Hocheffiziente und stabile umgekehrte Polymer-Solarzellen integriert mit einem vernetzten Fullerene-Material als Zwischenschicht

Ein neuartiges PCBM-basiertes n-Typ-Material, 6,6-Phenyl-C(61)-buttersäure-styryl Dendronester (PCBSD), funktionalisiert mit einem Dendron, der zwei Styrylgruppen als thermische Vernetzer enthält, wurde rational entworfen und einfach synthetisiert. Die in situ Vernetzung von PCBSD wurde durch Erhitzen bei einer niedrigen Temperatur von 160 Grad C für 30 Minuten durchgeführt, um einen robusten, klebrigen und lösungsmittelbeständigen Dünnfilm zu erzeugen. Dieses vernetzte Netzwerk ermöglicht es, eine sequenzielle aktive Schicht erfolgreich auf diese Zwischenschicht zu deponieren, um das Problem der interfacialen Erosion zu überwinden und ein mehrschichtiges umgekehrtes Gerät durch durchgängige Lösungsmittelverarbeitung zu realisieren. Ein umgekehrtes Solarzellen-Gerät basierend auf einer ITO/ZnO/C-PCBSD/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Ag-Konfiguration erreicht nicht nur verbesserte Gerätecharakteristika mit einem beeindruckenden PCE von 4,4%, sondern zeigt auch eine außergewöhnliche Gerätelebensdauer ohne Kapselung; es übertrifft erheblich ein Referenzgerät (PCE = 3,5%), das auf einer ITO/ZnO/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Ag-Konfiguration ohne die Zwischenschicht basiert. Diese C-PCBSD-Zwischenschicht hat mehrere positive Effekte sowohl auf P3HT/C-PCBSD als auch auf PCBM/C-PCBSD lokalisierten Heterojunktionen an der Grenzfläche der aktiven Schicht, einschließlich verbesserter Exziton-Dissociations-Effizienz, reduzierter Laderekombination, verminderter Kontaktwiderstand an der Grenzfläche und Induktion einer vertikalen Phasentrennung zur Reduzierung des Bulkwiderstands der aktiven Schicht sowie Passivierung der lokalen Kurzschlüsse an der ZnO-Grenzfläche. Darüber hinaus kann dieser vielversprechende Ansatz auf eine andere umgekehrte Solarzelle, ITO/ZnO/C-PCBSD/PCPDTBT:PC(71)BM/PEDOT:PSS/Ag, angewendet werden, wobei PCPDTBT als p-Typ-Niedrigbandlücken-konjugierter Polymer verwendet wird, um einen verbesserten PCE von 3,4% zu erzielen. Die Einbeziehung dieser vernetzten C(60)-Zwischenschicht könnte ein Standardverfahren bei der Herstellung von hocheffizienten und stabilen mehrschichtigen umgekehrten Solarzellen werden.