高効率バルクヘテロ接合ポリマー太陽電池のための定量的ナノ組織構造進化

ブレンドシステムのナノ構造を定量的に評価するための改良された小角X線散乱（SAXS）モデルと分析手法を開発しました。この方法は、傾斜入射小角X線散乱（GISAXS）および傾斜入射X線回折（GIXRD）の研究から、太陽電池における自己組織化ポリ（3-ヘキシルチオフェン）/C61-ブチル酸メチルエステル（P3HT/PCBM）薄活性層のさまざまな構造を解明するために適用されました。異なるアニールプロセスによってPCBM関連構造のさまざまな長さスケールを調整することで、P3HT/PCBM太陽電池の電力変換を向上させるための柔軟なアプローチとより良い理解を提供できます。この方法による定量的構造特性評価は、(1) 集積したPCBMクラスターの平均サイズ、体積分率、サイズ分布、(2) PCBMとP3HTの特定インターフェース面積、(3) 局所的なクラスター凝集、(4) P3HT相内のPCBM分子ネットワークの相関距離を含みます。上記の用語はデバイス性能と良く相関しています。アニール履歴の変化に伴うPCBMとP3HTの間のさまざまな構造の進化と変化（成長と溶解）がここで示されています。この研究は、P3HT/PCBMフィルムの形態モデルに対する洞察を提供する有用なSAXSアプローチを確立しました。インシチュGISAXS測定も行い、相分離中のPCBM関連構造の熱挙動と時間的進化に関する有益な詳細を提供しました。この調査の結果は、バルクヘテロ接合の形態とデバイス性能の関係に関する現行の知識を大幅に拡張します。