Published January 16, 2024 | Version v1
Publication Open

Improved Light Soaking and Thermal Stability of Organic Solar Cells by Robust Interfacial Modification

Creators

  • 1. University of Nairobi
  • 2. Korea Research Institute of Chemical Technology
  • 3. Korea University of Science and Technology

Description

The most widely used material in electron transport layers (ETL) of inverted organic solar cells (iOSCs) is zinc oxide (ZnO). However, the brittleness, inorganic nature, surface defects, and photocatalytic activity of ZnO lead to poor stability in iOSCs. Herein, the light‐soaking and thermal stability of iOSCs are substantially improved by modifying ZnO surface with polyurethane diacrylate (SAR) or urethane acrylate (OCS)‐based ultraviolet (UV) resins. The UV resins significantly reduce the energy barrier, suppress surface defects, and improve interfacial contact between ZnO ETL and the organic photoactive layer. Notably, the SAR and OCS resins mitigate the photocatalytic activity of ZnO, electrical leakage, and interfacial resistance during photoaging of OSCs. As a result, iOSCs based on modified ZnOs retain over 80% of initial efficiency under 1 sun illumination for light soaking 1000 h. Furthermore, SAR and OCS resins on ZnO surfaces form a robust crosslinked network with excellent solvent resistant properties, which result in enhanced thermal stability. These results reveal that this simple and effective approach is a promising procedure to fabricate high‐performance iOSCs.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

المادة الأكثر استخدامًا في طبقات نقل الإلكترون (ETL) للخلايا الشمسية العضوية المقلوبة (iOSCs) هي أكسيد الزنك (ZnO). ومع ذلك، فإن الهشاشة والطبيعة غير العضوية والعيوب السطحية والنشاط التحفيزي الضوئي لـ ZnO تؤدي إلى ضعف الاستقرار في iOSCs. هنا، يتم تحسين نقع الضوء والاستقرار الحراري لـ iOSCs بشكل كبير عن طريق تعديل سطح ZnO باستخدام راتنجات الأشعة فوق البنفسجية القائمة على البولي يوريثان داي أكريلات (SAR) أو اليوريثان أكريلات (OCS). تقلل راتنجات الأشعة فوق البنفسجية بشكل كبير من حاجز الطاقة، وتقمع عيوب السطح، وتحسن الاتصال البيني بين ZnO ETL والطبقة العضوية النشطة ضوئيًا. والجدير بالذكر أن راتنجات SAR و OCS تخفف من نشاط التحفيز الضوئي لـ ZnO، والتسرب الكهربائي، والمقاومة البينية أثناء التصوير الضوئي لـ OSCs. ونتيجة لذلك، تحتفظ iOSCs القائمة على ZnOs المعدلة بأكثر من 80 ٪ من الكفاءة الأولية تحت إضاءة شمس واحدة لامتصاص الضوء 1000 ساعة. علاوة على ذلك، تشكل راتنجات SAR و OCS على أسطح ZnO شبكة تشابكية قوية ذات خصائص مقاومة ممتازة للمذيبات، مما يؤدي إلى تعزيز الاستقرار الحراري. تكشف هذه النتائج أن هذا النهج البسيط والفعال هو إجراء واعد لتصنيع iOSCsعاليةالأداء.

Translated Description (French)

Le matériau le plus largement utilisé dans les couches de transport d'électrons (ETL) des cellules solaires organiques inversées (iOSC) est l'oxyde de zinc (ZnO). Cependant, la fragilité, la nature inorganique, les défauts de surface et l'activité photocatalytique du ZnO entraînent une faible stabilité des CTIO. Ici, le trempage à la lumière et la stabilité thermique des iOSC sont considérablement améliorés en modifiant la surface de ZnO avec des résines ultraviolettes (UV) à base de polyuréthane diacrylate (SAR) ou d'uréthane acrylate (OCS). Les résines UV réduisent considérablement la barrière énergétique, suppriment les défauts de surface et améliorent le contact interfacial entre ZnO ETL et la couche photoactive organique. Notamment, les résines SAR et OCS atténuent l'activité photocatalytique du ZnO, les fuites électriques et la résistance interfaciale pendant le photovieillissement des OSC. En conséquence, les iOSC basés sur des ZnO modifiés conservent plus de 80 % de l'efficacité initiale sous 1 éclairage solaire pour un trempage à la lumière de 1000 h. En outre, les résines SAR et OCS sur les surfaces ZnO forment un réseau réticulé robuste avec d'excellentes propriétés de résistance aux solvants, ce qui améliore la stabilité thermique. Ces résultats révèlent que cette approche simple et efficace est une procédure prometteuse pour fabriquer des iOSC hauteperformance.

Translated Description (Spanish)

El material más utilizado en las capas de transporte de electrones (ETL) de las células solares orgánicas invertidas (iOSC) es el óxido de zinc (ZnO). Sin embargo, la fragilidad, la naturaleza inorgánica, los defectos superficiales y la actividad fotocatalítica del ZnO conducen a una mala estabilidad en las iOSC. En la presente, la absorción de la luz y la estabilidad térmica de las iOSC se mejoran sustancialmente mediante la modificación de la superficie de ZnO con resinas ultravioleta (UV) basadasen diacrilato de poliuretano (SAR) o acrilato de uretano (OCS). Las resinas UV reducen significativamente la barrera de energía, suprimen los defectos superficiales y mejoran el contacto interfacial entre ZnO ETL y la capa fotoactiva orgánica. En particular, las resinas SAR y OCS mitigan la actividad fotocatalítica del ZnO, la fuga eléctrica y la resistencia interfacial durante el fotoenvejecimiento de los OSC. Como resultado, los iOSC basados en ZnO modificados conservan más del 80% de la eficiencia inicial bajo 1 iluminación solar para una inmersión de luz de 1000 h. Además, las resinas SAR y OCS en las superficies de ZnO forman una red reticulada robusta con excelentes propiedades resistentes a los disolventes, lo que da como resultado una mayor estabilidad térmica. Estos resultados revelan que este enfoque simple y efectivo es un procedimiento prometedor para fabricar iOSCde alto rendimiento.

Files

aesr.202300210.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:8866e34447951e21c2b693d2d9bd69cd
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحسين نقع الضوء والاستقرار الحراري للخلايا الشمسية العضوية عن طريق تعديل قوي للوجه
Translated title (French)
Amélioration du trempage de la lumière et de la stabilité thermique des cellules solaires organiques par une modification interfaciale robuste
Translated title (Spanish)
Mejor absorción de la luz y estabilidad térmica de las células solares orgánicas mediante una modificación interfacial robusta

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4390953406
DOI
10.1002/aesr.202300210

Is supplement to
https://openalex.org/W3000551527 (Other)
https://openalex.org/W2386448991 (Other)
https://openalex.org/W2378845511 (Other)
https://openalex.org/W2377389493 (Other)
https://openalex.org/W2374105195 (Other)
https://openalex.org/W2373145457 (Other)
https://openalex.org/W2366514772 (Other)
https://openalex.org/W2352856608 (Other)
https://openalex.org/W2057103268 (Other)
https://openalex.org/W1644311993 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Kenya

References

  • https://openalex.org/W1791871092
  • https://openalex.org/W2010764875
  • https://openalex.org/W2018657655
  • https://openalex.org/W2022014300
  • https://openalex.org/W2028913801
  • https://openalex.org/W2080642785
  • https://openalex.org/W2111786829
  • https://openalex.org/W2125678781
  • https://openalex.org/W2283558477
  • https://openalex.org/W2292782430
  • https://openalex.org/W2516779349
  • https://openalex.org/W2748928903
  • https://openalex.org/W2778533212
  • https://openalex.org/W2922828798
  • https://openalex.org/W2930047936
  • https://openalex.org/W2979294668
  • https://openalex.org/W2995907700
  • https://openalex.org/W3010513456
  • https://openalex.org/W3023400577
  • https://openalex.org/W3028342137
  • https://openalex.org/W3028938884
  • https://openalex.org/W3033068617
  • https://openalex.org/W3041020243
  • https://openalex.org/W3107485080
  • https://openalex.org/W3120277312
  • https://openalex.org/W3133572915
  • https://openalex.org/W3135866954
  • https://openalex.org/W3155641527
  • https://openalex.org/W3155807028
  • https://openalex.org/W3184799962
  • https://openalex.org/W3184895090
  • https://openalex.org/W3201151545
  • https://openalex.org/W3201409664
  • https://openalex.org/W4200337194
  • https://openalex.org/W4200525743
  • https://openalex.org/W4223911552
  • https://openalex.org/W4229364806
  • https://openalex.org/W4281651089
  • https://openalex.org/W4283790295
  • https://openalex.org/W4289841710
  • https://openalex.org/W4303649251
  • https://openalex.org/W4308456509
  • https://openalex.org/W4309162191
  • https://openalex.org/W4309840684
  • https://openalex.org/W4312113927
  • https://openalex.org/W4313653021
  • https://openalex.org/W4316362999
  • https://openalex.org/W4321446815
  • https://openalex.org/W4323074916
  • https://openalex.org/W4324348623
  • https://openalex.org/W4361275009
  • https://openalex.org/W4362459076
  • https://openalex.org/W4362563885
  • https://openalex.org/W4377139570