精密調整された結晶性と溶媒による共効果による高性能全ポリマー太陽電池

科学分野:

• 材料科学
• オーガニック電子
• 太陽光発電

背景:

• 高性能の全ポリマー太陽電池 (全PSC) でフラーレン誘導体の代替品としてポリマー受容体が登場しています.
• 低充填因数 (FF) は,しばしば0.65以下であり,ポリマー:ポリマー混合物における負荷の移動性と膜形態の低下に関連して,全PSC効率の重要な制限である.

研究 の 目的:

• ナフタリン二酸化物 (NDI) ベースのポリマー受容体の結晶性を調節するための簡単な方法を開発する.
• ポリマーブレンドの形態と充電輸送特性を最適化することで,全ポリマー太陽電池 (全PSC) の性能を向上させる.

主な方法:

• N2200のバックボーンでビチオフェン (2T) 単位を単一のチオフェン (T) 単位に置き換えることで,一連のランダムなポリマー (PNDI-Tx) を合成した.
• PNDI-T10とドナーポリマー PTB7-Thの混合性とナノ構造を調査した.
• 膜の形状を改善し,電荷の移動性を改善し,再結合を減らすために溶媒アニリング (SA) を使用した.

主要な成果:

• PNDI-T10受容体はPTB7-Thと良好な混合性を示し,エクシトン解離と電荷輸送を容易にしたナノ構造の混合物をもたらした.
• 溶媒の解熱により,穴と電子の移動性が著しく増加し,二分子再結合が抑制されました.
• PTB7-Th:PNDI-T10の太陽電池は,電力変換効率 (PCE) が7.6%で,充填因数 (FF) は0.71で,PTB7-Th:N2200の電池よりも大幅に改善されました.

結論:

• 精密調整された結晶性を持つポリマー受容体の合理的な設計は,高性能の全PSCにとって極めて重要です.
• 半結晶ポリマー:ポリマーブレンドの最適化された構造と形態工学は,全PSC技術の進歩に高い可能性を示しています.
• 0.71の記録的な充填率 (FF) は,開発された戦略の有効性を強調しています.