Carboxylate-Containing Wide-Bandgap Polymers for High-Voltage Non-Fullerene Organic Solar Cells

材料科学 羧酸盐 开路电压 聚合物 有机太阳能电池 带隙 结晶度 光伏系统 轨道能级差 光伏 化学工程 电压 光电子学 有机化学 化学 分子 电气工程 复合材料 工程类
作者
Xianda Li,Ailing Tang,Qing Guo,Xugang Guo,Jianhua Chen,Qiang Guo,Mengwei Ji,Yuhan Meng,Xiangyu Li,Erjun Zhou
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (28): 32308-32318 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsami.2c07251
摘要

As one of the polymer modification strategies, carboxylate functionalization has proved effective in downshifting the energy levels and enhancing polymer crystallinity and aggregation. However, high-performance carboxylate-containing polymers are still limited for organic solar cells (OSCs), especially with open-circuit voltage (VOC) above 1.0 V. Herein, we utilize two carboxylate-functionalized wide-band gap (WBG) donor polymers (TTC-F and TTC-Cl) to pair with two WBG electron acceptors (BTA5 and F-BTA5) for high-voltage OSCs. Due to the deeper molecular energy levels, chlorinated polymer TTC-Cl shows higher VOC than fluorinated polymer TTC-F. Furthermore, because of the stronger aggregation in the film, the TTC-Cl-based devices attain suppressed energetic disorders and trap-assisted recombination, decreasing voltage loss and JSC loss. Finally, the TTC-Cl: F-BTA5 blend achieves a higher VOC of 1.17 V and an excellent PCE of 10.98%, one of the best results for high-voltage carboxylate-containing polymers. In addition, the TTC-Cl: BTA5 combination demonstrates the highest VOC of 1.25 V with an ultralow nonradiative energy loss of 0.17 eV. Our results indicate that the carboxylate-containing polymer donors have significant application potential for high-voltage OSCs due to reduced energy loss and improved charge transport and dissociation. Furthermore, the matched absorption spectra with the indoor light sources and low voltage loss promote these material combinations to construct high-performance indoor photovoltaics.
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