Energia superficiale (γ_s ) svolge un ruolo chiave nella formazione di film di eterogiunzione in massa (BHJ) in celle solari organiche fabbricate mediante processo in soluzione. La miscibilità dei film BHJ può essere prevista dalla differenza di energia superficiale tra donatore e accettore. La distribuzione verticale e l'orientamento di impilamento dei film BHJ possono essere regolati dall'energia superficiale nello strato di interfaccia inferiore. L'energia superficiale del film sottile viene solitamente ottenuta misurando l'angolo di contatto utilizzando il modello Owens-Wendt.

Tuttavia, questo metodo di misurazione non può riflettere la distribuzione dell'energia superficiale nell'intervallo su scala nanometrica e non può spiegare direttamente l'impilamento su scala nanometrica e la separazione di fase nella struttura BHJ.

Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dai Prof. Zhou Huiqiong, Qiu Xiaohui e Zhang Yong del National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) hanno proposto una nuova strategia per studiare la regolazione della distribuzione dell'energia superficiale su scala nanometrica allo strato di interfaccia delle celle solari organiche. Lo studio è stato pubblicato su Joule .

I ricercatori hanno utilizzato la tecnica Peak-Force Quantitative Nanomechanical Mappings (PFQNM) basata su AFM per caratterizzare la distribuzione dell'energia superficiale su scala nanometrica degli strati di trasporto dei buchi nelle celle solari organiche. Hanno scoperto che la distribuzione dell'energia superficiale del poli3, 4-etilendiossitiofene:polistirene solfonato (PEDOT:PSS) può essere efficacemente regolata drogando MoS₂ nanosheet con diverse dimensioni laterali e l'eterogeneità della distribuzione PEDOT:PSS può essere ampliata. La distribuzione eterogenea dell'energia superficiale (HeD-SE) può regolare ulteriormente la distribuzione molecolare, l'orientamento dei cristalli e la separazione di fase dello strato attivo.

Grazie all'ottimizzazione della morfologia dello strato attivo da parte dell'HeD-SE, le prestazioni e la stabilità delle celle solari organiche sono state migliorate con la migliore efficienza di conversione di potenza (PCE) del 18,27%. Inoltre, il rapporto di miglioramento di PCE era proporzionale all'allargamento di Δγ_s nel BHJ.

Il team del Prof. Zhou si è dedicato alla manipolazione dell'interfaccia nelle celle solari organiche trattate in soluzione e ha condotto una serie di studi sulla regolazione dell'energia superficiale nelle celle solari organiche. I ricercatori hanno prima ottenuto un fattore di riempimento elevato dell'80% nelle celle solari organiche incorporando WO_x nanoparticelle in PEDOT:PSS. Quindi hanno esplorato le relazioni tra l'orientamento di impilamento dello strato attivo, le prestazioni delle celle solari organiche e l'energia superficiale dello strato di interfaccia. La strategia di modifica interfacciale è stata utilizzata per studiare lo strato di trasporto di elettroni nei dispositivi invertiti ed è stata utilizzata nelle celle solari di perovskite. Utilizzando il biopolimero eparina sodica per modificare l'energia superficiale, il difetto di interfaccia delle celle solari perovskite è stato passivato con miglioramenti di PCE e stabilità. + Esplora ulteriormente

Sondaggio dell'orientamento molecolare mediante spettroscopia di assorbimento transitorio selettiva per polarizzazione