結晶学,形態学,電子構造,および非フルレン/非インダセノディチエノチオフェンポリマー:Y6太陽電池での輸送

科学分野:

• 材料科学
• 再生可能エネルギー
• オーガニック電子

背景:

• 非フルレンの受容体 (NFA) は,高性能の大量ヘテロジャンクション (BHJ) 太陽電池に不可欠です.
• 熱アニリングはBHJの形態とデバイスの効率を改善する一般的な方法です.
• NFAの解熱による改善の背後にある顕微鏡のメカニズムは完全に理解されていません.

研究 の 目的:

• PBDB-TF:Y6 BHJ太陽電池の熱解熱効果の顕微鏡的メカニズムを解明する.
• 解熱が形態学,電荷輸送,再結合ダイナミクスにどのように影響するかを調査する.
• 形状の変化とデバイスの性能の向上を相関させるため

主な方法:

• SCLC,GIXRD,AFM,XPS,NEXAFS,R-SoXS,TEM,STEM,fs/ns TAスペクトロスコーピー,2DES,インピデンススペクトロスコーピーなどの技術を用いた体系的な特徴付け
• 単一結晶のX線微分法で 分子の包装と方向性を決定する
• 電子特性の密度関数理論 (DFT) 分析

主要な成果:

• 最適なアニリングにより,電力変換効率 (PCE) が14%から15%に増加しました.
• 光はY6の膜表面への移行を容易にし,垂直相分離を変化させ,表面の粗さを下げました.
• 双分子再結合が増加したにもかかわらず,電子と穴の移動性が倍増し,穴の移動性がPCE強化に優位であった.

結論:

• 熱アニリングは,主に電荷キャリアの移動性を高めることで,NFA太陽電池の性能を大幅に向上させます.
• 結晶性の変化ではなく,形態学的変化が,アニリングによる改善の鍵です.
• これらのメカニズムを理解することで 将来の高効率なNFA材料の設計に 洞察が得られます