Органические солнечные батареи (ОСБ)
являются одной из наиболее перспективных технологий по использованию
возобновляемых источников энергии, благодаря низкой стоимости, гибкости
и легкости, а также возможности производства устройств большой
площади методом рулонной печати.
Активная разработка новых донорных
и акцепторных материалов активного слоя ОСБ, ведущаяся в последние
годы по всему миру, позволила получить ОСБ с эффективностью
преобразования энергии выше 19 %. Среди акцепторных материалов нефуллереновые
акцепторы (NFAs), имеющие, как правило, архитектуру
«акцептор-донор-акцептор» (А-D-A), имеют широкие возможности функционализации
для тонкой настройки энергетических уровней, а также высокую
светопоглощающую способность в области видимого и ближнего ИК-диапазона.
Сотрудники Лаборатории полисераазотистых
гетероциклов ИОХ РАН совместно с коллегами из Нанькайского
университета (Тяньцзин, Китай) осуществили модификацию известного с 2019
года модельного NFAs – молекулы Y6, содержащей электронодефицитное центральное
ядро на основе конденсированного 2,1,3-бензотиадиазола – с целью
оптимизации энергетических уровней, улучшения молекулярной планарности,
а также межмолекулярного переноса заряда.
Было установлено, что замена длинной
алкильной цепи в центральном кластере на 4-алкоксифенильные
заместители позволяет при синтезе избежать использования оловосодержащих
реагентов и получать целевые структуры из более дешевых
и доступных субстратов. Изучение влияния длины алкильного радикала
4-алкоксифенильной группы показало незначительное отличие свойств красителей
с бутокси-, гексилокси- и октилокси-группами.
Тем не менее, сенсибилизатор
со средней длинной цепи при смешении с донорным полимерным материалом
РМ6 позволил получить пленки активного слоя с лучшей морфологией, что
привело к конструированию устройства с фотовольтаической
эффективностью 17,59 %, которое к тому же демонстрировало высокую
стабильность, обусловленную улучшенными кристаллическими свойствами, более
эффективным разделением экситонов и сниженным процессом рекомбинации
зарядов.
При использовании Y6 в качестве
третьего компонента активного слоя ученым удалось добиться повышения
фотовольтаической эффективности ОСБ до 18 %.
Источники: Journal of Materials Chemistry C,
Институт
органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН.