D18ベース有機太陽電池の低温側鎖除去および層ごとの処理による安定性と効率の向上

科学分野:

• 有機太陽電池（OPV）
• 材料科学
• 高分子化学

背景:

• 高効率と高安定性は、有機太陽電池（OPV）の商業化にとって極めて重要である。
• 絶縁性側鎖は溶液加工性を向上させるが、形態の相分離を促進するため、デバイスの安定性を低下させる。
• 側鎖を除去する従来の.,方法は高温を必要とし、OPVの性能を制限する。

研究 の 目的:

• 非フラーレンアクセプター（NFA）ベースのOPVにおけるドナーポリマー用の新しい熱分解性側鎖（TCS）を設計および合成すること。
• 効率的で本質的に安定なOPVのための、より低温での処理方法を開発すること。
• 側鎖除去がポリマー特性とデバイス性能に及ぼす影響を調査すること。

主な方法:

• TCSを有するポリマー、D18-TCSの合成と特性評価。
• 側鎖を除去するために、140°Cでジフェニルリン酸を用いた酸触媒分解（ACC）法を適用すること。
• D18-TCSと非フラーレンアクセプターY6を用いたOPVデバイスの作製と試験。
• 従来の220°Cでの熱分解（TC）処理とのACC処理の比較。

主要な成果:

• D18-TCSは、ACCを介して140°Cで側鎖の脱離に成功し、D18-COOHを形成した。
• 得られたD18-COOHは、光学的特性を維持し、空気および熱に対する安定性が向上した。
• ACCで処理されたOPVデバイスは、従来のTCで処理されたデバイスよりも高い効率を達成した。
• ACC中の相乗的な層ごとの処理により、デバイス性能がさらに向上し、13%に近い電力変換効率に達した。

結論:

• ACC法は、低温での側鎖除去を可能にすることにより、効率的で安定したNFAベースのOPVを製造するための実行可能なルートを提供する。
• D18-COOHは、元のD18-Clポリマーと比較して、改善された安定性特性を示す。
• このアプローチは、高温処理の限界を克服し、より商業的に競争力のあるOPVへの道を開く。