Energía superficial (γ_s ) juega un papel clave en la formación de películas de heterounión a granel (BHJ) en células solares orgánicas fabricadas por proceso de solución. La miscibilidad de las películas de BHJ se puede predecir por la diferencia de energía superficial entre el donante y el aceptor. La distribución vertical y la orientación de apilamiento de las películas BHJ se pueden regular mediante la energía superficial en la capa de interfaz inferior. La energía superficial de una película delgada generalmente se obtiene midiendo el ángulo de contacto utilizando el modelo de Owens-Wendt.

Sin embargo, este método de medición no puede reflejar la distribución de energía superficial en el rango de nanoescala, y no puede explicar directamente el apilamiento y la separación de fases a nanoescala en la estructura BHJ.

Recientemente, un equipo de investigación dirigido por los Profs. Zhou Huiqiong, Qiu Xiaohui y Zhang Yong del Centro Nacional de Nanociencia y Tecnología (NCNST) de la Academia de Ciencias de China (CAS) propusieron una nueva estrategia para investigar la regulación de la distribución de energía superficial a nanoescala en la capa de interfaz de las células solares orgánicas. El estudio fue publicado en Joule .

Los investigadores utilizaron la técnica de mapeo nanomecánico cuantitativo de fuerza máxima (PFQNM) basada en AFM para caracterizar la distribución de energía superficial a nanoescala de las capas de transporte de agujeros en las células solares orgánicas. Descubrieron que la distribución de energía superficial de poli3, 4-etilendioxitiofeno:poliestireno sulfonato (PEDOT:PSS) se puede regular de manera efectiva dopando MoS₂ Se pueden ampliar las nanoláminas con diferentes tamaños laterales y la heterogeneidad de la distribución PEDOT:PSS. La distribución heterogénea de la energía superficial (HeD-SE) puede regular aún más la distribución molecular, la orientación de los cristales y la separación de fases de la capa activa.

Debido a la optimización de la morfología de la capa activa por parte del HeD-SE, el rendimiento y la estabilidad de las células solares orgánicas mejoraron con la mejor eficiencia de conversión de energía (PCE) del 18,27 %. Además, la relación de mejora de PCE fue proporcional a la ampliación de Δγ_s en el BHJ.

El equipo del Prof. Zhou se ha dedicado a la manipulación de interfaces en células solares orgánicas procesadas en solución y ha llevado a cabo una serie de estudios sobre la regulación de la energía superficial en células solares orgánicas. Los investigadores lograron por primera vez un alto factor de llenado del 80 % en células solares orgánicas mediante la incorporación de WO_x nanopartículas en PEDOT:PSS. Luego exploraron las relaciones entre la orientación de apilamiento de la capa activa, el rendimiento de las células solares orgánicas y la energía superficial de la capa de interfaz. La estrategia de modificación interfacial se utilizó para estudiar la capa de transporte de electrones en dispositivos invertidos y se ha utilizado en células solares de perovskita. Mediante el uso del biopolímero heparina sódica para modificar la energía superficial, el defecto de interfaz de las células solares de perovskita se pasiva con mejoras de PCE y estabilidad. + Explora más

Sondeo de la orientación molecular mediante espectroscopia de absorción transitoria selectiva de polarización