π‐Extended Narrow‐Bandgap Diketopyrrolopyrrole‐Based Oligomers for Solution‐Processed Inverted Organic Solar Cells

材料科学 有机太阳能电池 聚合物太阳能电池 带隙 噻吩 能量转换效率 混合太阳能电池 低聚物 光电子学 接受者 光化学 聚合物 高分子化学 有机化学 化学 复合材料 物理 凝聚态物理
作者
Woong Shin,Takuma Yasuda,Yu Hidaka,Go Watanabe,Ryota Arai,Keiro Nasu,Takahiro Yamaguchi,Wakako Murakami,K. Makita,Chihaya Adachi
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:4 (17) 被引量:47
标识
DOI:10.1002/aenm.201400879
摘要

A series of narrow‐bandgap π‐conjugated oligomers based on diketopyrrolopyrrole chromophoric units coupled with benzodithiophene, indacenodithiophene, thiophene, and isoindigo cores are designed and synthesized for application as donor materials in solution‐processed small‐molecule organic solar cells. The impacts of these different central cores on the optoelectronic and morphological properties, carrier mobility, and photovoltaic performance are investigated. These π‐extended oligomers possess broad and intense optical absorption covering the range from 550 to 750 nm, narrow optical bandgaps of 1.52–1.69 eV, and relatively low‐lying highest occupied molecular orbital (HOMO) energy levels ranging from −5.24 to −5.46 eV in their thin films. A high power conversion efficiency of 5.9% under simulated AM 1.5G illumination is achieved for inverted organic solar cells based on a small‐molecule bulk‐heterojunction system consisting of a benzodithiophene‐diketopyrrolopyrrole‐containing oligomer as a donor and [6,6]‐phenyl‐C 71 ‐butyric acid methyl ester (PC 71 BM) as an acceptor. Transmission electron microscopy and energy‐dispersive X‐ray spectroscopy reveal that interpenetrating and interconnected donor/acceptor domains with pronounced mesoscopic phase segregation are formed within the photoactive binary blends, which is ideal for efficient exciton dissociation and charge transport in the bulk‐heterojunction devices.

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