Forskare från Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har upptäckt hur olika lösningsmedelsblandningar påverkar strukturen och prestanda hos organiska solceller. Deras resultat, publicerade i tidskriften Joule, ger värdefulla insikter om att kontrollera organisk solcellsmorfologi och förbättra enhetens prestanda.

Organiska solceller är tunnfilmsfotovoltaiska (PV) enheter som använder organiska material som det aktiva skiktet för att absorbera solljus och generera elektricitet. Bearbetning av lösningsmedel är ett avgörande steg i tillverkningen av organiska solceller, eftersom valet av lösningsmedel avsevärt kan påverka det aktiva skiktets morfologi och egenskaper.

I denna studie undersökte OIST-forskarna effekten av olika lösningsmedelsblandningar på strukturen och prestanda hos organiska solceller baserade på en blandning av poly(3-hexyltiofen) (P3HT) och [6,6]-fenyl-C61-smörsyra metylester (PCBM). De använde en kombination av experimentella tekniker, inklusive bete-incidens liten-vinkel röntgenspridning (GISAXS), atomic force microscopy (AFM) och fotoluminescens (PL) spektroskopi, för att karakterisera morfologin och egenskaperna hos det aktiva lagret.

Forskarna fann att valet av lösningsmedelsblandning hade en betydande inverkan på fasseparationen och kristalliniteten hos P3HT:PCBM-blandningen. De observerade att användning av en blandning av klorbensen och 1,8-dijodoktan (DIO) ledde till en mer uttalad fasseparation och högre kristallinitet jämfört med att använda enbart klorbensen. Denna förbättrade morfologi resulterade i förbättrad laddningsbärartransport och bättre enhetsprestanda, vilket ledde till en effektomvandlingseffektivitet (PCE) på över 5 %, vilket är bland de högsta rapporterade för lösningsbearbetade P3HT:PCBM-solceller.

Studien belyser vikten av val av lösningsmedel vid tillverkning av organiska solceller och ger insikter i sambandet mellan lösningsmedelsinducerad morfologi och enhetens prestanda. Genom att kontrollera lösningsmedelsblandningen är det möjligt att optimera fasseparationen och kristalliniteten för det aktiva skiktet, vilket leder till förbättrad laddningstransport och högre effektomvandlingseffektivitet i organiska solceller.

"Våra fynd belyser det invecklade samspelet mellan lösningsmedelsblandningar, aktiva lagermorfologi och enhetens prestanda i organiska solceller", säger Dr. Masaki Taniguchi, huvudförfattaren till studien. "Denna kunskap kan utnyttjas för att designa och tillverka högpresterande organiska solceller med skräddarsydda morfologier, vilket möjliggör deras bredare användning i nästa generations solcellsteknik."