Conjugated Side-Chain-Isolated D–A Copolymers Based on Benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-alt-dithienylbenzotriazole: Synthesis and Photovoltaic Properties

噻吩 侧链 共轭体系 聚合物太阳能电池 材料科学 共聚物 苯并三唑 轨道能级差 聚合物 高分子化学 接受者 吸收(声学) 化学 有机化学 分子 物理 复合材料 冶金 凝聚态物理
作者
Jie Min,Zhiguo Zhang,Siyuan Zhang,Yongfang Li
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:24 (16): 3247-3254 被引量:279
标识
DOI:10.1021/cm3017006
摘要

Conjugated side-chain-isolated D–A copolymers, based on the donor unit of benzodithiophene (BDT) with a thiophene-conjugated side chain, thiophene π bridge, and the acceptor unit of benzotriazole (BTA) with or without fluorine substitution (PBDT-FBTA and PBDT-HBTA), were designed and synthesized for elucidating their structure–property relationships. The copolymer films demonstrated well-defined absorption peaks with steep absorption edges, consistent with their rigid and ordered structures in the solid films. The substitution of a thiophene-conjugated side chain on the BDT unit in the copolymers aroused 15-nm red-shifted absorption in comparison with its polymer analogues with alkoxy side chains on the BDT unit. Compared to PBDT-HBTA, PBDT-FBTA with two-fluorine-atom substitution on the BTA unit demonstrated a lower highest occupied molecular orbital energy level, higher hole mobility, and significantly better photovoltaic performance. A polymer solar cell (PSC) based on PBDT-FBTA/PC70BM (1:2, w/w) with a 5% 1,8-diiodooctane additive displayed a power conversion efficiency (PCE) of 6.0% with a Jsc of 11.9 mA cm–2, a VOC of 0.75 V, and a fill factor of 67.2%, under the illumination of AM1.5G, 100 mW cm–2. Even at a thicker active layer of 400 nm, the PSC still demonstrated a higher PCE of 4.74%. The results indicate that PBDT-FBTA is a promising polymer donor material for future application of large-area PSCs.
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