Органические солнечные батареи (ОСБ) являются одной из наиболее перспективных технологий по использованию возобновляемых источников энергии, благодаря низкой стоимости, гибкости и легкости, а также возможности производства устройств большой площади методом рулонной печати. 

Активная разработка новых донорных и акцепторных материалов активного слоя ОСБ, ведущаяся в последние годы по всему миру, позволила получить ОСБ с эффективностью преобразования энергии выше 19 %. Среди акцепторных материалов нефуллереновые акцепторы (NFAs), имеющие, как правило, архитектуру «акцептор-донор-акцептор» (А-D-A), имеют широкие возможности функционализации для тонкой настройки энергетических уровней, а также высокую светопоглощающую способность в области видимого и ближнего ИК-диапазона.

Сотрудники Лаборатории полисераазотистых гетероциклов ИОХ РАН совместно с коллегами из Нанькайского университета (Тяньцзин, Китай) осуществили модификацию известного с 2019 года модельного NFAs – молекулы Y6, содержащей электронодефицитное центральное ядро на основе конденсированного 2,1,3-бензотиадиазола – с целью оптимизации энергетических уровней, улучшения молекулярной планарности, а также межмолекулярного переноса заряда. 

Было установлено, что замена длинной алкильной цепи в центральном кластере на 4-алкоксифенильные заместители позволяет при синтезе избежать использования оловосодержащих реагентов и получать целевые структуры из более дешевых и доступных субстратов. Изучение влияния длины алкильного радикала 4-алкоксифенильной группы показало незначительное отличие свойств красителей с бутокси-, гексилокси- и октилокси-группами. 

Тем не менее, сенсибилизатор со средней длинной цепи при смешении с донорным полимерным материалом РМ6 позволил получить пленки активного слоя с лучшей морфологией, что привело к конструированию устройства с фотовольтаической эффективностью 17,59 %, которое к тому же демонстрировало высокую стабильность, обусловленную улучшенными кристаллическими свойствами, более эффективным разделением экситонов и сниженным процессом рекомбинации зарядов. 

При использовании Y6 в качестве третьего компонента активного слоя ученым удалось добиться повышения фотовольтаической эффективности ОСБ до 18 %.

Источники: Journal of Materials Chemistry C, 
Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН.