Полимерные солнечные элементы, то есть солнечные элементы. производящие электричество, и изготовленные из полимерных материалов, в том числе и из полимерных полупроводников, имеют значительные перспективы применения в носимых устройствах. Однако есть значительное НО: при их производстве используются токсичные галогенированные растворители. Альтернативы, конечно, есть, однако они более слабо растворимы и требуют более высоких температур и длительного времени обработки. Поэтому поиск альтернативных растворителей стал актуальной задачей.
В свете этого, исследователи обратили своё внимание на улучшение молекулярных взаимодействий между донорами полимеров и акцепторами малых молекул с использованием технологии боковой цепи. В статье, опубликованной в журнале Nano Research Energy, они описывают, как инженерия боковой цепи может снизить потребность в галогенированных растворителях для обработки полимерных солнечных элементов.
Профессор Юн-Хи Ким из Национального университета Кёнсан в Чинджу, Республика Корея, объясняет, что морфология смеси полимерных доноров и акцепторов малых молекул зависит от молекулярных взаимодействий между ними. Когда значения поверхностного натяжения схожи, межфазные энергии и молекулярные взаимодействия становятся более благоприятными. Для улучшения гидрофильности полимерных доноров и снижения молекулярного расслоения, исследователи предлагают использовать инженерию боковой цепи.
«Морфология смеси полимерных доноров и малых молекул-акцепторов сильно зависит от их молекулярных взаимодействий, которые могут определяться межфазной энергией между донорными и акцепторными материалами. Когда их значения поверхностного натяжения схожи, межфазные энергии и молекулярные взаимодействия между донорами и ожидается, что принимающие стороны будут более благосклонны», — сказал Юн-Хи Ким.
«Чтобы повысить гидрофильность полимерных доноров и уменьшить молекулярное расслоение, инженерия боковой цепи может стать вероятным путем», — добавил он.
Инженерия боковой цепи предполагает добавление химической группы, известной как боковая цепь, к основной цепи молекулы. Химические группы в боковой цепи влияют на свойства полимера. В данном случае, исследователи предположили, что добавление боковых цепей на основе олигоэтиленгликоля (OEG) улучшит гидрофильность доноров полимера благодаря атомам кислорода в боковых цепях. Гидрофильная молекула притягивается к воде, что может способствовать более эффективной работе полимерных солнечных элементов.
Исследователи предположили, что добавление боковых цепей на основе олигоэтиленгликоля (OEG) улучшит гидрофильность доноров полимера благодаря атомам кислорода в боковых цепях. Молекула, обладающая гидрофильностью, притягивается к воде. Различия в гидрофильности полимерных доноров и малых молекул-акцепторов могут влиять на то, как они взаимодействуют.
«Это прояснило влияние технологии боковой цепи на морфологию смеси и характеристики солнечных элементов из негалогенированного полимера, обработанного растворителем», — сказал Ким. «Наши результаты показывают, что полимеры с гидрофильными боковыми цепями OEG могут улучшить смешиваемость с маленькими молекулами-акцепторами, а также повысить эффективность преобразования энергии и стабильность устройства полимерных солнечных элементов во время негалогенированной обработки».
Кроме того, полимерные солнечные элементы с боковыми цепями на основе OEG обладают повышенной термической стабильностью. Термическая стабильность важна для масштабирования полимерных солнечных элементов, поэтому исследователи нагрели их до 120° по Цельсию, а затем сравнили эффективность преобразования энергии. После 120 часов нагрева полимеры с углеводородными боковыми цепями имели только 60% своей начальной эффективности преобразования энергии и имели неровности на поверхности, в то время как смесь углеводорода и OEG сохраняла 84% своей начальной эффективности преобразования энергии.
«Наши результаты могут стать полезным руководством для разработки доноров полимеров, которые будут производить эффективные и стабильные полимерные солнечные элементы с использованием обработки негалогенированными растворителями», — сказал Ким.
Таким образом, исследователи продвигаются в поиске новых путей для повышения эффективности органических солнечных элементов. Использование инженерии боковой цепи и улучшение молекулярных взаимодействий между донорами полимеров и акцепторами малых молекул может снизить зависимость от галогенированных растворителей и сделать полимерные солнечные элементы более жизнеспособными для носимых устройств. Эти исследования открывают новые перспективы в области разработки экологически чистых и эффективных солнечных технологий.
Благодарю за чтение! Если понравилась статья, то предлагаю подписаться, будет ещё много таких. Есть мысли по предмету статьи и не только - приглашаю в комментарии. Кроме того, у меня есть страница на сервисе поддержки авторов Бусти, просто сообщаю, поддержка - дело добровольное.