A Pyrazinyl Wide‐Bandgap Polymer Donor Yields 19.35% Efficiency in Tandem Organic Solar Cells

串联 材料科学 有机太阳能电池 能量转换效率 带隙 吸收(声学) 聚合物太阳能电池 光电子学 聚合物 接受者 吡嗪 有机化学 复合材料 化学 凝聚态物理 物理
作者
Huazhe Liang,Kangqiao Ma,Shuhui Ding,Wenkai Zhao,Xiaodong Si,Xiangjian Cao,Zhaoyang Yao,Tainan Duan,Guankui Long,Chenxi Li,Xiangjian Wan,Yongsheng Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (42) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/aenm.202402370
摘要

Abstract In series‐connected tandem organic solar cells (TOSCs), various light‐harvesting molecules with complementary absorptions are explored with the aim of collaboratively utilizing solar light to the maximum extent. In sharp contrast to the small molecular acceptors that possessing almost the successively tunable bandgaps, high‐performance wide‐bandgap (WBG) polymer donors in TOSCs are quite scarce, with only PM6 (optical bandgaps, Egopt = 1.80 eV) and D18 (Egopt = 1.98 eV) being widely used. Herein, to develop WBG polymer donors with large open‐circuit voltages (VOC) and high‐energy photon absorption, two pyrazinyl polymer donors, PPy1 and PPy2, are synthesized with branched 2‐butyloctyl and n‐dodecyl chains on polymeric backbones, respectively, demonstrating the downshifted highest occupied molecular orbital energy levels of ≈−5.60 eV and thus afford Egopt over 2.0 eV. Consequently, when blending with a WBG acceptor F‐ThCl, PPy2:F‐ThCl‐based devices exhibit a higher power conversion efficiency (PCE) of 14.50% and fill factor of 77.66%. In light of its large VOC of 1.07 V, TOSCs based on PPy2 are further fabricated and exhibit an impressive PCE of 19.35% by using a narrow bandgap blend of PM6:CH1007:F‐2F as a rear cell. This work demonstrates the great potential of pyrazine units in constructing WBG polymer donors for achieving record‐breaking TOSCs.
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