Heterounión graduada [ editar ]
El donante y el aceptor de electrones se mezclan de tal manera que el gradiente es gradual. Esta arquitectura combina la corta distancia de viaje de los electrones en la heterounión dispersa con la ventaja del gradiente de carga de la tecnología bicapa. [40] [41]
Ejemplos [ editar ]
Una celda con una mezcla de CuPc y C 60 mostró una eficiencia cuántica del 50 % y una eficiencia de conversión de energía del 2,1 % utilizando iluminación solar AM1.5G simulada de 100 mW/cm 2 para una heterounión graduada. [42]
Unión continua [ editar ]
Similar a la heterounión graduada, el concepto de unión continua tiene como objetivo realizar una transición gradual de un donante de electrones a un aceptor de electrones. Sin embargo, el material aceptor se prepara directamente a partir del polímero donante en un paso de modificación posterior a la polimerización. [43]
Producción [ editar ]
Dado que su capa activa determina en gran medida la eficiencia del dispositivo, la morfología de este componente recibió mucha atención. [44]
Si un material es más soluble en el solvente que el otro, se depositará primero sobre el sustrato , provocando un gradiente de concentración a través de la película. Esto se ha demostrado para dispositivos de poli-3-hexil tiofeno (P3HT), fenil-C 61 -butírico y éster metílico del ácido ( PCBM ), donde el PCBM tiende a acumularse en la parte inferior del dispositivo tras el recubrimiento por rotación de las soluciones de ODCB. [45]Este efecto se ve porque el componente más soluble tiende a migrar hacia la fase "rica en solvente" durante el proceso de recubrimiento, acumulándose el componente más soluble hacia el fondo de la película, donde el solvente permanece más tiempo. El espesor de la película generada afecta la segregación de fases porque la dinámica de cristalización y precipitación es diferente para soluciones más concentradas o tasas de evaporación más rápidas (necesarias para construir dispositivos más gruesos). El enriquecimiento de P3HT cristalino más cerca del electrodo colector de orificios solo se puede lograr para capas de P3HT/PCBM relativamente delgadas (100 nm). [46]
Los gradientes en la morfología inicial son generados principalmente por la tasa de evaporación del solvente y las diferencias de solubilidad entre el donante y el aceptor dentro de la mezcla. Esta dependencia de la solubilidad se ha demostrado claramente utilizando derivados de fullereno y P3HT. [47] Cuando se utilizan disolventes que se evaporan a un ritmo más lento (como clorobenceno (CB) o diclorobenceno (DCB)), puede obtener mayores grados de separación vertical o agregación, mientras que los disolventes que se evaporan más rápido producen una separación vertical mucho menos eficaz. Los gradientes de solubilidad más grandes deberían dar lugar a una separación vertical más eficaz, mientras que los gradientes más pequeños deberían dar lugar a películas más homogéneas. Estos dos efectos se verificaron en células solares P3HT:PCBM. [48][49]
También se estudió la velocidad de evaporación del solvente, así como los procedimientos posteriores de vapor de solvente o recocido térmico. [50] Las mezclas como P3HT:PCBM parecen beneficiarse de los procedimientos de recocido térmico, mientras que otras, como PTB7:PCBM, parecen no mostrar ningún beneficio. [51] En P3HT, el beneficio parece provenir de un aumento de la cristalinidad de la fase P3HT que se genera a través de la expulsión de moléculas de PCBM desde dentro de estos dominios. Esto se ha demostrado a través de estudios de miscibilidad de PCBM en P3HT, así como cambios en la composición del dominio en función de los tiempos de recocido. [52] [53] [54]
La hipótesis anterior basada en la miscibilidad no explica completamente la eficiencia de los dispositivos, ya que las fases amorfas puras de los materiales donantes o aceptores nunca existen dentro de los dispositivos de heterounión a granel. Un artículo de 2010 [55] sugirió que los modelos actuales que asumen fases puras e interfaces discretas podrían fallar dada la ausencia de regiones amorfas puras. Dado que los modelos actuales asumen la separación de fases en las interfaces sin tener en cuenta la pureza de las fases, es posible que sea necesario cambiar los modelos.
El procedimiento de recocido térmico varía dependiendo precisamente de cuándo se aplica. Dado que la migración vertical de especies está determinada en parte por la tensión superficial entre la capa activa y el aire u otra capa, el recocido antes o después de la deposición de capas adicionales (con mayor frecuencia el cátodo metálico) afecta el resultado. En el caso de las células solares P3HT:PCBM, la migración vertical mejora cuando las células se recocen después de la deposición del cátodo metálico.
La acumulación de donantes o aceptores junto a las capas adyacentes podría ser beneficiosa, ya que estas acumulaciones pueden provocar efectos de bloqueo de huecos o electrones que podrían beneficiar el rendimiento del dispositivo. En 2009, se demostró que la diferencia en la distribución vertical en las células solares P3HT:PCBM causa problemas con la movilidad de los electrones, lo que termina con la producción de dispositivos de muy baja eficiencia. [56] Los cambios simples en la arquitectura del dispositivo (recubrimiento giratorio con una capa delgada de PCBM en la parte superior del P3HT) mejoran en gran medida la reproducibilidad de la celda al proporcionar una separación vertical reproducible entre los componentes del dispositivo. Dado que se requiere un mayor contacto entre la PCBM y el cátodo para obtener mejores eficiencias, esto aumenta en gran medida la reproducibilidad del dispositivo.
Según el análisis de dispersión de neutrones, las mezclas de P3HT:PCBM se han descrito como "ríos" (regiones de P3HT) interrumpidas por "corrientes" (regiones de PCBM). [57]
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