Um método para, células totalmente imprimíveis, livre de fulereno, altamente estável ao ar bulk-heterojunção solares com base em alcóxidos de Ti como o receptor de elétrons e a fabricação do polímero dador de electrões é descrito aqui. Além disso, um método para controlar a morfologia da camada de fotoactivo através da grosseria molecular das unidades de Ti-alcóxido é relatado.
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.
Dispositivos fotovoltaicos orgânicos são considerados fontes de energia renováveis promissoras devido ao seu baixo custo de produção e peso leve 1-7. Devido a estas vantagens, um grande número de cientistas foram imersos nesta área promissora. Na última década,-dye sensibilizados, orgânicos de película fina, e as células solares sensibilizadas por perovskita alcançaram progressos significativos na eficiência de conversão de energia nesta área 8.
Especificamente, as células solares de película fina orgânicos e tecnologia de célula solar orgânica BHJ de película fina são soluções eficientes e de baixo custo para a utilização da energia solar. Além disso, a eficiência de conversão de energia atingiu mais de 10% com o uso de polímeros de baixa band-gap como os derivados de dador electrónico e de fulereno como o aceitador de electrões (fenil-C 61 butírico-ácido-metil éster: [60] ou PCBM fenil-C 71 butírico-ácido-metil éster: [70] PCBM) 9-11. Além disso, alguns pesquisadores hav já relatado a importância da estrutura BHJ na camada fotoactiva, a qual é construída com polímeros de baixa band-gap e derivados de fulereno para obter um elevado rendimento global. Contudo, os derivados de fulereno são sensíveis ao ar. Portanto, um material aceitador de electrões estável ao ar é necessária como uma alternativa. Alguns relatórios sugeriram anteriormente novos tipos de células fotovoltaicas orgânicas que costumavam n-tipo polímeros semicondutores ou óxidos metálicos como receptores de elétrons. Estes relatórios apoiou o desenvolvimento de, células de ar estável livre de fulereno orgânicos de película fina solares 12-15.
No entanto, em contraste com sistemas de fulereno ou sistemas de polímeros semicondutores tipo n, a obtenção de um desempenho satisfatório da estrutura BHJ na camada fotoactivo, que tem a separação da carga e capacidade de transferência de carga, é difícil em sistemas de óxido de metal 16-17. Além disso, os derivados de fulereno e polímeros semicondutores do tipo n tem alta solubilidadeem muitos solventes. Portanto, é fácil de controlar a morfologia da camada fotoactivo selecionando uma solução de tinta como o solvente, que é o precursor da camada fotoactivo 18-20. Em contraste, no caso de sistemas de alcóxido de metal usado em combinação com um polímero de dador de electrões, ambos os semicondutores são insolúveis em quase todos os solventes. Isto é porque os alcóxidos de metais não têm uma elevada solubilidade no solvente. Portanto, a selectividade de solventes para controle da morfologia é extremamente baixa.
Neste artigo, apresentamos um método para controlar a morfologia da camada fotoativo usando bulkiness molecular para fabricar células solares BHJ imprimíveis e altamente estável ao ar. Descrevemos a importância do controle da morfologia para o progresso das células solares BHJ livre de fulereno.
A fim de utilizar voluminosidade da molécula no presente método, é importante conhecer as condições para a formação de película por revestimento por centrifugação. Em primeiro lugar, os do tipo p e do tipo n semicondutores deve ser capaz de ser dissolvida nos solventes. Quando algum material permanece, ele se tornará o grande núcleo dos domínios na camada fotoativo. A utilização de um filtro comercial adequada de solventes individuais é recomendado para remover o restante material. Em seguida, a soluçã…
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi parcialmente apoiado por JSPS KAKENHI Grant número 25871029, a Fundação Nippon Sheet Glass para a Ciência e Engenharia de Materiais, eo Centro de Promoção industrial Tochigi. O Instituto Nacional de Tecnologia, Oyama College, também ajudou com as despesas de publicação deste artigo.
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 |