Des scientifiques de l'Imperial College de Londres, Université Monash, CSIRO, et l'Université des sciences et technologies King Abdullah ont signalé un film mince organique pour les cellules solaires avec un accepteur de petites molécules non fullerène qui a atteint une efficacité de conversion de puissance d'un peu plus de 13%.

En remplaçant les chaînes latérales phénylalkyles dans indacenodithieno[3, Accepteur de non-fullerène à base de 2-b]thiophène (ITIC) avec des chaînes linéaires simples pour former C8-ITIC, ils ont amélioré les performances photovoltaïques du matériau.

C8-ITIC a été mélangé avec un analogue fluoré du polymère donneur PBDB-T pour former des films minces à hétérojonction en masse. La recherche a été publiée récemment dans Matériaux avancés .

Le Dr Xuechen Jiao du groupe de recherche McNeill de l'Université Monash a effectué des mesures de diffusion des rayons X à grand angle à incidence rasante (GIWAXS) au synchrotron australien pour obtenir des informations morphologiques sur des films minces purs et mélangés.

"En modifiant la structure chimique du composé organique, une augmentation prometteuse de l'efficacité a été obtenue avec succès dans des cellules solaires organiques déjà très performantes ", a déclaré Jiao. " GIWAXS nous a donné des informations sur la façon dont les molécules donneuses et acceptrices se sont cristallisées et agrégées dans les films minces, ainsi que l'orientation des cristallites par rapport aux substrats."

La technique est très utile pour étudier les structures cristallines d'une gamme de films minces de matière molle de polymères conducteurs, comme les cellules solaires organiques et les transistors organiques.

"L'intensité du faisceau du synchrotron australien fournit un flux très élevé, cela signifie que les informations peuvent être acquises en environ trois secondes par rapport au XRD conventionnel qui prend environ une heure, " dit Jiao.

"Les changements de couleur dans les motifs GIWAX bidimensionnels représentent des changements d'intensité de diffraction qui vous permettent de voir comment la cellule unitaire change."

Dans une expérience pour examiner le comportement de cristallisation et d'agrégation, GIWAXS a été implémenté sur des couches minces monocomposant, TIC, C8-ITC, PBDB-T et PFDB-T avec et sans recuit thermique à 160 C .

Les mélanges de C8-ITIC avec le polymère donneur PFBDB-T ont démontré la meilleure efficacité de conversion de puissance. Les résultats suggèrent que les molécules C8-CTIC ont une tendance plus élevée à se cristalliser en structures tridimensionnelles ordonnées.

On pense que le compactage moléculaire amélioré dans C8-ITIC par rapport au CTIC contribue à des comportements de transport de porteurs de charge supérieurs, donc des performances améliorées.

Les auteurs de l'article, dirigé par le professeur Martin Heeney à l'Imperial College de Londres, ont également signalé une nouvelle technique pour synthétiser l'accepteur non fullerène.

D'autres techniques utilisées dans l'enquête comprenaient la spectroscopie d'absorption UV, voltamétrie cyclique. microscopie à force atomique électroluminescence et calculs théoriques.

Les accepteurs non fullerènes suscitent un grand intérêt en raison de leur absorption lumineuse étendue et de leurs niveaux d'énergie réglables.

Un groupe de l'Académie chinoise des sciences dirigé par Wenchao Zhou a récemment rapporté dans le Journal de l'American Chemical Society l'année dernière qu'une optimisation moléculaire de 13 % dans un film mince non fullerène, de PBDB-T-SF et IT-4F.