science >> Wetenschap >  >> Chemie

Binair oplosmiddelmengsel dat het hoge rendement van polymere zonnecellen verhoogt

De chemische structuren van elektronendonor PBDB-T en gefluoreerd NFA INPIC-4F; de J-V-kenmerken van PBDB-T:INPIC-4F-zonnecellen gegoten uit verschillende oplosmiddelen; de AFM-afbeeldingen van PBDB-T:INPIC-4F-oppervlakken gegoten uit CB en CB:CF. Krediet:©Science China Press

De enorme vooruitgang van organische zonnecellen (OSC's) is de afgelopen jaren geïllustreerd door het gebruik van niet-fullereen-elektronenacceptoren (NFA's). Vergeleken met acceptoren van fullereenderivaten, NFA's tonen een groot aantal voordelen, waaronder instelbare energieniveaus, breed absorptiespectrum en sterk lichtabsorptievermogen, evenals een hoge mobiliteit van de vervoerder. Om de efficiëntie van niet-fullereen OSC's verder te verbeteren, fluor (F) of chloor (Cl) atomen zijn geïntroduceerd in de chemische structuur van NFA's als een effectieve benadering om de HOMO- en LUMO-niveaus te moduleren. Met een kleine Van der Waals-straal en grote elektronegativiteit, het F-atoom verbetert de moleculaire vlakheid en aggregatietendens van NFA's, evenals het verhogen van hun kristallisatievermogen.

Echter, de neiging van gefluoreerde NFA's om zichzelf te organiseren in kristallen leidt meestal tot overmatige fasescheiding, waarvan is gevonden dat het de ruwheid van het filmoppervlak verhoogt om de ladingsrecombinatie aan het elektrode-interface te vergroten, en nog belangrijker om de bulk heterojunctie-interfaces binnen de fotoactieve laag te verminderen; effecten die allemaal leiden tot verminderde energie-efficiëntie.

Zeer onlangs, De groep van professor Tao Wang aan de Wuhan University of Technology demonstreerde een effectieve aanpak om de moleculaire organisatie van een gefluoreerde NFA (INPIC-4F) af te stemmen. en de fasescheiding met de donor PBDB-T, door het gietoplosmiddel (CB, CF en hun mengsels). Wanneer een oplosmiddel CB met een hoog kookpunt werd gebruikt als het gietoplosmiddel, INPIC-4F vormde lamellaire kristallen die verder uitgroeien tot sferulieten op micronschaal, wat resulteert in een lage PCE van slechts 8,1%. Wanneer het oplosmiddel CF met een laag kookpunt werd gebruikt, de kristallisatie van INPIC-4F werd onderdrukt en de lage structuurvolgorde leidt tot een matige PCE van 11,4%. Door een binair oplosmiddelmengsel te gebruiken (CB:CF=1,5:1, v/v), de efficiëntie van PBDB-T:INPIC-4F niet-fullereen OSC's was verbeterd tot 13,1%. Deze resultaten tonen de grote belofte van binaire oplosmiddelstrategie om de moleculaire orde en morfologie op nanoschaal voor hoogrenderende niet-fullereen zonnecellen te controleren.