Designing 1,5‐Naphthyridine‐2,6‐dione‐Based Conjugated Polymers for Higher Crystallinity and Enhanced Light Absorption to Achieve 9.63% Efficiency Polymer Solar Cells

材料科学 结晶度 聚合物太阳能电池 聚合物 摩尔吸收率 接受者 共轭体系 活动层 吸收(声学) 噻吩 能量转换效率 化学工程 图层(电子) 光电子学 纳米技术 复合材料 有机化学 光学 化学 工程类 物理 薄膜晶体管 凝聚态物理
作者
Won Sik Yoon,Dong Won Kim,Minwoo Choi,Jun‐Mo Park,Soo Young Park
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (2) 被引量:19
标识
DOI:10.1002/aenm.201701467
摘要

Abstract Highly crystalline conjugated polymers represent a key material for producing high‐performance thick‐active‐layer polymer solar cells (PSCs). However, despite their potential, a limited number of crystalline polymers are used in PSCs because of the lack of highly coplanar acceptor building blocks and insufficient light absorptivity (α < 105) of most donor (D)–acceptor (A)‐type polymers. This study reports a series of novel 3,7‐di(thiophen‐2‐yl)‐1,5‐naphthyridine‐2,6‐dione (NTDT) acceptor‐based conjugated polymers, PNTDT‐2T, PNTDT‐TT, and PNTDT‐2F2T, synthesized with 2,2′‐bithiophene (2T), thieno[3,2‐b]thiophene (TT), and 3,3′‐difluoro‐2,2′‐bithiophene (2F2T) donor units, respectively. PNTDT‐2F2T exhibits superior polymer crystallinity and a much higher absorption coefficient than those of PNTDT‐2T or PNTDT‐TT because of adequate matching between highly coplanar A (NTDT) and D (2F2T) building blocks. A bulk heterojunction solar cell based on PNTDT‐2F2T exhibits a power conversion efficiency of up to 9.63%, with a high short circuit current of 18.80 mA cm−2 and fill factor of 0.70, when a thick active layer (>200 nm) is used, without postfabrication hot processing. The findings demonstrate that the polymer crystallinity and absorption coefficient can be effectively controlled by selecting appropriate D and A building blocks, and that NTDT is a novel and versatile A building block for highly efficient thick‐active‐layer PSCs.
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