Bihalogenated Thiophene-Based Terpolymers for High-Performance Semitransparent Organic Solar Cells Processed by an Eco-Friendly Solvent and Layer-by-Layer Deposition

材料科学 图层(电子) 光活性层 噻吩 有机太阳能电池 能量转换效率 聚合物太阳能电池 化学工程 活动层 纳米技术 光电子学 有机化学 聚合物 复合材料 化学 薄膜晶体管 工程类
作者
Sung Jae Jeon,Nam Gyu Yang,Young Hoon Kim,Ji Hee Yun,Doo Kyung Moon
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (33): 38031-38047 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsami.2c10286
摘要

The development of photoactive materials simultaneously satisfying high performance, low cost, and eco-friendly processability remains challenging in organic solar cells (OSCs). Herein, a synergistic strategy is proposed to design three terpolymers (PM7(ClCl = 0.2), PM7(ClBr = 0.2), and PM7(BrBr = 0.2)) based on bihalogenated thiophenes with relatively low cost, for improving the optical and electrochemical properties, solubility in nontoxic solvents, and crystallinity and miscibility balance. In summary, a bulk-heterojunction (BHJ)-processed device based on PM7(ClCl = 0.2) with 20% dichlorinated thiophene achieves the highest power conversion efficiency (PCE) of 15.2% using toluene (best PCE ≈ 15.8% on the ternary blend). Moreover, high-performance semitransparent OSCs (ST-OSCs) were fabricated by a combination of layer-by-layer (LBL) and sequential dynamic and static spin-coating techniques according to the molecular weight of PM7(ClCl = 0.2). Using this unique LBL strategy, the PM7(ClCl = 0.2)-MW (H; high molecular weight)-processed ST-OSCs yield a high PCE of 11.5% and an average visible transmittance (AVT) of 27.1% with outstanding tolerance to device reproducibility. By optimizing ST-OSCs with tungsten trioxide as a distributed Bragg reflector, a light utilization efficiency (LUE) of 3.61% is realized with a PCE of 10.8% and an AVT of 33.4% (certified PCE ≈ 11.157%; LUE ≈ 3.73%). This study provides a novel perspective for designing and developing actual photoactive materials for OSC commercialization.
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