Cientistas do Imperial College London, Monash University, CSIRO, e a King Abdullah University of Science and Technology relataram um filme fino orgânico para células solares com um aceitador de molécula pequena não fulereno que alcançou uma eficiência de conversão de energia de pouco mais de 13 por cento.

Ao substituir as cadeias laterais de fenilalquil em indacenodithieno [3, 2-b] aceptor não fulereno baseado em tiofeno (ITIC) com cadeias lineares simples para formar C8-ITIC, eles melhoraram o desempenho fotovoltaico do material.

C8-ITIC foi misturado com um análogo fluorado do polímero doador PBDB-T para formar películas finas de heterojunção em massa. A pesquisa foi publicada recentemente em Materiais avançados .

O Dr. Xuechen Jiao, do McNeill Research Group da Monash University, realizou medições de espalhamento de raios-X de grande angular de incidência rasante (GIWAXS) no Síncrotron australiano para obter informações morfológicas sobre filmes finos puros e mistos.

"Ao mudar a estrutura química do composto orgânico, um aumento promissor na eficiência foi alcançado com sucesso em células solares orgânicas de alto desempenho ", disse Jiao." GIWAXS nos deu informações sobre como as moléculas doadoras e aceitadoras se cristalizaram e agregaram dentro dos filmes finos, bem como a orientação dos cristalitos em relação aos substratos. "

A técnica é altamente útil na investigação de estruturas cristalinas de uma variedade de filmes finos de matéria mole de polímeros condutores, como células solares orgânicas e transistores orgânicos.

"A intensidade do feixe do Síncrotron Australiano fornece um fluxo superelevado, isso significa que as informações podem ser adquiridas em cerca de três segundos em comparação com o XRD convencional, que leva cerca de uma hora, "disse Jiao.

"Mudanças na cor nos padrões bidimensionais do GIWAX representam mudanças na intensidade de difração que permitem que você veja como a célula unitária muda."

Em um experimento para examinar o comportamento de cristalização e agregação, GIWAXS foi implementado em filmes finos de componente único, ITC, C8-ITC, PBDB-T e PFDB-T com e sem recozimento térmico a 160 C.

Misturas de C8-ITIC com polímero doador PFBDB-T demonstraram a melhor eficiência de conversão de energia. Os resultados sugerem que as moléculas C8-CTIC têm uma tendência maior de cristalizar em estruturas 3-D ordenadas.

O empacotamento molecular melhorado em C8-ITIC em comparação com CTIC foi pensado para contribuir para comportamentos de transporte de portadores de carga superiores, assim, melhorou o desempenho.

Os autores do artigo, liderado pelo Prof Martin Heeney no Imperial College London, também relataram uma nova técnica para sintetizar o aceptor não-fulereno.

Outras técnicas utilizadas na investigação incluíram espectroscopia de absorção de UV, voltametria cíclica. microscopia de força atômica, eletroluminescência e cálculos teóricos.

Há um grande interesse em aceitadores não-fulerenos por causa de sua absorção de luz estendida e níveis de energia ajustáveis.

Um grupo da Academia Chinesa de Ciências liderado por Wenchao Zhou relatou recentemente no Jornal da American Chemical Society no ano passado, que uma otimização molecular de 13 por cento em um filme fino não fulereno, de PBDB-T-SF e IT-4F.