Overcoming Microstructural Limitations in Water Processed Organic Solar Cells by Engineering Customized Nanoparticulate Inks

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作者
Chen Xie,Andrej Classen,Andreas Späth,Xiaofeng Tang,Jie Min,Markus R. Meyer,Chaohong Zhang,Ning Li,Andres Osvet,R. Fink,Christoph J. Brabec
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (13) 被引量:56
标识
DOI:10.1002/aenm.201702857
摘要

Abstract The application of conjugated polymer and fullerene water‐based nanoparticles (NP) as ecofriendly inks for organic photovoltaics (OPVs) is reported. A low bandgap polymer diketopyrrolopyrrole–quinquethiophene (PDPP5T‐2) and the methanofullerene PC 71 BM are processed into three types of nanoparticles: pristine fullerene NPs, pristine polymer NPs, and mixed polymer:fullerene NPs, allowing the formation of bulk heterojunction (BHJ) composites with different domain sizes. Mild thermal annealing is required to melt the nanospheres and enable the formation of interconnected pathways within mixed phases. This BHJ is accompanied by a shrinkage of film, whereas the more compact layers show enhanced mobility. Consistently reduced recombination and better performance are found for mixed NP, containing both, the polymer and the fullerene within a single NP. The optimized solar cell processed by ultrasmall NPs delivers a power conversion efficiency of about 3.4%. This is among the highest values reported for aqueous processed OPVs but still lacks performance compared to those being processed from halogenated solvents. Incomplete crystallization is identified as the main root for reduced efficiency. It is nevertheless believed that postprocessing does not cut attraction from printing aqueous organic NP inks as a trendsetting strategy for the reliable and ecofriendly production of organic solar cells.
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