Tetrahydrofuran Processable Organic Solar Cells with 19.45% Efficiency Realized by Introducing High Molecular Dipole Unit Into the Terpolymer

材料科学 有机太阳能电池 四氢呋喃 能量转换效率 三元运算 结晶度 溶解度 化学工程 卤素 光化学 纳米技术 光电子学 有机化学 烷基 溶剂 聚合物 化学 工程类 复合材料 计算机科学 程序设计语言
作者
Chentong Liao,Xiaopeng Xu,Tongyan Yang,Wuke Qiu,Yuwei Duan,Ruipeng Li,Liyang Yu,Qiang Peng
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
被引量:13
标识
DOI:10.1002/adma.202411071
摘要

Developing organic solar cells (OSCs) processable with halogen-free, non-aromatic solvents is crucial for practical applications, yet challenging due to the limited solubility of most photoactive materials. This study introduces high-performance terpolymers processable in tetrahydrofuran (THF) by incorporating dithienophthalimide (DPI) into the PM6 backbone. DPI extends the absorption band, lowers HOMO levels, and improves THF solubility and film crystallinity through its large dipole moment effect. Optimal PBD-10:L8-BO devices processed with THF achieved a competitive power conversion efficiency (PCE) of 18.79%, approaching chloroform-processed devices (19.04%). By introducing PBTz-F as a second donor, ternary OSCs reached an impressive 19.45% PCE when processed with THF. This improvement stems from enhanced photon generation, improved morphology, better charge transport, longer exciton lifetimes, efficient charge dissociation and collection, and suppressed recombination. These PCEs of 18.79% and 19.45% for binary and ternary blend OSCs, respectively, represent the highest reported efficiencies for OSCs processed with halogen-free, non-aromatic solvents. This work demonstrates significant progress in eco-friendly OSC fabrication, paving the way for more sustainable and commercially viable organic photovoltaic technologies.
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