Effects of Cyano-Substituents on the Molecular Packing Structures of Conjugated Polymers for Bulk-Heterojunction Solar Cells

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作者
Hyojung Cha,Hyoung Nam Kim,Tae Kyu An,Moon Sung Kang,Soon‐Ki Kwon,Yun‐Hi Kim,Chan Eon Park
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:6 (18): 15774-15782 被引量:37
标识
DOI:10.1021/am502795y
摘要

The molecular packing structures of two conjugated polymers based on alkoxy naphthalene, one with cyano-substituents and one without, have been investigated to determine the effects of electron-withdrawing cyano-groups on the performance of bulk-heterojunction solar cells. The substituted cyano-groups facilitate the self-assembly of the polymer chains, and the cyano-substituted polymer:PC71BM blend exhibits enhanced exciton dissociation to PC71BM. Moreover, the electron-withdrawing cyano-groups lower the highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) levels of the conjugated polymer, which leads to a higher open circuit voltage (V(OC)) and a lower energy loss during electron transfer from the donor to the acceptor. A bulk-heterojunction device fabricated with the cyano-substituted polymer:PC71BM blend has a higher V(OC) (0.89 V), a higher fill factor (FF) (51.4%), and a lower short circuit current (J(SC)) (7.4 mA/cm(2)) than that of the noncyano-substituted polymer:PC71BM blend under AM 1.5G illumination with an intensity of 100 mW cm(-2). Thus, the cyano-substitution of conjugated polymers may be an effective strategy for optimizing the domain size and crystallinity of the polymer:PC71BM blend, and for increasing V(OC) by tuning the HOMO and LUMO energy levels of the conjugated polymer.

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