1. ICTEE
  2. Всі випуски
  3. Випуск 2 (10), 2025
  4. ГІБРИДНІ АКТИВНІ ШАРИ ДЛЯ ОРГАНІЧНИХ СОНЯЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ОСНОВІ ПОХІДНИХ BODIPY ТА ФТАЛОЦІАНІНУ НІКЕЛЮ

ГІБРИДНІ АКТИВНІ ШАРИ ДЛЯ ОРГАНІЧНИХ СОНЯЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ОСНОВІ ПОХІДНИХ BODIPY ТА ФТАЛОЦІАНІНУ НІКЕЛЮ

ICTEE.
2025;
Випуск 5, Номер 2
: 195-201
Автори:
  1. N. Kuzyk
  2. Krystyna Ivaniuk
  3. P. Stakhira
1
Lviv Polytechnic National University
2
Lviv Polytechnic National University
3
Lviv Polytechnik National University

У відповідь на сучасні виклики органічної фотоніки та потребу в органічних фотодетекторах(OPD) з розширеним спектральним діапазоном і високою чутливістюу даній роботі запропоновано гібридні безфулеренові системи, що об’єднують металокомплекси фталоціаніну з іоном Ni²⁺ та барвників на основі борон-дипіррометенові (BODIPY) . У цьому дослідженні розроблено  та всебічно оцінено гетероструктуру на основі нікель(II)фталоціаніну (NiPc) і новосинтезованого сенситайзера BODIPY та  bThBODIPY. Барвник bThBODIPY, що належить до класу BODIPY, характеризується максимумом поглинання близько 510 нм, тоді як новосинтезований сенситайзер BODIPY має максимум поглинання в області 600 нм. Обидва барвники утворюють стабільні тверді сполуки темно-червоного кольору, які добре розчиняються в органічних розчинниках (толуен, хлорбензол, дихлорметан, хлороформ, етилацетат), забезпечуючи формування однорідних тонких плівок, стійких до подальшої термічної обробки. Фоточутливість виготовлених пристроїв оцінювали на тонкоплівкових органічних фотодетекторів з архітектурою ITO/PEDOT:PSS/NiPc:sensitizer:bThBODIPY/BCP/Al. Активний шар формували методом центрифугування, оптимізувавши співвідношення NiPc до сенситайзера та з післятермообробкою. Під освітленням стандартним сонячним спектром AM 1.5G (100 мВт/см²) виготовлений пристрій продемонстрував стабільні фотоелектричні параметри. Зокрема, заповнювальний коефіцієнт (fill factor, FF) становив 16,4 %, а ефективність перетворення потужності (power conversion efficiency, PCE) — 0,32 %. Отримані результати підтверджують високий потенціал безфулеренових гібридних сполук NiPc–BODIPY для розширення спектральної чутливості та підвищення ефективності органічних фотодетекторів. Серед перспективних напрямів подальших досліджень — модифікація міжшарових інтерфейсів селективними буферними шарами, розробка мультисенситайзерних систем з барвниками, що доповнюють один одного, та інтеграція структур, здатних захоплювати весь видимий і ближній інфрачервоний спектри.

гетероструктура
сонячні комірки
органічні фотодетектори
органічні фотоелектричні пристрої
похідні BODIPY
фталоцианін нікелю.
  1. Keremane K. S., Abdellah I. M., Eletmany M. R., Naik P., Anees P., Adhikari A. V. Push–pull carbazole twin dyads as efficient sensitizers/co-sensitizers for DSSC application: effect of various anchoring groups on photovoltaic performance. J. Mater. Chem. C. 2025;13(18):9258–9275. DOI: 10.1039/D4TC04612A.
  2. Bogomolec M., Glavaš M., Škorić I. BODIPY Compounds Substituted on Boron. Molecules. 2024;29(21):5157. DOI: 10.3390/molecules29215157.
  3.  Akyol, B., Cokluk, E. M., Ayhan, M. M., Tuncel Kostakoğlu, S., & Gürek, A. G. (2024). Tuning the Photophysical Properties of BODIPY Dyes and Studying Their Self-Assembly via Hydrogen Bonding. ACS omega, 10(1), 1716-1726.
  4. Chapran M., Angioni E., Findlay N. J., Breig B., Cherpak V., Stakhira P., Tuttle T., Volyniuk D., Grazulevicius J. V., Nastishin Y. A., Lavrentovich O. D., Skabara P. J. An ambipolar BODIPY derivative for a white exciplex OLED and cholesteric liquid crystal laser toward multifunctional devices. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2017;9(5):4750–4757. DOI: 10.1021/acsami.6b13689.
  5. Kim Y. R., Lee S., Kim J., Oh J., Kim J.-H., Ki T., Oh C.-M., Hwang I.-W., Suh H., Lee K., Kim H. Photostable organic solar cells based on non-fullerene acceptors with an aminated bathocuproine electron transport layer. J. Mater. Chem. A. 2023;11(9):4220–4230. DOI: 10.1039/D2TA09327H.
  6. Luo Y., Fang S., Zheng N., et al. High-performance organic photovoltaic materials based on phthalocyanine derivatives. ACS Appl. Energy Mater. 2020;3(2):1694–1701.
  7. Chen X., Yu B., Wang J., et al. Recent advances in organometallic photodetectors. J. Mater. Chem. C. 2023;11(6):1850–1858.
  8. Li X., Peng X.H., Zheng B.D., Tang J., Zhao Y., Zheng B.Y., Ke M.R., Huang J.D. Chem. Sci. 2018;9(9):2098–2104. DOI: 10.1039/C7SC05115H.
  9. Haider M., Zhen C., Wu T., Liu G., Cheng H.M. J. Mater. Sci. Technol. 2018;34(9):1474–1480. DOI: 10.1016/j.jmst.2018.03.005.
  10. Bertrand B., Passador K., Goze C., Denat F., Bodio E., Salmain M. Coord. Chem. Rev. 2018;358:108–124. DOI: 10.1016/j.ccr.2017.12.007.
  11. Zhou W., Guo H., Lin J., Yang F. J. Iran Chem. Soc. 2018;15:2559–2566. DOI: 10.1007/s13738-018-1444-6.
  12. Kim N.H., Kim D. IntechOpen. 2018. DOI: 10.5772/intechopen.80349.
  13. Harrath K., Talib S.H., Boughdiri S. J. Mol. Model. 2018;24:279. DOI: 10.1007/s00894-018-3821-6.
  14. Ruan Z., Zhao Y., Yuan P., Liu L., Wang Y., Yan L. J. Mater. Chem. B. 2018;6(5):778–786. DOI: 10.1039/C7TB02924A.
  15. Niu G., Wang S., Li J., Li W., Wang L. J. Mater. Chem. A. 2018;6(11):4823–4830. DOI: 10.1039/C8TA00161H.
  16. Antina E., Bumagina N., Marfin Y., Guseva G., Nikitina L., Sbytov D., Telegin F. Molecules. 2022;27(4):1396. DOI: 10.3390/molecules27041396.
  17. Spector D., Abramchuk D.S., Bykusov V.V., et al. Russ. Chem. Rev. 2024;93(10):RCR5136. DOI: 10.59761/RCR5136.
  18. Liu Y., Li Y., Yang Y. Adv. Mater. 2018;30(19):1800466. DOI: 10.1002/adma.201800466.
  19. Claessens C.G., González-Rodríguez D., Rodríguez-Morgade M.S., Medina A., Torres T. Chem. Rev. 2018;118(6):2632–2708. DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00420.
  20. Wang X., Zhan X. Chem. Soc. Rev. 2018;47(10):2939–2960. DOI: 10.1039/C7CS00858A.
  21. Li J., Zhao Y., Tan H., Hu Y., Yang Y. J. Mater. Chem. A. 2018;6(5):2345–2361. DOI: 10.1039/C7TA11376A.
  22. Yum J.H., Jang S.R., Humphry-Baker R., Grätzel M., Nazeeruddin M.K. Energy Environ. Sci. 2018;11(1):84–93. DOI: 10.1039/C7EE00239A.
  23. Zhang Q., Cao G. Nano Energy. 2018;13:509–522. DOI: 10.1016/j.nanoen.2015.02.028.
  24. Bizet C., Rio J., van Lier J.E. J. Porphyr Phthalocyanines. 2019;23(01n03):1–15. DOI: 10.1142/S108842461930001X.
  25. Yanık H., Koca A., Gül A. Dyes Pigments. 2020;174:108048. DOI: 10.1016/j.dyepig.2019.108048.
  26. Chen Y., Liu Y., Wang Y., Zhang J., Liu J. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021;13(5):6789–6798. DOI: 10.1021/acsami.0c20456.
  27. Rio J., Bizet C., van Lier J.E. New J. Chem. 2018;42(3):2145–2153. DOI: 10.1039/C7NJ04238A.
  28. Guseva G., Antina E., Marfin Y., Bumagina N. J. Photochem. Photobiol. A Chem. 2022;429:113964. DOI: 10.1016/j.jphotochem.2022.113964.
  29. Djurišić A. B., Kwong C. Y., Lau T. W., Liu Z. T., Kwok H. S., Lam L. S. M., Chan W. K. Spectroscopic ellipsometry of metal phthalocyanine thin films. Appl. Opt. 2003;42(31):6382–6387. DOI: 10.1364/AO.42.006382.
  30. Telegin F., Sbytov D., Nikitina L., Antina E. Electrochim. Acta. 2023;446:141922. DOI: 10.1016/j.electacta.2023.141922.
  31. Liu Y., Zhang H., Wang J., Zhao Y. Thin Solid Films. 2024;794:140312. DOI: 10.1016/j.tsf.2024.140312