Modulating the Molecular Packing and Nanophase Blending via a Random Terpolymerization Strategy toward 11% Efficiency Nonfullerene Polymer Solar Cells

材料科学 聚合物 聚合物太阳能电池 微晶 化学工程 噻吩 能量转换效率 光电子学 有机化学 复合材料 化学 工程类 冶金
作者
Shanshan Chen,Hye Jin Cho,Jung‐Ho Lee,Yankang Yang,Zhiguo Zhang,Yongfang Li,Changduk Yang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:7 (21) 被引量:104
标识
DOI:10.1002/aenm.201701125
摘要

Abstract Despite rapid advances in the field of nonfullerene polymer solar cells (NF‐PSCs), successful examples of random polymer‐based NF‐PSCs are limited. In this study, it is demonstrated that random donor polymers based on thieno[2′,3′:5′,6′]pyrido[3,4‐ g ]thieno[3,2‐ c ]isoquinoline‐5,11(4 H ,10 H )‐dione (TPTI) containing two simple thiophene (T) and bithiophene (2T) electron‐rich moieties (PTTI‐T x ) can be promising materials for the fabrication of highly efficient NF‐PSCs. With negligible influence on optical bandgaps and energy levels, the crystalline behavior of PTTI‐T x polymers was modulated by varying the T:2T ratio in the polymer backbone; this resulted in the formation of different microstructures upon blending with a nonfullerene m ‐ITIC acceptor in NF‐PSCs. In particular, a PTPTI‐T70: m ‐ITIC system enabled favorable small‐scale phase separation with an increased population of face‐on oriented crystallites, thereby boosting the processes of effective exciton dissociation and charge transport in the device. Consequently, the highest power conversion efficiency of 11.02% with an enhanced short‐circuit current density of 17.12 mA cm −2 is achieved for the random polymer‐based NF‐PSCs thus far. These results indicate that random terpolymerization is a simple and practical approach for the optimization of a donor polymer toward highly efficient NF‐PSCs.
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