BHJ有機太陽電池における熱分解性側鎖を用いた連続熱ストレス下での長期形態安定性の向上

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:

• 有機太陽電池（OSC）は20%を超える高い電力変換効率（PCE）を示します。
• 長期的な動作安定性は、OSCの商業化における大きな障害です。
• バルクヘテロ接合（BHJ）層の形態安定性は、持続的なデバイス性能にとって重要です。

研究 の 目的:

• OSCの形態的および熱的安定性を向上させること。
• ドナーおよびアクセプター材料に熱分解性側鎖（TCS）を使用することを調査すること。
• TCSがBHJ形態およびデバイス安定性に与える影響を評価すること。

主な方法:

• 共役ポリマー（PffBT-4T-TCS）ドナーおよびフラーレン（C60-TCS）アクセプターにTCSを組み込みました。
• 熱処理前後で、赤外分光法（AFM-IR）を結合した原子間力顕微鏡を用いてBHJ形態を分析しました。
• 熱ストレス（85℃、10週間）下でのデバイス安定性を評価し、正規化されたPCEを測定しました。

主要な成果:

• 熱分解性アルキル側鎖の熱分解により、PffBT-4T-TCSのガラス転移温度が60℃上昇しました。
• 分解後もBHJ形態は安定しており、ドナー/アクセプター組成および表面粗さは一貫していました。
• デバイスは85℃で10週間以上安定性を維持し、形態的および熱的耐性が向上したことを示しました。

結論:

• 熱分解性側鎖戦略は、OSCの形態的および熱的安定性を効果的に向上させます。
• このアプローチは、有機太陽電池デバイスにおいて高い効率と長期的な動作安定性の両方を達成するための有望な経路を提供します。
• 安定したBHJ形態は、信頼性が高く耐久性のある有機太陽電池性能にとって重要です。