Balancing Solubility and Efficiency by BDF–FBTz Polymer Donors for Realizing 20% Non‐Halogenated‐Solvent‐Processed Organic Solar Cells

材料科学 溶解度 光伏系统 有机太阳能电池 能量转换效率 三元运算 聚合物 溶解度参数 化学工程 甲苯 极化率 聚合物太阳能电池 共聚物 聚合物混合物 偶极子 摩尔质量 二乙醇胺 相容性(地球化学)
作者
Chentong Liao,Chunhong Zhou,Zhaolong Liu,H Wang,Xinxin Xia,Min Deng,Xiaopeng Xu,Qiang Peng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.75930
摘要

ABSTRACT Organic solar cells (OSCs) are promising next‐generation photovoltaic technologies, but their practical deployment is limited by polymer donors (PDs) that lack both high efficiency and compatibility with non‐halogenated solvents. Herein, we present a molecular design strategy that alleviates the trade‐off between performance and solubility by weakening polarizability and enhancing dipole moments to better match Hansen solubility parameters (HSPs). Guided by this concept, we design benzo[1,2‐b:4,5‐b′]difuran–difluorobenzo[d]thiazole (BDF–FBTz)‐based PDs, namely PBFuT‐F and PBFuT‐Cl, which show optical bandgaps and energy levels complementary to Y‐series non‐fullerene acceptors. PBFuT‐Cl exhibits optimized aggregation, a lower HOMO level, and good face‐on stacking. The PBFuT‐Cl:L8‐BO blends display excellent processability in non‐halogenated solvents (toluene, o ‐xylene, tetrahydrofuran, and dihydropyran), affording power conversion efficiencies (PCEs) of 19.49%, 19.25%, 19.17% and 17.59%, respectively. Moreover, the ternary blend OSCs based on PBFuT‐Cl:L8‐BO:BTP‐eC9 processed from toluene achieve a PCE of 20.30%, which is the highest value so far for BDF‐based PDs. The results demonstrate that BDF–FBTz copolymers can balance solubility and efficiency while broadening the non‐halogenated‐solvent processing window for OSCs.
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