分子J会合体の操作による有機二成分太陽電池性能の向上：吸収の拡大とエネルギー損失の低減

科学分野:

• 材料科学
• 有機エレクトロニクス
• 太陽電池

背景:

• 有機太陽電池（OSC）は、光吸収と電圧損失のトレードオフにより効率が制限されており、主に非放射再結合が原因です。
• エネルギーギャップ則によれば、吸収に有利な小さなエネルギーギャップは、しばしば電圧損失の増加につながります。

研究 の 目的:

• PM6:BTP-eC9ベースのOSCにおいて、光吸収と非放射再結合を同時に高めるための共添加剤処理戦略を開発すること。
• 分子会合とモルフォロジーに対する4-ブロモクロロベンゼン（BCB）と1,8-ジヨードオクタン（DIO）の相乗効果を調査すること。

主な方法:

• 固体BCBと液体DIOを用いた共添加剤処理を利用して、活性層の分子会合を調整しました。
• 分子配向、J会合、および光学バンドギャップに対する添加剤の影響を分析しました。
• OSCデバイスを作製し、電力変換効率（PCE）、フィルファクター（FF）、および短絡電流密度（JSC）を含む光起電力性能を特徴付けました。

主要な成果:

• 共添加剤処理により分子会合が最適化され、光吸収が拡大し、非放射再結合が低減しました。
• OSCは、高いFF 81.3%およびJSC 28.61 mA cm⁻²で、19.72%のPCEを達成しました。
• 逆反射防止MgF₂層の適用により、JSCは29.62 mA cm⁻²に、PCEは20.34%にさらに向上しました。

結論:

• BCBとDIOの共処理は、OSCにおける分子配向と電荷ダイナミクスを効果的に向上させます。
• この戦略は、有機太陽電池の効率限界を克服するための実用的なアプローチを提供します。
• 達成された高い性能指標は、OSC技術を進歩させるためのこの方法の可能性を示しています。