インダセノディチエノチオフェンの受容体包装と電子構造,エンドグループ再分配,太陽電池の光伏反応に対する化効果
Thomas J Aldrich, Micaela Matta, Weigang Zhu
1Flexterra Corporation , 8025 Lamon Avenue , Skokie , Illinois 60077 , United States.
ITIC-nFのようなインダセノディチエノチオフェン (IDTT) ベースの非フルレン受容体 (NFAs) は,フッ素化が増加した太陽電池効率の向上を示しています. この研究は,エンドグループの変更がパフォーマンスにどのように影響するかを明らかにし,デバイスの安定性に影響する新しい再分配プロセスを特定しています.
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:
- ITICが例示したインダセノディチエノチオフェン (IDTT) ベースの非フルレン受容体 (NFAs) は,高効率の大量ヘテロジャンクション (BHJ) ポリマー太陽電池 (PSC) に不可欠です.
- 分子設計,特にエンドグループの化の影響を理解することは,NFAのパフォーマンスを最適化するための鍵です.
研究 の 目的:
- ITICデリバティブ (ITIC-nF) のエンドグループフッ素化の密度と位置の変動が,それらの特性と光伏性能にどのように影響するか,体系的に調査する.
- これらのNFAにおける分子構造,固体包装,電子特性,および電荷輸送の関係を解明する.
- IDTTベースのNFAの安定性と性能に影響を与える可能性のあるソリューション段階のプロセスを特定し,特徴づけること.
主な方法:
- 一連のITIC変種 (ITIC-nF, n=0, 2, 3, 4, 6) の合成と特徴付け
- 光学バンドギャップとエネルギーレベル (LUMO) を含む物理化学的性質の測定.
- 単結晶X線 difraktionにより分子包装を決定する.
- 電子結合と再構成エネルギーを計算するための計算研究 (ZINDO,B3LYP/DZP)
- PBDB-TFと混合したITIC-nFの変種を用いたBHJPSCの製造と試験.
- 分析技術とスペクトロスコーピーを用いて,溶液相末端グループ再分布の調査.
主要な成果:
- ITIC-nFにおけるフッ素濃度 (n) を増加させることで,光学帯域の隙間が狭くなり,短路電流密度が向上し,ITIC-6Fは12%近くの最高電力変換効率 (PCE) を達成する.
- ITIC-6Fの単結晶分析は,フラーレン受容体を上回る,密接なπ-πスタッキング (3.28 Å),有利な電子結合 (57 meV),低再構成エネルギー (147 meV) を明らかにした.
- 化,空間電荷の制限された電子の移動性,PCE.との間の正の相関が観察されました.
- IDTTベースのNFAにおけるエンドグループのこれまで認識されていないソリューションフェーズ再分配が特定され,特徴づけられました.
結論:
- エンドグループフッ素化は,IDTTベースのNFAの電子および光学特性を調節するための強力な戦略であり,PSCのパフォーマンスを大幅に改善します.
- ITIC-nFの誘導体の分子包装と電子特性は,化に非常に敏感であり,効率的な電荷輸送を可能にします.
- 特定されたエンドグループ再分配プロセスは,ITICベースのPSCの処理,安定性,長期的なパフォーマンスに重大な影響を及ぼします.
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