שיטת תאים סולריים להדפסה, פולרן-חינם לחלוטין, מאוד אוויר-יציב, בתפזורת-heterojunction מבוססים על Ti alkoxides כמו acceptor האלקטרון לבין ייצור הפולימרים לתרום אלקטרונים מתוארת כאן. יתר על כן, שיטה לשליטה על המורפולוגיה של שכבת photoactive דרך bulkiness המולקולרי של יחידות Ti-alkoxide מדווח.
The photoactive layer of a typical organic thin-film bulk-heterojunction (BHJ) solar cell commonly uses fullerene derivatives as the electron-accepting material. However, fullerene derivatives are air-sensitive; therefore, air-stable material is needed as an alternative. In the present study, we propose and describe the properties of Ti-alkoxide as an alternative electron-accepting material to fullerene derivatives to create highly air-stable BHJ solar cells. It is well-known that controlling the morphology in the photoactive layer, which is constructed with fullerene derivatives as the electron acceptor, is important for obtaining a high overall efficiency through the solvent method. The conventional solvent method is useful for high-solubility materials, such as fullerene derivatives. However, for Ti-alkoxides, the conventional solvent method is insufficient, because they only dissolve in specific solvents. Here, we demonstrate a new approach to morphology control that uses the molecular bulkiness of Ti-alkoxides without the conventional solvent method. That is, this method is one approach to obtain highly efficient, air-stable, organic-inorganic bulk-heterojunction solar cells.
התקני פוטו אורגניים נחשבים מקורות אנרגיה מתחדשים מבטיחים בשל עלות הייצור הנמוכה שלהם 1-7 קל משקל. בגלל היתרונות האלה, מספר גדול של מדענים כבר שקוע בתחום המבטיח הזה. בעשור האחרון, צבען רגיש, סרט דק אורגני, ותאים סולריים רגיש perovskite השיגו התקדמות משמעותית יעיל המרת כוח באזור 8 זה.
באופן ספציפי, תאים סולריים סרט דק אורגניים BHJ אורגן סרט דק טכנולוגיה סולארית תאים הם פתרונות יעילים וחסכוניים עבור הניצול של אנרגית שמש. יתר על כן, יעילות המרת האנרגיה הגיעה מעל 10% עם השימוש בפולימרים-פער נמוך להקה כמו הנגזרים התורמים פולרן אלקטרונים כמו acceptor האלקטרונים (פניל-C 61 -Butyric-החומצה-מתיל אסתר: [60] PCBM או פניל-C 71 -Butyric-חומצה-מתיל אסתר: [70] PCBM) 9-11. יתר על כן, כמה חוקרים have כבר דיווח על החשיבות במבנה BHJ בשכבת photoactive, אשר נבנית עם פולימרים נמוך להקת פער ונגזר פולרן להשיג יעילות הכוללת גבוהה. עם זאת, נגזר פולרן הם אוויר-רגיש. לכן, חומר אוויר-יציב לקבל אלקטרונים נדרש כחלופה. חלק קטן מהדוחות הציע בעבר סוגים חדשים של תאים פוטו אורגני המשמש פולימרים מוליכים למחצה מסוג n או תחמוצות מתכת כמו acceptors אלקטרונים. דוחות אלה תמכו בפיתוח יציב-אוויר, פולרן ללא, תאים סולריים סרט דק אורגניים 12-15.
עם זאת, בניגוד פולרן מערכות או מסוג n מערכות פולימר מוליך-למחצה, קבלת ביצועים משביעי רצון של מבנה BHJ בשכבת photoactive, אשר יש הפרדת תשלום ויכולות העברת מטען, קשה במערכות תחמוצת מתכת 16-17. בנוסף, נגזר פולרן ו מסוג n פולימרים מוליכים למחצה יש מסיסות גבוההבממסים רבים. לכן, קל לשלוט מורפולוגיה של השכבה photoactive ידי בחירת פתרון דיו כמו ממס, אשר מהווה בסיס להקמת שכבת photoactive 18-20. לעומת זאת, במקרה של מערכות alkoxide מתכת המשמשות בשילוב עם פולימר לתרום אלקטרונים, המוליכים למחצה הן אינם מסיסים כמעט בכל ממסים. הסיבה לכך היא כי alkoxides מתכת אין מסיסות גבוהה של ממס. לכן, את הסלקטיביות של ממסים על שליטת מורפולוגיה היא נמוכה ביותר.
במאמר זה, אנו מדווחים על שיטה לשליטה על המורפולוגיה של שכבת photoactive באמצעות bulkiness מולקולרית לפברק תאים סולריים להדפסה מאוד אוויר-יציבה BHJ. אנו מתארים את החשיבות של שליטה מורפולוגיה על ההתקדמות של תאים סולריים BHJ ללא פולרן.
על מנת לנצל את bulkiness המולקולה בשיטה זו, חשוב לדעת את התנאים להיווצרות סרטם של ציפוי ספין. ראשית, מוליכים למחצה מסוג p ו- n-type חייב להיות מסוגל להיות מומס ממיסים. כאשר חומר נשאר, היא תהפוך הליבה הגדולה של התחומים בשכבת photoactive. השימוש מסנן מסחרי הולם ממסי פרט מומלץ להסיר את ?…
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי JSPs KAKENHI גרנט מספר 25871029, קרן זכוכית גיליון ניפון עבור חומרים מדע והנדסה, ואת מרכז לקידום תעשייתי טוצ'יגי. The National Institute of Technology, אוים המכללה, גם סייעה עם עלויות פרסום מאמר זה.
Ti(IV) isopropoxide, 97% | Sigma Aldrich | 205273 | |
Ti(IV) ethoxide | Sigma Aldrich | 244759 | Technical grade |
Ti(IV) butoxide, 97% | Sigma Aldrich | 244112 | Reagent grade |
Ti(IV) butoxide polymer | Sigma Aldrich | 510718 | |
Poly[2,7-(9,9-dioctylfluorene)-alt-4,7-bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3-thiadiazole] (PFO-DBT) | Sigma Aldrich | 754013 | |
[6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester ([60]PCBM) 99.5% | Sigma Aldrich | 684449 | Research grade |
poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) (PEDOT-PSS) | Heraeus | Clevios S V3 | |
1N Hydrochloric acid | Wako | 083-01095 | |
Chlorobenzene 99.0% | Wako | 032-07986 | |
Acetone 99.5% | Wako | 016-00346 | |
Indium-tin oxide (ITO)-coated glass substrate | Geomatec | 0002 | 100×100×1.1t (mm) |
Glass substrate | Matsunami Glass | S7213 | 76×26×1.2t (mm) |
Cotton tail | As one | 1-8584-16 | |
Epoxy resin | Nichiban | AR-R30 | |
Plastic spatula | As one | 2-3956-02 | |
Ultrasonic cleaner | As one | AS482 | |
Magnetic hot stirrer | As one | RHS-1DN | |
Ceramic hotplate | As one | CHP-17DN | |
Spin coater | Kyowariken | K-359 S1 | |
Vacuum pump | ULVAC | DA-30S | |
UV-O3 cleaner | Filgen | UV253E | |
Screen printer | Mitani Electronics | MEC-2400 | |
Ultrasonic Soldering system | Kuroda Techno | SUNBONDER USM-5 | |
Direct-current voltage and current source/monitor integrated system | San-Ei Electric | XES-40S1 | |
Scanning electron microscope | JEOL Ltd. | JSM-7800 |