“Double-Cable” Conjugated Polymers with Linear Backbone toward High Quantum Efficiencies in Single-Component Polymer Solar Cells

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作者
Guitao Feng,Junyu Li,Fallon J. M. Colberts,Mengmeng Li,Jianqi Zhang,Fan Yang,Yingzhi Jin,Fengling Zhang,René A. J. Janssen,Cheng Li,Weiwei Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:139 (51): 18647-18656 被引量:106
标识
DOI:10.1021/jacs.7b10499
摘要

A series of "double-cable" conjugated polymers were developed for application in efficient single-component polymer solar cells, in which high quantum efficiencies could be achieved due to the optimized nanophase separation between donor and acceptor parts. The new double-cable polymers contain electron-donating poly(benzodithiophene) (BDT) as linear conjugated backbone for hole transport and pendant electron-deficient perylene bisimide (PBI) units for electron transport, connected via a dodecyl linker. Sulfur and fluorine substituents were introduced to tune the energy levels and crystallinity of the conjugated polymers. The double-cable polymers adopt a "face-on" orientation in which the conjugated BDT backbone and the pendant PBI units have a preferential π-π stacking direction perpendicular to the substrate, favorable for interchain charge transport normal to the plane. The linear conjugated backbone acts as a scaffold for the crystallization of the PBI groups, to provide a double-cable nanophase separation of donor and acceptor phases. The optimized nanophase separation enables efficient exciton dissociation as well as charge transport as evidenced from the high-up to 80%-internal quantum efficiency for photon-to-electron conversion. In single-component organic solar cells, the double-cable polymers provide power conversion efficiency up to 4.18%. This is one of the highest performances in single-component organic solar cells. The nanophase-separated design can likely be used to achieve high-performance single-component organic solar cells.
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