Perylene-Based Conjugated Polymers for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells: The Superior Role of the Alkyl Side Chain over Oligo(ethylene glycol)

乙二醇 烷氧基 共轭体系 侧链 聚合物 材料科学 高分子化学 烷基 苝 化学工程 化学 有机化学 分子 工程类
作者
Yuyan Zhang,Lifei He,Bing Zhang,Yaohang Cai,Yi Yuan,Jing Zhang,Peng Wang
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.3c01021
摘要

We synthesized two high HOMO energy level hole-transporting conjugated polymers, p-NP-E-BOC6-E and p-NP-E-BO2EG-E, through direct arylation polymerization. Copolymerization of 3,10-dibromo-1-(2-octyldodecyl)-1H-phenanthro[1,10,9,8-cdefg]carbazole with either 5,5′-(2,5-bis(hexyloxy)-1,4-phenylene)bis(3,4-ethylenedioxythiophene) or 5,5′-(2,5-bis(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)-1,4-phenylene)bis(3,4-ethylenedioxythiophene) yields the desired polymers. The presence of the (2-methoxyethoxy)ethoxy side chain, offering enhanced flexibility, results in higher hole mobility at the same hole density, probably due to a reduced π–π stacking distance within the conjugated backbone. Hexyloxy, exhibiting a stronger electron-donating ability than 2-methoxyethoxy–ethoxy, leads to higher hole density and enhanced conductivity under identical processing conditions. Moreover, both polymers display hole density-dependent mobility and conductivity. Notably, p-NP-E-BOC6-E exhibits a higher glass transition temperature and lower diffusion coefficient for external species, including 4-tert-butylpyridinium, bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, HI, and H2O. When employed as the p-doped hole transport layer in perovskite solar cells, p-NP-E-BOC6-E achieves an average efficiency of 21.6%, while p-NP-E-BO2EG-E reaches 20.4%. Remarkably, p-NP-E-BOC6-E demonstrates improved long-term operational stability and storage stability at 85 °C compared to p-NP-E-BO2EG-E. These findings emphasize the superior role of alkyl groups over oligo(ethylene glycol) in designing hole-transporting conjugated polymers for perovskite solar cells.
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