オーガニック太陽電池のための"超飽和"自己組み立ての電荷選択インターフェイス層

科学分野:

• オーガニック・エレクトロニクス
• マテリアルサイエンス 材料科学
• フォトボルトイカは,太陽光発電です.

背景:

• 有機光伏 (OPV) セルには,最適な電荷抽出のために効率的なインターフェイス層 (IFL) が必要です.
• 亜鉛添加インジウム酸化物 (ITO) は,OPVにおける一般的なアノド材料ですが,その表面特性によりデバイスの性能が制限されます.
• 密度の高い電荷選択型IFLを実現することは,OPVの効率化に不可欠です.

研究 の 目的:

• OPVのITOアノドのための新しいオルガノシランベースのインターフェイス層 (IFL) を合成し,特徴づけること.
• IFLのパッキング密度と特性に対する"過飽和"異質自己組み立てモノレイヤー (SHSAM) の影響を調査する.
• これらの新しいSHSAM IFLを使用したOPVデバイスの性能向上を評価する.

主な方法:

• Ar2N-(CH2) n-SiCl3 オーガノシランの前駆者の合成と特徴付け.
• 異質な自己組み立てモノレイヤ (SAM) の堆積は,鎖の長さが異なる前体 (n=3,6,10,18) の共堆積による.
• 接触角度,X線反射性,X線光電子スペクトロスコピー (XPS),紫外線光電子スペクトロスコピー (UPS),サイクル電圧測定,DFT計算を用いた特徴付け.
• SHSAM IFLを使用したバルクヘテロジャンクションOPV装置 (PTB7:PC71BM) の製造と試験.

主要な成果:

• SHSAMは,均質なSAMと比較して最大17%高いヘッドグループ密度を達成しました.
• IFLの特性が大幅に変更され,作業機能は最大16%増加し,面積二極モメントは最大49%増加しました.
• SHSAM IFLを搭載したOPVデバイスは,電力変換効率 (PCE) が54%増加し,オープン回路電圧 (Voc) が35%増加しました.

結論:

• 開発されたSHSAMは,OPVにおけるインターフェイスチャージの選択性と収集を効果的に強化しています.
• 性能の向上は,SHSAMによって誘発された有利なバンド曲折と変化したショットキーバリアの高さによるものである.
• SHSAM IFLは,従来のPEDOT:PSSに有望な代替品を提供し,競争力のあるまたは優れたOPV性能を達成します.