Nanoscale Balance of Energy Loss and Quantum Efficiency for High-Efficiency Polythiophene-Based Organic Solar Cells

聚噻吩 材料科学 有机太阳能电池 量子效率 量子 光伏系统 能量转换效率 明细余额 光电子学 纳米技术 导电聚合物 物理 聚合物 热力学 电气工程 量子力学 工程类 复合材料
作者
Zhe Sun,Hayoung Ma,Thi Le Huyen,Jaeyeong Park,Seonghun Jeong,Changduk Yang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (1): 1026-1035 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c12705
摘要

Polythiophene donors offer scalable and cost-effective solutions for the organic photovoltaic industry. A thorough understanding of the structure-property-performance relationship is essential for advancing polythiophene-based organic solar cells (PTOSCs) with high power conversion efficiencies (PCEs). Herein, we develop two polythiophene donors─PTTz-CN and PTTz-CN(T2)─to verify the energy loss-quantum efficiency relationship. The strong preaggregation property of PTTz-CN improves quantum efficiency in spite of high nonradiative recombination energy loss, while PTTz-CN(T2) chains are weakly preaggregated, causing low quantum efficiency, accompanied by low nonradiative recombination energy loss though. Synergistically optimized energy loss and quantum efficiency are achieved by judiciously mixing PTTz-CN and PTTz-CN(T2), delivering outstanding PCEs of up to 16.4% in the PTOSC system and 19.6% in an archetype of a high-performing OSC containing the optimal PTTz-CN:PTTz-CN(T2) composition. We highlight the significance of a desirable balance between energy loss and quantum efficiency via molecular interaction tuning of polythiophene donors to improve the PTOSC performances.
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