Οι ερευνητές αποκαλύπτουν πώς τα μείγματα διαλύτη επηρεάζουν τη δομή των οργανικών ηλιακών κυττάρων
Τα οργανικά ηλιακά κύτταρα είναι φωτοβολταϊκές συσκευές λεπτού υίλου (PV) που χρησιμοποιούν οργανικά υλικά ως ενεργό στρώμα για να απορροφήσουν το φως του ήλιου και να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Η επεξεργασία διαλύτη είναι ένα κρίσιμο βήμα στην κατασκευή οργανικών ηλιακών κυττάρων, καθώς η επιλογή του διαλύτη μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τη μορφολογία και τις ιδιότητες του ενεργού στρώματος.
Σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές του OIST διερεύνησαν την επίδραση διαφόρων μιγμάτων διαλύτη στη δομή και την απόδοση των οργανικών ηλιακών κυττάρων με βάση ένα μίγμα πολυ (3-εξελλοφαίνης) (ρ3ΗΤ) και [6,6]-φαινυλ-C61-βουτυρικού οξέος μεθυλεστέρα (PCBM). Χρησιμοποίησαν ένα συνδυασμό πειραματικών τεχνικών, συμπεριλαμβανομένης της διασποράς ακτίνων Χ μικρής γωνίας βόσκησης (GISAXS), της μικροσκοπίας ατομικής δύναμης (AFM) και της φασματοσκοπίας φωτοφωταύγειας (PL), για να χαρακτηρίσουν τη μορφολογία και τις ιδιότητες του ενεργού στρώματος.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η επιλογή του μείγματος διαλύτη είχε σημαντικό αντίκτυπο στον διαχωρισμό φάσης και την κρυσταλλικότητα του μίγματος P3HT:PCBM. Παρατήρησαν ότι η χρήση μίγματος χλωροβενζολίου και 1,8-διωδιοσωανίου (DIO) οδήγησε σε έναν πιο έντονο διαχωρισμό φάσης και υψηλότερη κρυσταλλικότητα σε σύγκριση με τη χρήση χλωροβενζολίου μόνο. Αυτή η βελτιωμένη μορφολογία είχε ως αποτέλεσμα την ενισχυμένη μεταφορά φορτίου φορτίου και την καλύτερη απόδοση της συσκευής, οδηγώντας σε απόδοση μετατροπής ισχύος (PCE) άνω του 5%, η οποία είναι από τα υψηλότερα αναφερόμενα για τα ηλιακά κύτταρα P3HT:PCBM.
Η μελέτη υπογραμμίζει τη σημασία της επιλογής διαλύτη στην κατασκευή οργανικών ηλιακών κυττάρων και παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη σχέση μεταξύ της μορφολογίας που προκαλείται από τον διαλύτη και της απόδοσης της συσκευής. Με τον έλεγχο του μείγματος διαλύτη, είναι δυνατόν να βελτιστοποιηθεί ο διαχωρισμός φάσης και η κρυσταλλικότητα του ενεργού στρώματος, οδηγώντας σε βελτιωμένη μεταφορά φορτίου και υψηλότερη απόδοση μετατροπής ισχύος σε οργανικά ηλιακά κύτταρα.
"Τα ευρήματά μας ρίχνουν φως στην περίπλοκη αλληλεπίδραση μεταξύ των μειγμάτων διαλύτη, της μορφολογίας ενεργού στρώματος και της απόδοσης των συσκευών σε οργανικά ηλιακά κύτταρα", λέει ο Δρ Masaki Taniguchi, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. "Αυτή η γνώση μπορεί να αξιοποιηθεί για να σχεδιάσει και να κατασκευάσει οργανικά ηλιακά κύτταρα υψηλής απόδοσης με προσαρμοσμένες μορφολογίες, επιτρέποντας την ευρύτερη υιοθέτησή τους στις φωτοβολταϊκές τεχνολογίες της επόμενης γενιάς".
