Chlorinated Wide-Bandgap Donor Polymer Enabling Annealing Free Nonfullerene Solar Cells with the Efficiency of 11.5%

接受者 材料科学 带隙 聚合物 分子间力 退火(玻璃) 化学物理 有机太阳能电池 聚合物太阳能电池 混溶性 共轭体系 载流子 分子 光电子学 化学工程 能量转换效率 化学 有机化学 物理 工程类 凝聚态物理 复合材料
作者
Zhitian Liu,Yerun Gao,Jun Dong,Minlang Yang,Ming Liu,Yu Zhang,Jing Wen,Haibo Ma,Xiang Gao,Wei Chen,Ming Shao
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:9 (24): 6955-6962 被引量:73
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.8b03247
摘要

Substituting the hydrogen atoms on the conjugated side chain of a wide-bandgap polymer J52 with chlorine atoms can simultaneously increase the Jsc, Voc, and FF of nonfullerene OSCs, leading to an efficiency boost from 3.78 to 11.53%, which is among the highest efficiencies for as-cast OSCs reported to date. To illustrate the impressive 3-fold PCE enhancement, the chlorination effect on the optical properties and energy levels of polymers, film morphology, and underlying charge dynamics is systematically investigated. Grazing incidence wide-angle X-ray scattering studies show that chlorinated J52-2Cl exhibits strong molecule aggregation, the preferred face-on orientation, and enhanced intermolecular π–π interactions, hence increasing the charge carrier mobility by 1 order of magnitude. Moreover, chlorination modifies the miscibility between the donor and acceptor and consequently optimizes the phase separation morphology of J52-2Cl:ITIC blend films. These results highlight chlorination as a promising approach to achieve highly efficient as-cast OSCs without any extra treatment.
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