سلول های خورشیدی پلیمری برپایه دی بنزوتیوﻓﻦ benzodithiophene based polymer solar cells

سلول های خورشیدی پلیمری

Improved open-circuit voltage of benzodithiophene based polymer solar cells using bulky terthiophene side group

ولتاژ مدار باز بهبود یافته سلول های خورشیدی پلیمری برپایه benzodithiophene با استفاده از گروه جانبی terthiophene توده ای

ABSTRACT

Terthiophene, including one α–α and one branching α–β connection of the thiophene units, is introduced as benzodithiophene (BDT) side chain to build a novel two-dimensional (2D) conjugated BDT block. By copolymerizing this BDT block with three electron acceptors (DTTz (bis(thiophene-2-yl)-tetrazine), DPP (diketopyrrolopyrrole), DTffBT (4 ,7-bis(4-hexylthienyl)-5,6-di fluoro-2,1,3-benzothiadiazole)) and one electron donor (TTT (2,5-Di(2-thienyl)thiophene)), four terthiophene side-chained benzodithiophene based copolymers were synthesized. Due to the difference in electron affinity among DTTz, DPP, DTffBT and TTT, these four polymers show different UV–vis absorption spectra and optical band gaps (1.3–2.0 eV), while fortunately they all remain deep highest occupied molecular orbital (HOMO) energy levels ( 5.3 to 5.6 eV) which is very favorable to high open-circuit voltage (Voc) polymer solar cells (PSCs). By comparing the photovoltaic properties with polymers which have same backbone but do not have the bulky 2D side group in the literatures, our polymer solar cells devices show higher Voc. Especially for PQ3 (a copolymer of benzodithiophene and diketopyrrolopyrrole), the donor photon energy loss (Eg–eVoc) is 0.51 eV which is almost the lowest value achieved by the researchers. It can be concluded that: the bulky terthiophene side group helps to improve Voc of the PSCs devices. The overall performance of solar cells devices is correlated with the molecule conformation, polymer hole mobility and polymer/PCBM blend film morphology.

 جهت دانلود رایگان نسخه لاتین این مقاله اینجا کلیک کنید .

چکیده

terthiophene شامل یک اتصال α-α  و یک اتصال β-α شاخه ای از واحدهای thiophene، بعنوان یک زنجیره جانبی benzodithiophene (BDT) برای ساختن یک بلوک BDT جدید دوبعدی (2D) کونژوگه (conjugated) بکار می رود. با هم بسپار کردن (copolymerizing) این بلوک BDT با سه پذیرنده الکترون (DTTz (bis(thiophene-2-yl)-tetrazine), DPP (diketopyrrolopyrrole), DTffBT (4,7-bis(4-hexylthienyl)-5,6-difluoro-2,1,3-benzothiadiazole)) و یک دهنده الکترون (TTT (2,5-Di(2-thienyl)thiophene))، چهار هم¬بسپار بر پایه  benzodithiophene با زنجیره جانبی terthiopheneای تولید شدند. بدلیل تفاوت در میل ترکیبی الکترونی بین DTTz، DPP، DTffBT و TTT، این چهار پلیمر، طیف های جذب UV و شکاف های باند نوری مختلفی (eV 2-3/1) نشان می دهند درحالی که خوشبختانه همه این پلیمرها، سطوح انرژی بالاترین اوربیتال مولکولی اشغال شده (HOMO) را حفظ می کنند (eV 6/5 تا3/5-) که برای ولتاژ مدار باز (Voc) بالای سلول های خورشیدی پلیمری (PSCها) مطلوب است. در مقالات، با مقایسه خواص فوتوولتائیک با پلیمرهایی که دارای پیکره مشابه هستند اما گروه جانبی دوبعدی توده ای ندارند،  تجهیزات سلول های خورشیدی پلیمری ما Voc بالاتری نشان می دهند. بویژه برای PQ3 ( هم بسپار benzodithiophene و diketopyrrolopyrrole)، اتلاف انرژی فوتون دهنده (Eg-eVoc) معادل eV 51/0 است که تقریبا کمترین مقدار بدست آمده توسط محققان است. می توان نتیجه گرفت که: گروه جانبی terthiophene حجیم به افزایش Voc  تجهیزات PSC کمک می کند. عملکرد کلی تجهیزات سلول های خورشیدی با ساختار مولکولی، حرکت سوراخ پلیمری و مورفولوژی فیلم مخلوط پلیمر/PCBM رابطه دارد.

 جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.