A 3,3′‐Difluoro‐2,2′‐Bithiophene Based Donor Polymer Realizing High Efficiency (>17%) Single Junction Binary Organic Solar Cells

有机太阳能电池 材料科学 二进制数 聚合物 p-n结 光电子学 半导体 复合材料 数学 算术
作者
Zhiyi Su,Wenlong Liu,Yi Lin,Zaifei Ma,Andong Zhang,Hao Lu,Xinjun Xu,Cuihong Li,Yahui Liu,Zhishan Bo
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (35): e2310028-e2310028 被引量:4
标识
DOI:10.1002/smll.202310028
摘要

In this study, two novel donor-acceptor (D-A) copolymers are designed and synthesized, DTBT-2T and DTBT-2T2F with 2,2'-bithiophene or 3,3'-difluoro-2,2'-bithiophene as the donor unit and dithienobenzothiadiazole as the acceptor unit, and used them as donor materials in non-fullerene organic solar cells (OSCs). Due to enhanced planarity of polymer chains resulted by the intramolecular F···S noncovalent interactions, the incorporation of 3,3'-difluoro-2,2'-bithiophene unit instead of 2,2'-bithiophene into the polymers can enhance their molecular packing, crystallinity and hole mobility. The DTBT-2T:L8-BO based binary OSCs deliver a power conversion efficiency (PCE) of only 9.71% with a Voc of 0.78 V, a Jsc of 20.69 mA cm-2 , and an FF of 59.67%. Moreover, the introduction of fluoro atoms can lower the highest occupied molecular orbital levels. As a result, DTBT-2T2F:L8-BO based single-junction binary OSCs exhibited less recombination loss, more balanced charge mobility, and more favorable morphology, resulting in an impressive PCE of 17.03% with a higher Voc of 0.89 V, a Jsc of 25.40 mA cm-2, and an FF of 75.74%. These results indicate that 3,3'-difluoro-2,2'-bithiophene unit can be used as an effective building block to synthesize high performance polymer donor materials. This work greatly expands the selection range of donor units for constructing high-performance polymers.
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