High-performance all-polymer solar cells enabled by a novel low bandgap non-fully conjugated polymer acceptor

共轭体系 材料科学 接受者 聚合物 带隙 聚合物太阳能电池 轨道能级差 光电子学 电子受体 吸收光谱法 光化学 分子 化学 有机化学 光学 复合材料 物理 凝聚态物理
作者
Qunping Fan,Ruijie Ma,Tao Liu,Jianwei Yu,Yiqun Xiao,Wenyan Su,Guilong Cai,Yuxiang Li,Wenhong Peng,Tao Guo,Zhenghui Luo,Huiliang Sun,Lintao Hou,Weiguo Zhu,Xinhui Lu,Feng Gao,Ellen Moons,Daquan Yu,He Yan,Ergang Wang
出处
期刊:Science China-chemistry [Springer Nature]
卷期号:64 (8): 1380-1388 被引量:49
标识
DOI:10.1007/s11426-021-1020-7
摘要

The non-fully conjugated polymer as a new class of acceptor materials has shown some advantages over its small molecular counterpart when used in photoactive layers for all-polymer solar cells (all-PSCs), despite a low power conversion efficiency (PCE) caused by its narrow absorption spectra. Herein, a novel non-fully conjugated polymer acceptor PFY-2TS with a low bandgap of ~1.40 eV was developed, via polymerizing a large π-fused small molecule acceptor (SMA) building block (namely YBO) with a non-conjugated thioalkyl linkage. Compared with its precursor YBO, PFY-2TS retains a similar low bandgap but a higher LUMO level. Moreover, compared with the structural analog of YBO-based fully conjugated polymer acceptor PFY-DTC, PFY-2TS shows a similar absorption spectrum and electron mobility, but significantly different molecular crystallinity and aggregation properties, which results in optimal blend morphology with a polymer donor PBDB-T and physical processes of the device in all-PSCs. As a result, PFY-2TS-based all-PSCs achieved a PCE of 12.31% with a small energy loss of 0.56 eV enabled by the reduced non-radiative energy loss (0.24 eV), which is better than that of 11.08% for the PFY-DTC-based ones. Our work clearly demonstrated that non-fully conjugated polymers as a new class of acceptor materials are very promising for the development of high-performance all-PSCs.
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