Geometry design of tethered small-molecule acceptor enables highly stable and efficient polymer solar cells

接受者 聚合物 材料科学 分子 结晶度 能量转换效率 小分子 热稳定性 噻吩 有机太阳能电池 玻璃化转变 芯(光纤) 化学物理 化学 光电子学 有机化学 复合材料 物理 生物化学 凝聚态物理
作者
Yang Bai,Ze Zhang,Qiuju Zhou,Hua Geng,Qi Chen,Seoyoung Kim,Rui Zhang,Cen Zhang,Bowen Chang,Shangyu Li,Hongyuan Fu,Ling‐Wei Xue,Haiqiao Wang,Wenbin Li,Weihua Chen,Mengyuan Gao,Long Ye,Yuanyuan Zhou,Yanni Ouyang,Chunfeng Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:106
标识
DOI:10.1038/s41467-023-38673-5
摘要

With the power conversion efficiency of binary polymer solar cells dramatically improved, the thermal stability of the small-molecule acceptors raised the main concerns on the device operating stability. Here, to address this issue, thiophene-dicarboxylate spacer tethered small-molecule acceptors are designed, and their molecular geometries are further regulated via the thiophene-core isomerism engineering, affording dimeric TDY-α with a 2, 5-substitution and TDY-β with 3, 4-substitution on the core. It shows that TDY-α processes a higher glass transition temperature, better crystallinity relative to its individual small-molecule acceptor segment and isomeric counterpart of TDY-β, and a more stable morphology with the polymer donor. As a result, the TDY-α based device delivers a higher device efficiency of 18.1%, and most important, achieves an extrapolated lifetime of about 35000 hours that retaining 80% of their initial efficiency. Our result suggests that with proper geometry design, the tethered small-molecule acceptors can achieve both high device efficiency and operating stability.
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