Una Modificación Simple y Efectiva de PCBM para su Uso como Aceptor de Electrones en Celdas Solares de Heterojunción Masivas Eficientes

Resumen: El éster metílico del ácido 6,6‐fenil‐C‐61‐butírico (PCBM) y el poli(3‐hexiltiofeno) (P3HT) son los materiales aceptor y donador más utilizados, respectivamente, en celdas solares de polímero (PSCs). Sin embargo, el bajo nivel de energía del LUMO (órbita molecular no ocupada más baja) de PCBM limita el voltaje de circuito abierto (V oc) de las PSCs basadas en P3HT. En este documento se informa un enfoque simple, de bajo costo y efectivo para modificar PCBM y mejorar su absorción, que se puede extender a todos los derivados de fullereno con una estructura de éster. En particular, PCBM se hidroliza para obtener ácido carboxílico y luego se convierte en el correspondiente cloruro de carbonilo. Este último se condensa con 4‐nitro‐4’‐hidroxi‐α‐cianostilbeno para obtener el fullereno modificado F. Es más soluble que PCBM en disolventes orgánicos comunes debido al aumento de la parte orgánica. Tanto las soluciones como las películas delgadas de F muestran una absorción más fuerte que PCBM en el rango de 250–900 nm. Las propiedades electroquímicas y los niveles de energía electrónica de F y PCBM se miden mediante voltametría cíclica. El nivel de energía LUMO de F es 0.25 eV más alto que el de PCBM. Las PSCs basadas en P3HT con F como aceptor muestran un V oc más alto de 0.86 V y una corriente de cortocircuito (J sc) de 8.5 mA cm−2, resultando en una eficiencia de conversión de energía (PCE) del 4.23%, mientras que la PSC basada en P3HT:PCBM muestra una PCE de aproximadamente 2.93% bajo las mismas condiciones. Los resultados indican que el PCBM modificado, es decir, F, es un excelente aceptor para PSC basado en capas activas de heterojunción masiva. Se alcanza una PCE máxima general de 5.25% con la PSC basada en la mezcla P3HT:F depositada a partir de una mezcla de disolventes (cloroformo/acetona) y posterior recocido térmico a 120 °C.