Carboxylate substituted pyrazine: A simple and low-cost building block for novel wide bandgap polymer donor enables 15.3% efficiency in organic solar cells

材料科学 有机太阳能电池 带隙 吡嗪 能量转换效率 堆积 光伏系统 接受者 结晶度 电子供体 电子受体 光电子学 聚合物 光化学 有机化学 化学 电气工程 催化作用 复合材料 工程类 物理 凝聚态物理
作者
Jingnan Wu,Qunping Fan,Minghai Xiong,Qiutang Wang,Kai Chen,Haiqin Liu,Mengyuan Gao,Long Ye,Xia Guo,Fang Jin,Qing Guo,Wenyan Su,Zaifei Ma,Zheng Tang,Ergang Wang,Harald Ade,Maojie Zhang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:82: 105679-105679 被引量:64
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105679
摘要

In addition to high power conversion efficiency (PCE) and good stability, the low-cost of photovoltaic materials is also very important for the practical application of organic solar cells (OSCs). Herein, we synthesized a carboxylate substituted pyrazine-based electron-deficient building block (DTCPz) with a simple structure and low synthetic cost, and then developed a novel wide bandgap polymer donor PFBCPZ. Due to the synergistic electron-withdrawing effects of the fluorination in donor unit (BDT-TF) and esterification and C=N double-bond in DTCPz unit, PFBCPZ shows a deeper HOMO level of −5.60 eV, a strong intermolecular π-π interaction, good crystallinity and stacking, and high hole-mobility of 2.11 × 10−3 cm2 V−1 s−1. Matched with a low bandgap acceptor IT-4F, excellent charge transfer, weak recombination, and small non-radiative energy loss in OSCs was achieved, resulting in an impressive fill factor of 0.785 and a high open-circuit voltage of 0.92 V. As a result, a PCE of up to 15.3% is obtained in OSCs, which is the highest value in the IT-4F-based binary OSCs so far and indicates that low-cost DTCPz with a simple structure is a promising building block to construct high-performance polymer donors for application in efficient OSCs.
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