します.

結論:

• 混合物の繊維の幅は,DPPベースの有機太陽電池の充電生成効率を決定する重要なパラメータです.
• 繊維の幅とEQEの間の普遍的な関係は,この材料のクラスで存在し,形態学の制御が鍵であることを示唆しています.
• ポリマーの溶解性を最適化することは,狭い繊維状の微細構造と高性能の有機太陽電池の実現に不可欠です.