Wetenschappers van het Imperial College London, Monash universiteit, CSIRO, en King Abdullah University of Science and Technology hebben melding gemaakt van een organische dunne film voor zonnecellen met een niet-fullereen kleine molecuulacceptor die een energieconversie-efficiëntie van iets meer dan 13 procent behaalde.

Door fenylalkylzijketens te vervangen in indacenodithieno[3, 2-b]thiofeen-gebaseerde non-fullereen acceptor (ITIC) met eenvoudige lineaire ketens om C8-ITIC te vormen, ze verbeterden de fotovoltaïsche prestaties van het materiaal.

C8-ITIC werd gemengd met een gefluoreerde analoog van het donorpolymeer PBDB-T om dunne bulk-heterojunctiefilms te vormen. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Geavanceerde materialen .

Dr. Xuechen Jiao van McNeill Research Group aan de Monash University voerde metingen uit van grazing inval groothoek röntgenverstrooiing (GIWAXS) bij de Australische Synchrotron om morfologische informatie te verkrijgen over zuivere en gemengde dunne films.

"Door de chemische structuur van de organische verbinding te veranderen, een veelbelovende verhoging van de efficiëntie werd met succes bereikt in een reeds goed presterende organische zonnecel", aldus Jiao. "GIWAXS gaf ons informatie over hoe de donor- en acceptormoleculen kristalliseerden en aggregeerden in de dunne films, evenals de oriëntatie van de kristallieten ten opzichte van de substraten."

De techniek is zeer nuttig bij het onderzoeken van kristalstructuren van een reeks dunne films van zachte materie van geleidende polymeren, zoals organische zonnecellen en organische transistoren.

"De intensiteit van de straal van de Australische Synchrotron zorgt voor een superhoge flux, dat betekent dat informatie in ongeveer drie seconden kan worden verkregen in vergelijking met conventionele XRD, wat ongeveer een uur duurt, " zei Jiao.

"Veranderingen in kleur in tweedimensionale GIWAX-patronen vertegenwoordigen veranderingen in diffractie-intensiteit waardoor je kunt zien hoe de eenheidscel verandert."

In een experiment om kristallisatie- en aggregatiegedrag te onderzoeken, GIWAXS werd geïmplementeerd op dunne films met één component, ITC, C8-ITC, PBDB-T en PFDB-T met en zonder thermisch gloeien bij 160 C .

Mengsels van C8-ITIC met donorpolymeer PFBDB-T lieten de beste energieconversie-efficiëntie zien. De resultaten suggereerden dat C8-CTIC-moleculen een grotere neiging hebben om te kristalliseren in geordende 3D-structuren.

Verbeterde moleculaire pakking in C8-ITIC in vergelijking met CTIC zou bijdragen aan superieur transportgedrag van ladingsdragers, dus betere prestaties.

De papierschrijvers, onder leiding van Prof Martin Heeney aan het Imperial College London, rapporteerde ook een nieuwe techniek om de niet-fullereenacceptor te synthetiseren.

Andere technieken die in het onderzoek werden gebruikt, waren onder meer UV-absorptiespectroscopie, cyclische voltammetrie. atomaire kracht microscopie elektroluminescentie en theoretische berekeningen.

Er is veel belangstelling voor niet-fullereenacceptoren vanwege hun uitgebreide lichtabsorptie en afstembare energieniveaus.

Een groep van de Chinese Academie van Wetenschappen onder leiding van Wenchao Zhou rapporteerde onlangs in de Tijdschrift van de American Chemical Society vorig jaar dat een moleculaire optimalisatie van 13 procent in een niet-fullereen dunne film, van PBDB-T-SF en IT-4F.