Conjugated polymers with 2,7-linked 3,6-difluorocarbazole as donor unit for high efficiency polymer solar cells

聚合物太阳能电池 轨道能级差 聚合物 带隙 咔唑 材料科学 接受者 共轭体系 能量转换效率 光化学 热稳定性 高分子化学 化学 光电子学 有机化学 分子 物理 复合材料 凝聚态物理
作者
Chun Du,Weiwei Li,Duan Yan,Cuihong Li,Huanli Dong,Jia Zhu,Wenping Hu,Zhishan Bo
出处
期刊:Polymer Chemistry [Royal Society of Chemistry]
卷期号:4 (9): 2773-2773 被引量:36
标识
DOI:10.1039/c3py00177f
摘要

A novel donor–acceptor (D–A) copolymer PDFCDTBT with 3,6-difluoro substituted carbazole as the donor unit and dialkoxy substituted benzothiadiazole as the acceptor unit has been synthesized and used as a donor material for bulk heterojunction polymer solar cells (BHJ PSCs). PDFCDTBT possesses a band gap of 1.75 eV, a low-lying HOMO energy level of −5.23 eV, and a good thermal and electrochemical stability. In comparison with the corresponding non-fluoro substituted HXS-1, which has a HOMO energy level of 5.21 eV, a LUMO energy level of 3.35 eV, and an optical band gap of 1.86 eV, the incorporation of two fluoro atoms in the carbazole donor unit lowers the HOMO and the LUMO energy levels of the polymer, which results in simultaneously decreasing the band gap of the polymer and increasing the Voc of polymer solar cells. The fluoro-containing polymer PDFCDTBT also shows strong intramolecular interactions and forms close packing in the solid state. Polymer solar cells based on PDFCDTBT and (6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester (PC71BM) demonstrate a power conversion efficiency (PCE) of 4.8% with a Voc of 0.91 V, a Jsc of 9.5 mA cm−2, and an FF of 0.55. In comparison with HXS-1, the better stability, higher Voc, and narrower band gap indicate that PDFCDTBT is a very promising donor material for high efficiency polymer solar cells.
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