Published August 20, 2018 | Version v1
Publication Open

Constructing Desired Vertical Component Distribution Within a PBDB-T:ITIC-M Photoactive Layer via Fine-Tuning the Surface Free Energy of a Titanium Chelate Cathode Buffer Layer

Creators

  • 1. North China Electric Power University
  • 2. Quaid-i-Azam University
  • 3. King Abdulaziz University

Description

Rationally controlling the vertical component distribution of photoactive layer is crucial for efficient polymer solar cells (PSCs). Herein, fine tuning the surface free energy (SFE) of the titanium(IV) oxide bis(2,4-pentanedionate) (TOPD) cathode buffer layer is proposed to achieve a desired perpendicular component distribution for PBDB-T:ITIC-M photoactive layer. Owens-Wendt method is adopted to precisely calculate the SFE of TOPD film jointly based on the water contact angle and the diiodomethane contact angle. We find that the SFE of TOPD film increases obviously as the annealing temperature rises, and the subtle SFE change causes the profound vertical component distribution within the bulk region of PBDB-T:ITIC-M. The results of secondary-ion mass spectroscopy visibly demonstrate that the TOPD film with a SFE of 48.71mJ/cm2, which is very close to that of the ITIC film (43.98 mJ/cm2), tends to form desired vertical component distribution. Consequently, compared with the conventional bulk heterojunction devices, the power conversion efficiency increased from 9.00% to 10.20% benefiting from the short circuit current density increased from 14.76 to 16.88 mA/cm2. Our findings confirm that the SFE adjustment is an effective way of constructing the desired vertical component distribution and therefore achieving high-efficiency PSCs.

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

Translated Description (Arabic)

يعد التحكم العقلاني في توزيع المكون الرأسي للطبقة النشطة ضوئيًا أمرًا بالغ الأهمية للخلايا الشمسية البوليمرية الفعالة (PSCs). هنا، يقترح الضبط الدقيق للطاقة الحرة السطحية (SFE) لأكسيد التيتانيوم(IV) مكرر(2،4 - pentanedionate) (TOPD) طبقة عازلة كاثودية لتحقيق توزيع مكون عمودي مرغوب لـ PBDB - T: طبقة ITIC - M النشطة ضوئيًا. تم اعتماد طريقة أوينز- ويندت لحساب SFE لفيلم TOPD بدقة بشكل مشترك بناءً على زاوية تلامس الماء وزاوية تلامس ثنائي يود الميثان. نجد أن SFE لفيلم TOPD يزيد بشكل واضح مع ارتفاع درجة حرارة التلدين، ويتسبب التغيير الخفي في SFE في توزيع المكونات الرأسية العميقة داخل المنطقة السائبة من PBDB - T: ITIC - M. توضح نتائج مطياف كتلة الأيونات الثانوية بشكل واضح أن فيلم TOPD مع SFE يبلغ 48.71مللي جول/سم 2، وهو قريب جدًا من فيلم ITIC (43.98 مللي جول/سم 2)، يميل إلى تشكيل توزيع المكونات الرأسية المطلوب. وبالتالي، مقارنة بأجهزة التوصيل غير المتجانسة السائبة التقليدية، زادت كفاءة تحويل الطاقة من 9.00 ٪ إلى 10.20 ٪ مستفيدة من كثافة تيار الدائرة القصيرة من 14.76 إلى 16.88 مللي أمبير/سم 2. تؤكد النتائج التي توصلنا إليها أن تعديل SFE هو وسيلة فعالة لبناء التوزيع الرأسي المطلوب للمكونات وبالتالي تحقيق PSCs عالية الكفاءة.

Translated Description (French)

Le contrôle rationnel de la distribution verticale des composants de la couche photoactive est crucial pour l'efficacité des cellules solaires polymères (PSC). Ici, un réglage fin de l'énergie libre de surface (SFE) de la couche tampon de cathode de bis(2,4-pentanedionate) d'oxyde de titane (IV) (TOPD) est proposé pour obtenir une distribution de composants perpendiculaire souhaitée pour la couche photoactive PBDB-T : ITIC-M. La méthode Owens-Wendt est adoptée pour calculer avec précision le SFE du film TOPD conjointement en fonction de l'angle de contact avec l'eau et de l'angle de contact avec le diiodométhane. Nous constatons que le SFE du film TOPD augmente évidemment à mesure que la température de recuit augmente, et le changement subtil de SFE provoque la distribution profonde des composantes verticales dans la région de masse de PBDB-T : ITIC-M. Les résultats de la spectroscopie de masse à ions secondaires démontrent visiblement que le film TOPD avec un SFE de 48,71mJ/cm2, qui est très proche de celui du film ITIC (43,98 mJ/cm2), tend à former la distribution des composantes verticales souhaitée. Par conséquent, par rapport aux dispositifs à hétérojonction en vrac classiques, le rendement de conversion de puissance est passé de 9,00% à 10,20% bénéficiant de la densité de courant de court-circuit passée de 14,76 à 16,88 mA/cm2. Nos résultats confirment que l'ajustement SFE est un moyen efficace de construire la distribution de composants verticaux souhaitée et donc d'atteindre des PSC à haute efficacité.

Translated Description (Spanish)

El control racional de la distribución de componentes verticales de la capa fotoactiva es crucial para las células solares poliméricas (PSC) eficientes. En la presente, se propone un ajuste fino de la energía libre superficial (SFE) de la capa amortiguadora catódica de bis(2,4-pentanodionato) de óxido de titanio (IV) (TOPD) para lograr una distribución de componentes perpendicular deseada para la capa fotoactiva PBDB-T: ITIC-M. El método de Owens-Wendt se adopta para calcular con precisión el SFE de la película TOPD conjuntamente en función del ángulo de contacto con el agua y el ángulo de contacto del diyodometano. Encontramos que el SFE de la película TOPD aumenta obviamente a medida que aumenta la temperatura de recocido, y el sutil cambio de SFE causa la profunda distribución de componentes verticales dentro de la región principal de PBDB-T: ITIC-M. Los resultados de la espectroscopia de masas de iones secundarios demuestran visiblemente que la película TOPD con un SFE de 48.71mJ/cm2, que está muy cerca de la de la película ITIC (43.98 mJ/cm2), tiende a formar la distribución de componentes verticales deseada. En consecuencia, en comparación con los dispositivos de heterounión a granel convencionales, la eficiencia de conversión de potencia aumentó del 9,00% al 10,20%, beneficiándose de que la densidad de corriente de cortocircuito aumentó de 14,76 a 16,88 mA/cm2. Nuestros hallazgos confirman que el ajuste SFE es una forma efectiva de construir la distribución de componentes verticales deseada y, por lo tanto, lograr PSC de alta eficiencia.

Files

pdf.pdf

Files (3.1 MB)

⚠️ 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
md5:0068f1f7686ee24ecbf86be555ad8a0b
3.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
بناء توزيع المكونات الرأسية المرغوبة داخل طبقة PBDB - T:ITIC - M الضوئية عن طريق الضبط الدقيق للطاقة الخالية من السطح لطبقة عازلة من كاثود التيتانيوم الخلابي
Translated title (French)
Construction de la distribution verticale souhaitée des composants au sein d'une couche photoactive PBDB-T : ITIC-M par réglage fin de l'énergie de surface libre d'une couche tampon de cathode en chélate de titane
Translated title (Spanish)
Construcción de la distribución vertical de componentes deseada dentro de una capa fotoactivaPBDB-T: ITIC-M mediante el ajuste fino de la energía libre de superficie de una capa amortiguadora de cátodo de quelato de titanio

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2884908483
DOI
10.3389/fchem.2018.00292

Is supplement to
https://openalex.org/W4251079591 (Other)
https://openalex.org/W4220970671 (Other)
https://openalex.org/W2808814751 (Other)
https://openalex.org/W2795392328 (Other)
https://openalex.org/W2789685336 (Other)
https://openalex.org/W2770546481 (Other)
https://openalex.org/W2317593632 (Other)
https://openalex.org/W2168086866 (Other)
https://openalex.org/W2044232039 (Other)
https://openalex.org/W1986775393 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1441895372
  • https://openalex.org/W1486898700
  • https://openalex.org/W1964752741
  • https://openalex.org/W1973922332
  • https://openalex.org/W1976878142
  • https://openalex.org/W1979969709
  • https://openalex.org/W1984947470
  • https://openalex.org/W1987419950
  • https://openalex.org/W1988567331
  • https://openalex.org/W1991735721
  • https://openalex.org/W1997570283
  • https://openalex.org/W2003386897
  • https://openalex.org/W2003402778
  • https://openalex.org/W2024977515
  • https://openalex.org/W2031507919
  • https://openalex.org/W2034849813
  • https://openalex.org/W2035144291
  • https://openalex.org/W2045902474
  • https://openalex.org/W2047349467
  • https://openalex.org/W2050054671
  • https://openalex.org/W2053407647
  • https://openalex.org/W2054365378
  • https://openalex.org/W2054895065
  • https://openalex.org/W2058905661
  • https://openalex.org/W2060750121
  • https://openalex.org/W2067648569
  • https://openalex.org/W2117015102
  • https://openalex.org/W2136113672
  • https://openalex.org/W2171453757
  • https://openalex.org/W2304458631
  • https://openalex.org/W2313162686
  • https://openalex.org/W2330418646
  • https://openalex.org/W2516185729
  • https://openalex.org/W2559686099
  • https://openalex.org/W2566320589
  • https://openalex.org/W2589099968
  • https://openalex.org/W2615203216
  • https://openalex.org/W2767590837
  • https://openalex.org/W2767730845
  • https://openalex.org/W2768838352
  • https://openalex.org/W2768928971
  • https://openalex.org/W2785717120
  • https://openalex.org/W2791127068
  • https://openalex.org/W2794411974