Regulating Phase Separation Kinetics for High‐Efficiency and Mechanically Robust All‐Polymer Solar Cells

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作者
Jianqiu Wang,Yafei Wang,Kaihu Xian,Jiawei Qiao,Zhihao Chen,Pengqing Bi,Tao Zhang,Zhong Zheng,Xiaotao Hao,Long Ye,Shaoqing Zhang,Jianhui Hou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (1): e2305424-e2305424 被引量:49
标识
DOI:10.1002/adma.202305424
摘要

Abstract All‐polymer solar cells (all‐PSCs) possess excellent operation stability and mechanical robustness than other types of organic solar cells, thereby attracting considerable attention for wearable flexible electron devices. However, the power conversion efficiencies (PCEs) of all‐PSCs are still lagging behind those of small‐molecule‐acceptor‐based systems owing to the limitation of photoactive materials and unsatisfactory blend morphology. In this work, a novel terpolymer, denoted as PBDB‐TFCl (poly4,8‐bis(5‐(2‐ethylhexyl)‐4‐fluorothiophen‐2‐yl)benzo[1,2‐b:4,5‐b″]dithiophene‐1,3‐bis(2‐ethylhexyl)‐5,7‐di(thiophen‐2‐yl)‐4 H ,8 H ‐benzo[1,2‐c:4,5‐c″]dithiophene‐4,8‐dione‐4,8‐bis(4‐chloro‐5‐(2‐ethylhexyl)thiophen‐2‐yl)benzo[1,2‐b:4,5‐b′]dithiophene), is used as an electron donor coupled with a ternary strategy to optimize the performance of all‐PSCs. The addition of PBDB‐TCl unit deepens the highest occupied molecular orbital energy level, reducing voltage losses. Moreover, the introduction of the guest donor (D18‐Cl) effectively regulates the phase‐transition kinetics of PBDB‐TFCl:D18‐Cl:PY‐IT during the film formation, leading to ideal size of aggregations and enhanced crystallinity. PBDB‐TFCl:D18‐Cl:PY‐IT devices exhibit a PCE of 18.6% (certified as 18.3%), judged as the highest value so far obtained with all‐PSCs. Besides, based on the ternary active layer, the manufactured 36 cm 2 flexible modules exhibit a PCE of 15.1%. Meanwhile, the ternary PSCs exhibit superior photostability and mechanical stability. In summary, the proposed strategy, based on molecular design and the ternary strategy, allows optimization of the all‐polymer blend morphology and improvement of the photovoltaic performance for stable large‐scale flexible PSCs.
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