Benzotriazole-based Polymer Acceptors with Precise Structures for All-polymer Solar Cells

doi:10.7503/cjcu20230129

Abstract

Abstract:

In this contribution， two polymer acceptors（PT1-γ and PT1-δ） based on benzotriazole（BTz） were designed and synthesized by regulating the polymerization sites. The effects of polymerization sites on the optical absorption， electrochemical energy levels， charge carrier mobility， and device performance of all-polymer solar cells （all-PSCs） were comprehensively investigated. Compared to PT1-δ， the polymer PT1-γ exhibited narrower optical bandgap and higher electron mobility. As a result， the PT1-γ-based all-PSC achieved a promising power conversion efficiency（PCE） of 11.92% with an open-circuit voltage of 0.89 V， a high short-circuit current density of 21.25 mA/cm²， and a fill factor of 0.63 when blended with PBDB-T， which is higher than 9.68% of the all-PSC based on PT1-δ. This work demonstrates that the polymerization site has a very significant effect on the optoelectronic properties of benzotriazole-based polymer acceptors. Therefore， regulating the polymerization sites of monomers is an effective design strategy for the development of high-performance polymer acceptors.

Key words: All-polymer solar cell, Polymer acceptor, Benzotriazole, Polymerization site

CLC Number:

O631.1

TrendMD:

ZHANG Yue, WU Baoqi, TIAN Shizeng, HUANG Xuelong, LI Junyu, PAN Langheng, HUANG Fei, CAO Yong, DUAN Chunhui. Benzotriazole-based Polymer Acceptors with Precise Structures for All-polymer Solar Cells[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(7): 20230129.

Figures/Tables 9

Table 1 Photovoltaic parameters of the all-PSCs based on PBDB-T∶PT1-γ and PBDB-T∶PT1-δ

Blend system	V $O C a$ /V	J $S C a$ /（mA·cm^-2）	J $c a l b$ /（mA·cm^-2）	FF（%） ^a	PCE（%） ^a
PBDB⁃T∶PT1⁃γ	0.89（0.89±0.01）	21.25（20.88±0.59）	20.67	0.63（0.63±0.01）	11.92（11.56±0.24）
PBDB⁃T∶PT1⁃δ	0.92（0.92±0.01）	17.25（17.14±0.08）	16.59	0.61（0.61±0.01）	9.68（9.53±0.13）

Table 1 Photovoltaic parameters of the all-PSCs based on PBDB-T∶PT1-γ and PBDB-T∶PT1-δ

Blend system	V $O C a$ /V	J $S C a$ /（mA·cm^-2）	J $c a l b$ /（mA·cm^-2）	FF（%） ^a	PCE（%） ^a
PBDB⁃T∶PT1⁃γ	0.89（0.89±0.01）	21.25（20.88±0.59）	20.67	0.63（0.63±0.01）	11.92（11.56±0.24）
PBDB⁃T∶PT1⁃δ	0.92（0.92±0.01）	17.25（17.14±0.08）	16.59	0.61（0.61±0.01）	9.68（9.53±0.13）

Table 2 GIWAXS parameters of the neat polymer films and blend films based on PBDB-T∶PT1- γ and PBDB-T∶PT1- δ

Sample	IP		OOP
Sample	（100） distance/nm	CCL/nm	（010） distance/nm	CCL/nm
PBDB⁃T	2.143	6.896	0.367	2.356
PT1⁃γ	2.027	5.655	0.383	1.767
PT1⁃δ	2.244	5.770	0.380	1.488
PBDB⁃T∶PT1⁃γ	2.244	6.016	0.370	1.131
PBDB⁃T∶PT1⁃δ	2.244	5.285	0.370	0.975

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