Isomeric Effect of Wide Bandgap Polymer Donors with High Crystallinity to Achieve Efficient Polymer Solar Cells

结晶度 部分 聚合物 材料科学 分子内力 带隙 轨道能级差 吸收(声学) 聚合物太阳能电池 结晶学 化学物理 高分子化学 化学 立体化学 分子 有机化学 光电子学 复合材料
作者
Qian Xie,Yikun Liu,Xunfan Liao,Yongjie Cui,Shaorong Huang,Lei Hu,Qiannan He,Lie Chen,Yiwang Chen
出处
期刊:Macromolecular Rapid Communications [Wiley]
卷期号:41 (23) 被引量:15
标识
DOI:10.1002/marc.202000454
摘要

Abstract Two highly crystalline polymer donors (PBTz4T2C‐a, PBTz4T2C‐b) with isomers (4T2C‐a, 4T2C‐b) are synthesized and applied in polymer solar cells. The developed polymers possess proper energy levels and complementary absorption with an efficient electron acceptor IT2F. It is interesting that the photophysical properties, crystallinity, and active layer morphology characteristic can be significantly changed by just slightly regulating the substitution position of the carboxylate groups. A series of simulation calculations of the two isomers are conducted in the geometry and electronic properties to explore the difference induced by the position adjustment of carboxylate groups. The results decipher that 4T2C‐b moiety features much stronger intramolecular noncovalent S⋯O interactions compared to that of 4T2C‐a, implying a higher coplanarity and much stronger crystallinity, and leading to excessive phase separation in PBTz4T2C‐b:IT2F blend film. In contrast, PBTz4T2C‐a with 4T2C‐a moiety exhibits suitable crystallinity with a lower the highest occupied molecular orbital level, higher film absorption coefficient, and charge mobilities, resulting in a much higher power conversion efficiency of 11.02%. This research demonstrates that the molecular conformation is of great importance to be considered for developing high‐performance polymer donors.
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