Un grupo de investigación dirigido por el Prof. Ge Ziyi del Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo (NIMTE) de la Academia de Ciencias de China ha desarrollado dos moléculas autoensambladas (SAM) con grandes momentos dipolares y las ha empleado como capas transportadoras de huecos (HTL) en células solares orgánicas binarias (OSC), logrando OSC binarias altamente eficientes y estables con una eficiencia de conversión de energía (PCE) récord de hasta el 19,70%.

Su trabajo está publicado enAngewandte Chemie Edición Internacional.

Los OSC han atraído gran atención en el campo de los dispositivos electrónicos orgánicos debido a sus ventajas de peso ligero, buena flexibilidad mecánica y translucidez.El desarrollo de nuevos materiales y la optimización del proceso de fabricación han contribuido a la rápida mejora del PCE de los OSC, que ha superado el 19%.

Como material de transporte de orificios ampliamente utilizado para OSC de alta eficiencia, PEDOT:PSS imparte una estabilidad relativamente baja a las OSC debido a su hidrofilicidad y fuerte acidez.Por lo tanto, lograr un equilibrio entre eficiencia y estabilidad en los OSC convencionales sigue siendo un desafío.

Para abordar este problema, los investigadores diseñaron y sintetizaron dos SAM asimétricos con columna vertebral asimétrica, a saber, BrCz y BrBACz.Los dos SAM sirvieron como HTL en OSC binarios basados ​​en el conocido sistema de PM6:Y6, PM6:eC9, PM6:L8-BO y D18:eC9, respectivamente.

En comparación con los OSC convencionales controlados por PEDOT:PSS, los OSC controlados por BrCz y BrBACz exhibieron una mayor transmitancia, una función de trabajo más profunda y una menor energía superficial, logrando así una mejor extracción de orificios, una mayor movilidad de los orificios, una menor resistencia de la interfaz y una menor recombinación de portadores..

El OSC basado en BrBACz logró un PCE récord del 19,70% con una notable densidad de corriente de 29,20 mA·cm^-2y un voltaje de circuito de 0,856 V, que es el valor más alto informado hasta la fecha para OSC binarios.

Cuando se expone aaire ambiente(40 ± 5% de humedad) e iluminación continua durante 1.036 horas, el dispositivo controlado por BrBACz puede mantener hasta el 95,0% de su eficiencia inicial, que es la mejor estabilidad del aire para los OSC convencionales.

Además, el dispositivo controlado por BrBACz también desempeña un papel notable en otros sistemas binarios conocidos, como PM6:Y6, PM6:L8-BO y D18:eC9, lo que demuestra su excelente generalidad.

Este trabajo puede arrojar luz sobre el desarrollo y la aplicación futuros de OSC altamente eficientes y estables mediante el diseño racional de estructuras moleculares.