Fine-Tuning Energy Levels via Asymmetric End Groups Enables Polymer Solar Cells with Efficiencies over 17%

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作者
Zhenghui Luo,Ruijie Ma,Tao Liu,Jianwei Yu,Yiqun Xiao,Rui Sun,Guanshui Xie,Jun Yuan,Yuzhong Chen,Kai Chen,Gaoda Chai,Huiliang Sun,Jie Min,Jian Zhang,Yingping Zou,Chuluo Yang,Xinhui Lu,Feng Gao,He Yan
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:4 (6): 1236-1247 被引量:404
标识
DOI:10.1016/j.joule.2020.03.023
摘要

Generally, it is important to fine-tune the energy levels of donor and acceptor materials in the field of polymer solar cell (PSCs) to achieve a minimal highest occupied molecular orbital (HOMO) energy offset, which yet is still sufficient for charge separation. Based on the high-performance small-molecule acceptor (SMA) of BTP-4F, we modified the end groups of BTP-4F from IC-2F to CPTCN-Cl. It was found that when both end groups were substituted by CPTCN-Cl, the energy level upshift was too large that caused unfavorable energetic alignment, thus poor device performance. By using the strategy of asymmetric end groups, we were able to achieve near optimal energy level match, resulting in higher open-circuit voltage (VOC) and power conversion efficiency (PCE) compared with those given by the PM6:BTP-4F system. Our strategy can be useful and potentially applied to other material systems for maximizing efficiency of non-fullerene PSCs.
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