Forskare från Imperial College London, Monash University, CSIRO, och King Abdullah University of Science and Technology har rapporterat en organisk tunn film för solceller med en icke-fulleren liten molekylacceptor som uppnådde en effektomvandlingseffektivitet på drygt 13 procent.

Genom att ersätta fenylalkylsidokedjor i indacenodithieno[3, 2-b]tiofenbaserad icke-fullerenacceptor (ITIC) med enkla linjära kedjor för att bilda C8-ITIC, de förbättrade materialets fotovoltaiska prestanda.

C8-ITIC blandades med en fluorerad analog av donatorpolymeren PBDB-T för att bilda tunna filmer med bulkheteroövergång. Forskningen publicerades nyligen i Avancerade material .

Dr. Xuechen Jiao från McNeill Research Group vid Monash University utförde mätningar av betesincidens vidvinkelröntgenspridning (GIWAXS) vid Australian Synchrotron för att få morfologisk information om rena och blandade tunna filmer.

"Genom att ändra den kemiska strukturen hos den organiska föreningen, en lovande ökning av effektiviteten uppnåddes framgångsrikt i en redan högpresterande organiska solceller", sa Jiao. "GIWAXS gav oss information om hur donator- och acceptormolekylerna kristalliserade och aggregerade i de tunna filmerna, såväl som orienteringen av kristalliterna med avseende på substraten."

Tekniken är mycket användbar för att undersöka kristallstrukturer av en rad mjuka tunna filmer av ledande polymerer, såsom organiska solceller och organiska transistorer.

"Intensiteten hos strålen i den australiska synkrotronen ger ett superhögt flöde, det betyder att information kan inhämtas på ungefär tre sekunder jämfört med konventionell XRD som tar ungefär en timme, sa Jiao.

"Förändringar i tvådimensionella GIWAX-mönster representerar förändringar i diffraktionsintensitet som låter dig se hur enhetscellen förändras."

I ett experiment för att undersöka kristalliserings- och aggregeringsbeteende, GIWAXS implementerades på enkomponents tunna filmer, DET C, C8-ITC, PBDB-T och PFDB-T med och utan termisk glödgning vid 160 C .

Blandningar av C8-ITIC med donatorpolymer PFBDB-T visade den bästa effektkonverteringseffektiviteten. Resultaten antydde att C8-CTIC-molekyler har en högre tendens att kristallisera till ordnade 3D-strukturer.

Förbättrad molekylär packning i C8-ITIC jämfört med CTIC ansågs bidra till överlägsna laddningsbärares transportbeteenden, därmed förbättrad prestanda.

Pappersförfattarna, ledd av prof Martin Heeney vid Imperial College London, rapporterade också en ny teknik för att syntetisera icke-fullerenacceptorn.

Andra tekniker som användes i undersökningen var UV-absorptionsspektroskopi, cyklisk voltammetri. atomkraftmikroskopi elektroluminescens och teoretiska beräkningar.

Det finns ett stort intresse för icke-fullerenacceptorer på grund av deras utökade ljusabsorption och inställbara energinivåer.

En grupp från den kinesiska vetenskapsakademin ledd av Wenchao Zhou rapporterade nyligen i Journal of the American Chemical Society förra året att en molekylär optimering på 13 procent i en icke-fulleren tunn film, av PBDB-T-SF och IT-4F.