チタンアルコキシドおよび半導体ポリマーに基づいて、完全に印刷可能な有機 - 無機バルクヘテロ接合太陽電池用形態制御
Summary
電子受容体と電子供与性ポリマーの製造であるTiアルコキシドに基づいて完全に印刷可能な、フラーレンのない、非常に空気中で安定な、バルクヘテロ接合太陽電池のための方法がここに記載されています。また、チタンアルコキシド単位の分子嵩高を通して光活性層の形態を制御するための方法が報告されています。
Abstract
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.
Introduction
有機光起電デバイスは、その低コスト、軽量1-7に有望な再生可能エネルギー源と考えられています。これらの利点から、科学者の多くは、この有望なエリアに浸漬されています。過去10年間で、色素増感、有機薄膜、ペロブスカイト増感型太陽電池は、この領域8における電力変換効率の大幅な進歩を遂げてきました。
具体的には、有機薄膜太陽電池およびBHJ有機薄膜太陽電池技術は、太陽エネルギーを利用するための効率的で費用効果の高い解決策です。また、エネルギー変換効率は、電子受容体（フェニル-C 61 -酪酸-酸メチルエステルのような電子供与体とフラーレン誘導体などの低バンドギャップポリマーを使用して10％以上に達している[60] PCBMまたはフェニル-C 71 -酪酸-酸メチルエステル：[70] PCBM）9-11。また、一部の研究者HAVEは、すでに高い全体的な効率を得るために、低バンドギャップポリマーとフラーレン誘導体で構成されている光活性層にBHJ構造の重要性を報告しました。しかし、フラーレン誘導体は、空気と小文字が区別されます。そのため、空気中で安定な電子受容性材料は、代替として必要です。いくつかの報告は、以前に電子受容体としてのn型半導体ポリマーまたは金属酸化物を用いた有機太陽電池の新しい種類を提案しました。これらのレポートは、空気中で安定な、フラーレンフリー、有機薄膜太陽電池12-15の発展を支持しました。
しかし、電荷分離と電荷転送能力を持つ光活性層にBHJ構造の十分な性能を得る、システムまたはn型半導体ポリマー系をフラーレンとは対照的に、金属酸化物系16-17では困難です。また、フラーレン誘導体及びn型半導体ポリマーは、高い溶解性を有します多くの溶媒インチ従って、光活性層18〜20の前駆体である溶媒としてのインク液を選択することによって、光活性層の形態を制御することが容易です。対照的に、電子供与性ポリマーと組み合わせて使用される金属アルコキシド系の場合には、両方の半導体がほとんどすべての溶媒に不溶です。金属アルコキシドを溶媒に高い溶解度を有していないためです。したがって、形態制御のための溶媒の選択は非常に低いです。
この記事では、印刷可能性の高い空気中で安定BHJ太陽電池を製造するために、分子嵩高を使用して光活性層の形態を制御するための方法を報告しています。私たちは、フラーレンフリーBHJ太陽電池の進歩のための形態制御の重要性を説明します。
Protocol
Representative Results
Discussion
この方法では、分子の嵩高さを利用するためには、スピンコート法による成膜条件を知ることが重要です。まず、p型及びn型の半導体は、溶媒中に溶解することができなければなりません。いくつかの材料が残っている場合、それは、光活性層内のドメインの大きなコアになるであろう。個々の溶媒のための適切な市販のフィルターの使用は、残りの材料を除去することをお勧めします。次?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、部分的に日本学術振興会科研費助成番号25871029、材料工学のための日本板硝子財団、栃木県産業振興センターによってサポートされていました。また、この記事の出版費用を支援技術総合研究所、大山大学、。
Materials
| 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 |
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