溶媒添加剤で処理された有機太陽光発電ブレンドのナノスケール構造と安定性

バルクヘテロ接合の光アクティブブレンドのナノモルフォロジーを制御することは、有機太陽光発電（OPV）テクノロジーのパフォーマンスと安定性を最適化するために重要です。有望なアプローチは、乾燥ダイナミクスを変化させることであり、その結果、1,8-ジオドゥークチクタン（DIO）などの溶媒添加剤を使用してブレンドフィルムのナノ構造を変化させることです。このアプローチは、フラーレンベースのアクセプターを組み込んだOPVシステムで広く実証されていますが、溶媒添加剤が非フルレンアクセプター（NFA）システムの形態と安定性にどのように影響するかは不明です。ここでは、小さな角度中性子散乱（SANS）を使用して、Fullereneベースのシステム（PBDB-T：PC71BM）とNFAベースのシステム（PBDB-T：ITIC）で処理された2つのモデルOPVシステムのナノモルフォロジーをプローブします。ポリマーの低い内因性中性子散乱長密度密度コントラストを克服するために、NFAブレンドフィルムは、重水素化NFAアナログ（ITIC-D52）の合成が報告されています。SANSを使用して、FullereneおよびNFAベースのシステムのナノスケール進化に関する新しい洞察は、製造直後、熱アニーリングの直後、1年間老化後にフィルムを特徴付けることにより提供されます。DIO処理は、より相分離されたドメインを特徴とするNFAベースのシステムと、フラーレンとNFAベースのシステムに異なる影響を与えることがわかっています。長期老化後、SANSは、両方のシステムがある程度の熱力学的誘導ドメインの粗大化を示すことを明らかにします。

Controlling the nanomorphology in bulk heterojunction photoactive blends is crucial for optimizing the performance and stability of organic photovoltaic (OPV) technologies. A promising approach is to alter the drying dynamics and consequently, the nanostructure of the blend film using solvent additives such as 1,8-diiodooctane (DIO). Although this approach is demonstrated extensively for OPV systems incorporating fullerene-based acceptors, it is unclear how solvent additive processing influences the morphology and stability of nonfullerene acceptor (NFA) systems. Here, small angle neutron scattering (SANS) is used to probe the nanomorphology of two model OPV systems processed with DIO: a fullerene-based system (PBDB-T:PC71BM) and an NFA-based system (PBDB-T:ITIC). To overcome the low intrinsic neutron scattering length density contrast in polymer:NFA blend films, the synthesis of a deuterated NFA analog (ITIC-d52) is reported. Using SANS, new insights into the nanoscale evolution of fullerene and NFA-based systems are provided by characterizing films immediately after fabrication, after thermal annealing, and after aging for 1 year. It is found that DIO processing influences fullerene and NFA-based systems differently with NFA-based systems characterized by more phase-separated domains. After long-term aging, SANS reveals both systems demonstrate some level of thermodynamic induced domain coarsening.