高効率・高安定有機太陽電池のためのユニバーサルPEDOTベース正孔輸送層材料

科学分野:

• 材料科学
• 有機エレクトロニクス
• 太陽光発電

背景:

• ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン):ポリスチレンスルホン酸（PEDOT:PSS）は、有機太陽電池（OSC）における一般的な正孔輸送層（HTL）です。
• PEDOT:PSSは高い酸性度と親水性を示し、OSCデバイスの安定性に悪影響を与えます。
• PEDOT:PSSの限界は、OSCの長期的な性能と信頼性を妨げます。

研究 の 目的:

• PEDOT:PSSの限界を克服するための新しい対イオンのPEDOTの設計と合成。
• 有機太陽電池（OSC）の性能を向上させるための、より安定で親水性の低いHTL材料の開発。
• さまざまなOSC構成における効率と耐久性に対する新しいPEDOT:PSF HTLの影響の評価。

主な方法:

• 新規トリフルオロメチル（CF3）含有スルホン化コポリマー（PSF）を対イオンとして合成。
• PEDOTをPSF対イオンと組み込むことにより、PEDOT:PSF複合体を形成。
• さまざまな活性層（PM6:Y6、PM6:BTP-eC9、PM6:L8-BO、D18:L8-BO）でHTLとしてPEDOT:PSFを使用したOSCの作製とテスト。

主要な成果:

• PEDOT:PSF複合体は、PEDOT:PSSと比較して酸性度が低く、吸湿性が大幅に低下しました。
• PEDOT:PSFを利用したOSCは、PEDOT:PSSベースのデバイスを常に上回る、最大18.55%のの高い電力変換効率（PCE）を達成しました。
• PEDOT:PSFベースのOSCは、優れた動作安定性を示し、連続照明730時間後も初期PCEの83%を維持しました。これはPEDOT:PSSデバイスの58%と比較して高い値です。

結論:

• 新規PEDOT:PSF HTL材料は、安定した効率的な有機太陽電池のためのPEDOT:PSSに代わる有望な代替品を提供します。
• PEDOT:PSFの酸性度と親水性の低下は、デバイスの耐久性と寿命の大幅な向上に貢献します。
• 開発されたHTL材料は、さまざまな有機太陽電池活性層アーキテクチャに広く適用可能です。