Onderzoekers van het Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) hebben ontdekt hoe verschillende oplosmiddelmengsels de structuur en prestaties van organische zonnecellen beïnvloeden. Hun bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Joule, bieden waardevolle inzichten in het beheersen van de morfologie van organische zonnecellen en het verbeteren van de prestaties van apparaten.

Organische zonnecellen zijn dunne-film fotovoltaïsche (PV) apparaten die organische materialen gebruiken als de actieve laag om zonlicht te absorberen en elektriciteit op te wekken. De verwerking van oplosmiddelen is een cruciale stap bij de fabricage van organische zonnecellen, omdat de keuze van het oplosmiddel de morfologie en eigenschappen van de actieve laag aanzienlijk kan beïnvloeden.

In deze studie onderzochten de OIST-onderzoekers het effect van verschillende oplosmiddelmengsels op de structuur en prestaties van organische zonnecellen op basis van een mengsel van poly(3-hexylthiofeen) (P3HT) en [6,6]-fenyl-C61-boterzuur. methylester (PCBM). Ze gebruikten een combinatie van experimentele technieken, waaronder grazing-incidence small-angle röntgenverstrooiing (GISAXS), atomic force microscopy (AFM) en fotoluminescentie (PL) spectroscopie, om de morfologie en eigenschappen van de actieve laag te karakteriseren.

De onderzoekers ontdekten dat de keuze van het oplosmiddelmengsel een aanzienlijke invloed had op de fasescheiding en kristalliniteit van het P3HT:PCBM-mengsel. Ze merkten op dat het gebruik van een mengsel van chloorbenzeen en 1,8-dijoodoctaan (DIO) leidde tot een meer uitgesproken fasescheiding en hogere kristalliniteit vergeleken met het gebruik van alleen chloorbenzeen. Deze verbeterde morfologie resulteerde in een verbeterd transport van ladingsdragers en betere apparaatprestaties, wat leidde tot een energieconversie-efficiëntie (PCE) van meer dan 5%, wat een van de hoogst gerapporteerde is voor in oplossing verwerkte P3HT:PCBM-zonnecellen.

De studie benadrukt het belang van de selectie van oplosmiddelen bij de fabricage van organische zonnecellen en biedt inzicht in de relatie tussen door oplosmiddelen geïnduceerde morfologie en de prestaties van het apparaat. Door het oplosmiddelmengsel te regelen, is het mogelijk de fasescheiding en kristalliniteit van de actieve laag te optimaliseren, wat leidt tot een verbeterd ladingstransport en een hogere energieomzettingsefficiëntie in organische zonnecellen.

"Onze bevindingen werpen licht op de ingewikkelde wisselwerking tussen mengsels van oplosmiddelen, de morfologie van de actieve laag en de prestaties van apparaten in organische zonnecellen", zegt Dr. Masaki Taniguchi, de hoofdauteur van het onderzoek. "Deze kennis kan worden benut om hoogwaardige organische zonnecellen met op maat gemaakte morfologieën te ontwerpen en te fabriceren, waardoor een bredere toepassing ervan in de volgende generatie fotovoltaïsche technologieën mogelijk wordt."