Organische zonnecellen verbeteren gestaag naarmate er nieuwe materialen worden ontwikkeld voor de actieve laag, vooral wanneer materialen worden gestapeld in een bulk heterojunctie-ontwerp dat gebruik maakt van meerdere gecombineerde absorptievensters om fotonen op meer delen van het spectrum te gebruiken.

Niet-fullereenmaterialen zijn vooral veelbelovend in binaire organische zonnecellen, waardoor het mogelijk wordt om optische en energetische eigenschappen af ​​te stemmen. Maar, ondanks hun voordelen, deze materialen hebben smalle absorptievensters. Pogingen om niet-fullereenacceptoren in organische zonnecellen op te nemen, omvatten het toevoegen van een derde component om het oogsten van fotonen te vergroten.

Het materiaal van de derde component moet zorgvuldig worden geselecteerd, zodat het de moleculaire vorm en structuur niet beïnvloedt op een manier die de efficiëntie vermindert, maar wel zorgt voor energie- en ladingsoverdracht in de juiste richting.

Een paper gepubliceerd deze week in Technische Natuurkunde Beoordelingen presenteert een praktische gids voor het selecteren van materialen voor ternaire organische zonnecellen. De auteurs wilden component engineering toepassen om de lichtabsorptie en efficiëntie van zonnecellen op een eenvoudige, fysieke manier in plaats van het ingewikkelde proces van het synthetiseren van nieuwe halfgeleiders.

Ze beginnen met een unieke niet-fullereen-elektronenacceptor genaamd COi8DFIC, die een hoog vermogen conversie-efficiëntie heeft vanwege de hoge bandgap en het vermogen om de moleculaire oriëntatie te transformeren van lameloriëntaties naar H- en J-type aggregaties tijdens het gieten van heet substraat. In de studie, ze combineren een PTB7-Th:COi8DFIC binair systeem met de polymeer-elektronendonor PBDB-T-SF en de kleinmoleculaire elektronenacceptor IT-4F om de geschiktheid van elk materiaal voor ternaire apparaten te bepalen.

Ze ontdekten dat ofwel een donor- ofwel acceptormateriaal met succes kan worden gebruikt in ternaire apparaten:PBDB-T-SF en IT-4F bleken effectief te zijn wanneer ze werden toegevoegd aan het binaire PTB7-Th:COi8DFIC-systeem in hoeveelheden van 10% en 15% , respectievelijk.

De materialen verbeterden de spectrale respons, verbeterde foton-oogst en beïnvloedde de moleculaire volgorde van de gastheermaterialen om π-π-stapeling te verbeteren. Het stapelen van de moleculaire vlakken parallel aan de apparaatelektrode draagt ​​direct bij aan de mobiliteit van de lading, stroomconversie-efficiëntie en het handhaven van fijne fasescheiding.

"Het naast elkaar bestaan ​​van H- en J-type aggregaties betekent dat het apparaat een breder absorptiespectrum heeft en meer fotonen zal absorberen in zowel korte als lange golflengtebereiken en deze zal omzetten in ladingen, wat resulteert in een hogere efficiëntie, ', zei auteur Tao Wang.

De auteurs zijn van plan om fysieke methoden te onderzoeken om de vorming van het materiaal beter te beheersen, om H-type te remmen en J-type aggregatie aan te moedigen, die de lichtabsorptie uitbreidt naar nabij-infrarood, semi-transparante organische zonnecellen mogelijk maken.