New Medium Bandgap Donor D‐A1‐D‐A2 Type Copolymers Based on Anthra[1,2‐b: 4,3‐b“:6,7‐c”'] Trithiophene‐8,12‐dione Groups for High‐Efficient Non‐Fullerene Polymer Solar Cells

材料科学 噻吩 接受者 带隙 富勒烯 共聚物 堆积 轨道能级差 聚合物 分子 化学 有机化学 光电子学 物理 凝聚态物理 复合材料
作者
М. Л. Кештов,S. A. Kuklin,Alexei.R. Khokhlov,Zhiyuan Xie,В. Г. Алексеев,Hemraj Dahiya,Rahul Singhal,Ganesh D. Sharma
出处
期刊:Macromolecular Rapid Communications [Wiley]
卷期号:43 (7) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/marc.202100839
摘要

A new acceptor unit anthra[1,2-b: 4,3-b': 6,7-c'']trithiophene-8,12-dione (А3Т) (A2) is synthesized and used to design D-A1 -D-A2 medium bandgap donor copolymers with same thiophene (D) and A2 units but different A1, i.e., fluorinated benzothiadiazole (F-BTz) and benzothiadiazole (BTz) denoted as P130 and P131, respectively. Their detailed optical and electrochemical properties are examined. The copolymers show good solubility in common organic solvents, broad absorption in the visible spectral region from 300 to 700 nm, and deeper HOMO levels of -5.45 and -5.34 eV for P130 and P131, respectively. Finally, an optimized polymer solar cell (PSC) based on P131 as the donor and narrow bandgap non-fullerene small molecule acceptor Y6 demonstrated a power conversion efficiency (PCE) of >11.13%. To further improve the efficiency of the non-fullerene PSC, the P130 is optimized by introducing a fluorine atom into the BTz unit, F-BTz acceptor unit, and PCE PSC based on P130: Y6 active layer increased to >15.28%, which is higher than that for the non-fluorinated analog P131:Y6. The increase in the PCE for former PSC is attributed to the more crystalline nature and compact π-π stacking distance, leading to more balanced charge transport and reduced charge recombination. These remarkable results demonstrate that A3T-based copolymer P130 with F-BTz as the second acceptor is a promising donor material for high-performance PSCs.
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