Organiska solceller (OSC) uppvisar många önskvärda egenskaper, inklusive hög konverteringseffektivitet och enkel skalbarhet. Det har dock visat sig vara utmanande att kontrollera morfologin hos den tunna filmen med det aktiva skiktet under uppskalning. I en ny studie löser GIST-forskare detta problem med avjoniserat vatten som en metod för morfologikontroll, vilket möjliggör högeffektiva OSC-moduler med stora aktiva ytor. Kredit:Dong-Yu Kim från Gwangju Institute of Science and Technology
Organiska solceller (OSC), som använder organiska polymerer för att omvandla solljus till elektricitet, har fått stor uppmärksamhet för sina önskvärda egenskaper som nästa generations energikällor. Dessa egenskaper inkluderar dess lätta natur, flexibilitet, skalbarhet och en hög effektkonverteringseffektivitet (>19%). För närvarande finns flera strategier för att förbättra prestanda och stabilitet hos OSC:er. Ett problem som kvarstår är dock svårigheten att kontrollera morfologin för det aktiva lagret i OSC:er när man skalar upp till stora områden. Detta gör det utmanande att få högkvalitativa tunna filmer med aktivt lager och i sin tur finjustera enhetens effektivitet.
I en nyligen genomförd studie har ett team av forskare från Gwangju Institute of Science and Technology, Korea, tagit sig an denna fråga. I deras arbete, publicerat i Advanced Functional Materials , föreslog de en lösning som verkar ganska kontraintuitiv vid första anblicken:att använda vattenbehandling för att kontrollera det aktiva skiktets morfologi.
"Vatten är känt för att hindra prestandan hos organiska elektroniska enheter, eftersom det förblir i det organiska materialets "fångtillstånd", blockerar laddningsflödet och försämrar enhetens prestanda. Men vi kom fram till att använda vatten snarare än ett organiskt lösningsmedel- baserad aktiv lösning som ett medium för behandlingsmetod skulle möjliggöra nödvändiga fysiska förändringar utan att orsaka kemiska reaktioner", förklarar professor Dong-Yu Kim, som ledde studien.
Forskarna valde polymererna PTB7-Th och PM6 som donatormaterial och PC61 BM och EH-IDTBR och Y6 som acceptormaterial för det aktiva skiktet. De märkte att inducering av en virvel för att blanda donator- och acceptormaterialen i den aktiva lösningen kunde leda till en välblandad aktiv lösning, men det var inte tillräckligt i sig självt.
Den aktiva lösningen var hydrofob och följaktligen beslutade forskarna att använda avjoniserat (DI) vatten och virvlar för att röra om lösningen. De lät donator- och acceptormaterialen sitta i klorbensen (värdaktiv lösning) över natten och tillsatte sedan DI-vatten i lösningen och rörde om det, vilket skapade små virvlar.
På grund av lösningens hydrofoba natur tryckte vattnet på donator- och acceptormolekylerna, vilket fick dem att lösas upp mer fint i lösningen. De lät sedan lösningen vila, vilket fick vattnet att separera från lösningen. Detta vatten avlägsnades sedan och den vattenbehandlade aktiva lösningen användes för att framställa tunna filmer av PTB7-Th:PC61 BM (F, fulleren), PTB7-Th:EH-IDTBR (NF, fulleren) och PM6:Y6 (H-NF, högeffektiv icke-fulleren).
Forskarna undersökte sedan den fotovoltaiska prestandan hos dessa tunna filmer i en slitsformsbelagd inverterad OSC-konfiguration och jämförde dem med de för OSC:er utan vattenbehandling.
"Vi observerade att den vattenbehandlade aktiva lösningen ledde till ett mer enhetligt aktivt lager tunna filmer, som visade högre effektomvandlingseffektivitet jämfört med de som inte behandlats med vatten. Dessutom tillverkade vi stora OSC-moduler med en aktiv yta på 10 cm 2 , som visade en omvandlingseffektivitet så hög som 11,92 % för vattenbehandlade H-NF-filmer", säger Prof Kim. + Utforska vidare
