Illustration of the rigid molecular conformation controlled by strong interactions between OEG side chains and solvents. Cartoons providing a schematic visualization of the differences that are found between the BTP-TO2- and BTP-TC8-based systems.
Vědecký průlom v organických solárních článcích (OSC) umožňuje dosahovat stálé účinnosti kolem 19 % bez ohledu na použitá rozpouštědla. Zatímco běžné OSC vyžadují specifická rozpouštědla pro optimalizaci nanostruktury (morfologie), nový design tuto závislost odstraňuje. Klíčem je materiál BTP-TO2 s pružnými oligo(ethylenglykolovými) (OEG) postranními řetězci. Tyto řetězce silně interagují s rozpouštědly, stabilizují molekulární strukturu a brání nežádoucím interakcím mezi donorovou (PM6 polymer) a akceptorovou složkou. Zařízení navíc zachovala 80 % výkonu i po >1000 hodinách v náročných podmínkách, překonávající běžné OSC. Tento objev otevírá cestu k „zelenější“ výrobě a spolehlivějším solárním technologiím, přibližujíc OSC komerčnímu využití.
Důležitou roli v odhalení této stability sehrála NMR spektroskopie. Analýza 2D ¹H–¹H NOESY NMR ukázala, že BTP-TO2 si zachovává rigidní konformaci v různých rozpouštědlech (např. chloroformu nebo xylenu), na rozdíl od podobných materiálů bez OEG řetězců. Tato stabilita zajišťuje rovnoměrné uspořádání molekul při tvorbě filmu, což je klíčové pro efektivní přenos náboje.
Equally high efficiencies of organic solar cells processed from different solvents reveal key factors for morphology control
A breakthrough in organic solar cells (OSCs) promises consistent high efficiency—around 19%—regardless of the solvent used in manufacturing. Traditional OSCs require specific solvents to optimize their nanoscale structure (morphology), but this new design eliminates that dependency. The key lies in a novel material, BTP-TO2, featuring flexible oligo(ethylene glycol) (OEG) side chains. These side chains interact strongly with solvents, stabilizing the molecule’s structure and preventing unwanted interactions between the light-absorbing donor (PM6 polymer) and acceptor components. Remarkably, devices retained 80% performance after >1000 hours under harsh conditions, outperforming traditional designs. This innovation paves the way for greener manufacturing and more reliable solar technology, bringing OSCs closer to commercial viability.
Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy played a pivotal role in uncovering this stability. 2D ¹H–¹H NOESY NMR analysis revealed that BTP-TO2 maintains a rigid conformation across solvents like chloroform and xylene, unlike similar materials without OEG chains. This stability ensures uniform molecular packing during film formation, critical for efficient charge transport.