Fine‐Tuning of Molecular Self‐Assembly Morphology via Synergistic Ternary Copolymerization and Side Chain Optimization of Low‐Cost Polymer Donors Toward Efficient Organic Solar Cells

材料科学 结晶度 三元运算 有机太阳能电池 活动层 共聚物 聚合物 化学工程 自组装 接受者 图层(电子) 纳米技术 复合材料 工程类 物理 程序设计语言 薄膜晶体管 计算机科学 凝聚态物理
作者
Xixi Zhang,Xinrui Li,Xiaolei Kong,Jinyuan Zhang,Jing Li,Aoxiang Li,Chuanjun Song,Yongfang Li,Chenkai Sun
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (37): e2503325-e2503325 被引量:13
标识
DOI:10.1002/adma.202503325
摘要

Self-assembly morphology optimization of organic photovoltaic materials is crucial to improve the performance of organic solar cells (OSCs). Herein, three low-cost PTQ derivative donors, PTQ17, PTQ18, and PTQ19 are developed by synergistic ternary copolymerization and side chain optimization of utilizing different benzothiadiazole (BT) units, to fine-tune molecular self-assembly morphology. PTQ17, containing difluorinated BT, shows the tightest π-π packing and strongest molecular crystallinity, leading to excessive molecular aggregation and phase separation morphology in active layer. In contrast, PTQ19, containing dialkoxy-substituted BT, has the weakest molecular crystallinity, resulting in the worst long-range ordered molecular packing and the smallest phase domains in active layer. Remarkably, PTQ18, containing monofluorinated and monoalkoxy-substituted BT, has moderate molecular crystallinity and the best compatibility with acceptor, resulting in the most ideal microscopic morphology of active layer with desirable domain size and phase separation features. In result, the PTQ18-based binary OSC achieves an outstanding efficiency of 19.68%; and further optimized energy level alignment leads to an enhanced PCE of 20.06% in the PTQ18-based ternary device. This work demonstrates the importance of self-assembly morphology modification of organic photovoltaic molecules in improving performance of OSCs, and it has guiding role in design of high-performance organic photovoltaic materials.
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