アルキルチオとフッ素を基にした非フルレンのポリマー太陽電池は,二次元結合ポリマーによる効率が9.5%に達する

科学分野:

• 材料科学
• オーガニック電子
• 太陽光発電

背景:

• 非フルレンポリマー太陽電池 (PSC) は,ITICのような新しい低帯域間隔有機半導体 (n-OS) で急速に進歩しています.
• 対応するポリマードナーの開発は,PSCの電力変換効率 (PCE) を高めるために不可欠です.
• 重要な課題は,補完的な吸収,最適な形態,エネルギー損失の削減です.

研究 の 目的:

• PSCのためのドナー材料として,新しい中間のバンドギャップ2D結合コポリマーを合成し,評価する.
• 異なる置換物質 (枝分かれアルキル,枝分かれアルキルチオ,線形アルキルチオ) が光電性能に与える影響を調査する.
• 高効率の非フルレンのポリマードナーを特定する.

主な方法:

• 3つのビチエニルベンゾディオフェンアルトフローロベンゾトリアゾール共ポリマー (J52,J60,J61) の合成
• 吸収,エネルギーレベル,結晶性を含むポリマーの特性.
• 合成されたポリマーをドナーとして,ITICを受容体として使用したPSC装置の製造と試験.

主要な成果:

• アルキルチオ側鎖は吸収を赤にシフトさせ,最も高い占有分子軌道 (HOMO) レベルを下げ,結晶性を改善した.
• 線形アルキルチオサイドチェーンを備えたポリマーJ61は優れた性能を示した.
• J61ベースのPSCは17.43mA/cm2のショート回路電流密度 (JSC),0.89Vのオープン回路電圧 (VOC),9.53%のPCEを達成した.

結論:

• J61の線形アルキルチオ置換剤は非フルレンのPSCの性能を大幅に高めます.
• J61は,非常に有望な中間のバンドギャップポリマードナー材料として特定されています.
• 達成された9.53%のPCEは,非フルレンのPSC技術における重要な進歩を表しています.