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A Mixed-Ligand Strategy to Modulate P3HT Regioregularity for High-Efficiency Solar Cells

能量转换效率 结晶度 有机太阳能电池 配体(生物化学) 缩聚物 化学 聚合物 组合化学 化学工程 纳米技术 材料科学 有机化学 生物化学 光电子学 结晶学 受体 工程类
作者
Yang Liu,Kaihu Xian,Xuwen Zhang,Mengyuan Gao,Yong Shi,Kangkang Zhou,Yunfeng Deng,Jianhui Hou,Yanhou Geng,Long Ye
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:55 (8): 3078-3086 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.1c02404
摘要

Sustainable synthesis of polythiophenes (e.g., P3HT) is highly desired for the development of low-cost organic solar cells. Regulating the regioregularity of P3HT is a promising way to boost its performance. Yet, few eco-friendly methods can prepare P3HT with tunable regioregularity. Herein, we put forward a facile strategy to finely modulate the regioregularity of P3HT from 90% to 98% by tuning the molar ratio of two ligands in direct arylation polycondensation. Moreover, the ligand effect on regioregularity is well elucidated with DFT calculations, and the regioregularity effect of P3HT in non-fullerene solar cells is clarified for the first time. Our calorimetric, microscopic, and scattering results show that regioregularity strongly impacts the polymer crystallinity and phase separation, and device performance of the blend films. The P3HT batch with a regioregularity of 95% yields an unprecedented power conversion efficiency of 10.82%. Importantly, this realization firmly provides optimism for cheap materials such as polythiophenes, which are made via eco-friendly polycondensation for the application of solar cells and beyond.

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