エラストマー組成がゴム強化有機太陽電池の性能に及ぼす影響

科学分野:

• 材料科学
• 有機エレクトロニクス
• 高分子科学

背景:

• 有機太陽電池（OSC）は、実用的なアプリケーションのために機械的耐性を向上させる必要があります。
• 熱可塑性エラストマーは、OSC活性層の機械的特性を向上させることができます。
• OSCにおけるエラストマー選択のための体系的なガイドラインが不足しています。

研究 の 目的:

• エラストマーの構造と組成がOSC活性層のモルフォロジー、破壊靭性、および性能にどのように影響するかを調査すること。
• OSCにおけるエラストマーの選択と組み込みのためのガイドラインを提供すること。
• 機械的耐性と電力変換効率（PCE）の両方についてOSCを最適化すること。

主な方法:

• 様々な分子量とスチレン含有量を持つスチレン-エチレン-ブチレン-スチレン（SEBS）およびスチレン-エチレン-プロピレン-スチレン（SEPS）エラストマーの比較。
• 共鳴ソフトX線散乱（RSoXS）および入射広角X線散乱（GIWAXS）を用いた形態学的解析。
• 破壊靭性を決定するための機械的試験および光電子性能評価（PCE）。

主要な成果:

• エラストマーのコンプライアンスは、スチレン含有量とブロックタイプ（EP vs. EB）の影響を受け、破壊靭性の鍵となります。
• EPブロックを持つ低スチレンSEPSは相溶性が向上し、分子パッキングの乱れを最小限に抑え、PCEを維持しました。
• PM6/BTP-eC9活性層における低スチレンSEPSの7.5%の最適組成は、元のPCEの約95%を維持しながら、高い破壊エネルギー（>3倍）を達成しました。

結論:

• エラストマーの選択は、OSCにおける機械的強度とPCEの間のトレードオフに大きく影響します。
• エラストマーにおけるスチレン含有量の削減とEPブロックの使用は、機械的特性を向上させます。
• 高度なゴム強化OSCを開発するためのエラストマー選択とローディングのガイドラインが確立されています。