$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Organiczne urządzenia fotowoltaiczne są uważane za obiecujące odnawialne źródła energii ze względu na ich niskie koszty produkcji i niewielką wagę1-7. Ze względu na te zalety wielu naukowców zanurzyło się w tej obiecującej dziedzinie. W ciągu ostatniej dekady barwnikowe, organiczne cienkowarstwowe i perowskitowe ogniwa słoneczne osiągnęły znaczny postęp w zakresie wydajności konwersji energii w tej dziedzinie8.
W szczególności, organiczne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne i technologia organicznych cienkowarstwowych ogniw słonecznych BHJ są wydajnymi i opłacalnymi rozwiązaniami do wykorzystania energii słonecznej. Ponadto sprawność konwersji energii osiągnęła ponad 10% dzięki zastosowaniu polimerów o niskiej przerwie energetycznej jako donora elektronów i pochodnych fulerenów jako akceptora elektronów (ester metylowy kwasu fenylo-C61-masłowego: [60] PCBM lub ester metylowy kwasu fenylo-c-71-masłowego: [70] PCBM)9-11. Co więcej, niektórzy badacze już donieśli o znaczeniu struktury BHJ w warstwie fotoaktywnej, która jest zbudowana z polimerów o niskiej przerwie energetycznej i pochodnych fulerenu w celu uzyskania wysokiej ogólnej wydajności. Jednak pochodne fulerenów są wrażliwe na powietrze. Dlatego jako alternatywa wymagany jest stabilny powietrznie materiał akceptujący elektrony. Kilka wcześniejszych doniesień sugerowało nowe typy organicznych ogniw fotowoltaicznych, które wykorzystywały półprzewodnikowe polimery typu n lub tlenki metali jako akceptory elektronów. Raporty te wspierały rozwój stabilnych w powietrzu, wolnych od fulerenów, organicznych cienkowarstwowych ogniw słonecznych12-15.
Jednakże, w przeciwieństwie do systemów fulerenów lub półprzewodnikowych systemów polimerowych typu n, uzyskanie zadowalającej wydajności struktury BHJ w warstwie fotoaktywnej, która ma zdolność separacji ładunków i przenoszenia ładunków, jest trudne w systemach tlenków metali16-17. Ponadto pochodne fulerenu i polimery półprzewodnikowe typu n mają wysoką rozpuszczalność w wielu rozpuszczalnikach. Dlatego łatwo jest kontrolować morfologię warstwy fotoaktywnej, wybierając jako rozpuszczalnik roztwór atramentu, który jest prekursorem warstwy fotoaktywnej18-20. Natomiast w przypadku układów alkoholanów metali stosowanych w połączeniu z polimerem oddającym elektrony, oba półprzewodniki są nierozpuszczalne w prawie wszystkich rozpuszczalnikach. Dzieje się tak, ponieważ alkoholany metali nie mają wysokiej rozpuszczalności w rozpuszczalniku. W związku z tym selektywność rozpuszczalników do kontroli morfologii jest niezwykle niska.
W tym artykule opisujemy metodę kontrolowania morfologii warstwy fotoaktywnej za pomocą molekularnej objętości do produkcji drukowalnych i wysoce stabilnych powietrznie ogniw słonecznych BHJ. Opisujemy znaczenie kontroli morfologii dla postępu w zakresie ogniw słonecznych BHJ bez fulerenów.