n型半導体ナフタレンダイミド-ペリレンダイミド共ポリマー:結晶性,混合形態,高性能全ポリマー太陽電池との互換性を制御する

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:

• 大量ヘテロ結合 (BHJ) 太陽電池の性能を左右する要因の理解は限られている.
• 互換性,混合形態学,効率性は重要ですが,完全に理解されていません.
• ポリマーの構成要素の結晶性は,潜在的な重要な要因です.

研究 の 目的:

• BHJ太陽電池の性能における塊結晶性の役割を調査する.
• 調整可能な結晶性を持つ新しい半導体コポリマーを設計・合成する.
• コポリマー組成,結晶性,ブレンド形態学,光伏特性を相関させるため.

主な方法:

• ナフタレンダイミド (NDI) - セレノフェン/ペリレンダイミド (PDI) - セレノフェンのランダムコポリマー (xPDI) の合成.
• これらのコポリマーを電子受容体として使用したBHJ太陽電池の製造と特徴付け.
• 混合物の形態学,結晶性 (ドメインサイズ Lc を用いて) と光伏のパラメータ (PCE,Jsc,外部量子効率) の分析.

主要な成果:

• PBDTTT-CTドナーとペアされた参照NDI-セレノフェンコポリマーは,互換性のない混合物と低PCE (1.4%) をもたらしました.
• 最適な結晶度 (Lc = 5.11 nm) を有する30PDI共ポリマーにより,互換性のあるブレンドが得られ,太陽電池の性能が著しく向上した (PCE = 6.3%,Jsc = 18.6 mA/cm2).
• 30PDI:PBDTTT-CTデバイスの光伏パラメータは,以前の全ポリマー太陽電池記録,さらにはフルレンベースのセルを上回りました.

結論:

• ポリマー受容体の大量結晶性は,BHJ太陽電池の互換性,形態学,効率性を決定する重要な要因です.
• ランダムなコポリマーの分子設計は,結晶性を正確に制御することを可能にします.
• これらの発見は,パーソナライズされた分子設計を通じて,高性能の全ポリマー太陽電池の開発を可能にします.