Modulating the molecular orientation of linear benzodifuran-based isomeric polymers by exchanging the positions of chlorine and fluorine atoms

材料科学 聚合物 聚合物太阳能电池 苯并三唑 分子间力 纳米技术 分子 化学工程 光电子学 化学物理 有机化学 化学 复合材料 冶金 工程类
作者
Tingting Dai,Xianda Li,Peng Lei,Ailing Tang,Yanfang Geng,Qingdao Zeng,Erjun Zhou
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:99: 107413-107413 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107413
摘要

The molecular orientation and intermolecular interaction of photovoltaic polymers play a crucial role in determining the blend film morphology, improving the exciton dissociation and carries transport in bulk-heterojunction organic solar cells (BHJ-OSCs). However, there is still a lack of simple and effective methods to adjust the molecular orientation, which tremendously limit the development of new photovoltaic polymers. Here, we utilize the linear D-π-A type polymers to study this topic, where benzodifurans (BDF), thienothiophene (TT) and benzotriazole (BTA) are utilized as D, π and A units respectively. By exchanging the substitution position of the fluorine and chlorine atoms, the polymer orientation can be successfully transferred from edge-on for PE24 (chlorination on D unit) to face-on for PE25 (chlorination on A unit). Notably, when blended with three classic acceptors Y6, ITIC, and F-BTA5 with different bandgaps, PE25-based devices fabricated from THF always exhibit greatly enhanced performance over PE24. In addition, energy loss analysis manifests that higher EQEEL occured in all PE25-based devices, ultimately resulting in smaller total energy losses and larger VOCs than PE24-based devices. Excitingly, PE25: F-BTA5-based device realizes the highest VOC of 1.14 V with a PCE of 11.3%, which are among the best results for high-voltage OSCs. Our results not only provide a feasible method to tune the molecular orientation, but also suggest that chlorinated A unit may be more worth trying than classic fluorinated A unit in some polymers.

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