Crédito:Sincrotrón australiano
Científicos del Imperial College de Londres, Universidad Monash, CSIRO, y la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah han informado de una película delgada orgánica para células solares con un aceptor de moléculas pequeñas no fullereno que logró una eficiencia de conversión de energía de poco más del 13 por ciento.
Reemplazando las cadenas laterales de fenilalquilo en indacenodithieno [3, Aceptor no fullereno basado en 2-b] tiofeno (ITIC) con cadenas lineales simples para formar C8-ITIC, mejoraron el rendimiento fotovoltaico del material.
Se mezcló C8-ITIC con un análogo fluorado del polímero donante PBDB-T para formar películas delgadas de heterounión en masa. La investigación fue publicada recientemente en Materiales avanzados .
El Dr. Xuechen Jiao del Grupo de Investigación McNeill de la Universidad de Monash llevó a cabo mediciones de dispersión de rayos X de gran angular de incidencia rasante (GIWAXS) en el Sincrotrón australiano para obtener información morfológica sobre películas delgadas puras y mezcladas.
"Al cambiar la estructura química del compuesto orgánico, se logró con éxito un impulso prometedor en la eficiencia en unas células solares orgánicas que ya eran de alto rendimiento ", dijo Jiao." GIWAXS nos dio información sobre cómo las moléculas donantes y aceptoras cristalizaban y agregaban dentro de las películas delgadas, así como la orientación de los cristalitos con respecto a los sustratos ".
La técnica es muy útil en la investigación de estructuras cristalinas de una variedad de películas delgadas de materia blanda de polímeros conductores, como células solares orgánicas y transistores orgánicos.
"La intensidad del haz en el sincrotrón australiano proporciona un flujo súper alto, eso significa que la información se puede adquirir en aproximadamente tres segundos en comparación con la XRD convencional, que demora aproximadamente una hora, "dijo Jiao.
Crédito:Sincrotrón australiano
"Los cambios de color en los patrones GIWAX bidimensionales representan cambios en la intensidad de difracción que le permiten ver cómo cambia la celda unitaria".
En un experimento para examinar el comportamiento de cristalización y agregación, GIWAXS se implementó en películas delgadas de un solo componente, ITC, C8-ITC, PBDB-T y PFDB-T con y sin recocido térmico a 160 C.
Las mezclas de C8-ITIC con el polímero donante PFBDB-T demostraron la mejor eficiencia de conversión de energía. Los resultados sugirieron que las moléculas C8-CTIC tienen una mayor tendencia a cristalizar en estructuras 3-D ordenadas.
Se pensó que el empaquetamiento molecular mejorado en C8-ITIC en comparación con CTIC contribuía a comportamientos superiores de transporte de portadores de carga, mejorando así el rendimiento.
Los autores del artículo, dirigido por el profesor Martin Heeney en el Imperial College de Londres, también informó de una nueva técnica para sintetizar el aceptor no fullereno.
Otras técnicas utilizadas en la investigación incluyeron espectroscopia de absorción UV, voltametría cíclica. microscopía de fuerza atómica, electroluminiscencia y cálculos teóricos.
Existe un gran interés en los aceptores que no son de fullereno debido a su absorción de luz extendida y sus niveles de energía sintonizables.
Un grupo de la Academia de Ciencias de China dirigido por Wenchao Zhou informó recientemente en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense el año pasado que una optimización molecular del 13 por ciento en una película delgada sin fullereno, de PBDB-T-SF e IT-4F.
