Regioregular Narrow‐Bandgap n‐Type Polymers with High Electron Mobility Enabling Highly Efficient All‐Polymer Solar Cells

材料科学 酰亚胺 带隙 聚合物 电子迁移率 三元运算 电子受体 光电子学 轨道能级差 能量转换效率 高分子化学 光化学 有机化学 复合材料 分子 化学 程序设计语言 计算机科学
作者
Huiliang Sun,Bin Liu,Yunlong Ma,Jin‐Woo Lee,Jie Yang,Junwei Wang,Yongchun Li,Bangbang Li,Kui Feng,Yongqiang Shi,Baohua Zhang,Dongxue Han,Hong Meng,Li Niu,Bumjoon J. Kim,Qingdong Zheng,Xugang Guo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (37) 被引量:178
标识
DOI:10.1002/adma.202102635
摘要

Abstract Narrow‐bandgap n‐type polymers with high electron mobility are urgently demanded for the development of all‐polymer solar cells (all‐PSCs). Here, two regioregular narrow‐bandgap polymer acceptors, L15 and MBTI, with two electron‐deficient segments are synthesized by copolymerizing two dibrominated fused‐ring electron acceptors (FREA) with distannylated aromatic imide, respectively. Taking full advantage of the FREA and the imide, both polymer acceptors show narrow bandgap and high electron mobility. Benefiting from the more extended absorption, better backbone ordering, and higher electron mobility than those of its regiorandom analog, the L15‐based all‐PSC yields a high power conversion efficiency (PCE) of 15.2% when blended with the polymer donor PM6. More importantly, MBTI incorporating a benzothiophene‐core FREA segment shows relatively higher frontier molecular orbital levels than L15, forming a cascade‐like energy level alignment with L15 and PM6. Based on this, ternary all‐PSCs are designed where MBTI is introduced as a guest into the PM6:L15 host system. Thanks to further optimal blend morphology and more balanced charge transport, the PCE is improved up to 16.2%, which is among the highest values for all‐PSCs. The results demonstrate that combining an FREA and an aromatic imide to construct regioregular narrow‐bandgap polymer acceptors provides an effective approach to fabricate highly efficient all‐PSCs.
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