Machine Learning-Assisted Polymer Design for Improving the Performance of Non-Fullerene Organic Solar Cells

有机太阳能电池 材料科学 富勒烯 聚合物 混溶性 聚合物太阳能电池 能量转换效率 化学工程 纳米技术 有机化学 光电子学 复合材料 化学 工程类
作者
Kakaraparthi Kranthiraja,Akinori Saeki
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (25): 28936-28944 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acsami.2c06077
摘要

Despite the progress in machine learning (ML) in terms of prediction of power conversion efficiency (PCE) in organic photovoltaics (OPV), the effectiveness of ML in practical applications is still lacking owing to the complex structure-property relationship. Therefore, verifying the potential of ML through experiments can amplify the use of ML models. Herein, we developed a new series of π-conjugated polymers comprising benzodithiophene and thiazolothiazole with fluorination and alkylthio chains (PBDTTzBO, PFSBDTTzBO, and PFBDTTzBO) for non-fullerene (NF) acceptors based on our random-forest ML model for OPVs. Notably, the order of the ML-predicted PCEs of these polymers with IT-4F (9.93, 11.35, and 11.47%) was in good agreement with their experimental PCEs (5.24, 7.35, and 10.30%). In contrast, an inverse correlation was observed between the predicted (9.20, 12.29, and 12.20%) and experimental (11.98, 1.57, and 6.53%) PCEs with Y6. Both the findings are interpreted in terms of surface morphology, transient photoconductivity, charge carrier mobility, polymer orientation, and miscibility, quantified by the Flory-Huggins parameters. Herein, we present an ML-assisted polymer design for high-performance non-fullerene organic photovoltaics (NFOPVs) and elucidate the importance of the subtle alterations in the morphology of NFOPVs.
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