Les cellules solaires organiques sont des dispositifs photovoltaïques (PV) à couches minces qui utilisent des matériaux organiques comme couche active pour absorber la lumière du soleil et produire de l'électricité. Le traitement du solvant est une étape cruciale dans la fabrication de cellules solaires organiques, car le choix du solvant peut influencer de manière significative la morphologie et les propriétés de la couche active.
Dans cette étude, les chercheurs de l'OIST ont étudié l'effet de différents mélanges de solvants sur la structure et les performances de cellules solaires organiques basées sur un mélange de poly(3-hexylthiophène) (P3HT) et d'acide [6,6]-phényl-C61-butyrique. ester méthylique (PCBM). Ils ont utilisé une combinaison de techniques expérimentales, notamment la diffusion des rayons X aux petits angles à incidence rasante (GISAXS), la microscopie à force atomique (AFM) et la spectroscopie de photoluminescence (PL), pour caractériser la morphologie et les propriétés de la couche active.
Les chercheurs ont découvert que le choix du mélange de solvants avait un impact significatif sur la séparation des phases et la cristallinité du mélange P3HT:PCBM. Ils ont observé que l’utilisation d’un mélange de chlorobenzène et de 1,8-diiodooctane (DIO) entraînait une séparation de phase plus prononcée et une cristallinité plus élevée que l’utilisation du chlorobenzène seul. Cette morphologie améliorée a entraîné un transport amélioré des porteurs de charge et de meilleures performances du dispositif, conduisant à un rendement de conversion de puissance (PCE) de plus de 5 %, ce qui est parmi les plus élevés signalés pour les cellules solaires P3HT:PCBM traitées en solution.
L'étude met en évidence l'importance de la sélection du solvant dans la fabrication de cellules solaires organiques et donne un aperçu de la relation entre la morphologie induite par le solvant et les performances du dispositif. En contrôlant le mélange de solvants, il est possible d'optimiser la séparation des phases et la cristallinité de la couche active, conduisant à un transport de charge amélioré et à des rendements de conversion de puissance plus élevés dans les cellules solaires organiques.
"Nos résultats mettent en lumière l'interaction complexe entre les mélanges de solvants, la morphologie de la couche active et les performances des dispositifs dans les cellules solaires organiques", explique le Dr Masaki Taniguchi, auteur principal de l'étude. "Ces connaissances peuvent être exploitées pour concevoir et fabriquer des cellules solaires organiques hautes performances avec des morphologies adaptées, permettant leur adoption plus large dans les technologies photovoltaïques de nouvelle génération."
