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Over 17.6% Efficiency Organic Photovoltaic Devices with Two Compatible Polymer Donors
Solar RRL ( IF 6.0 ) Pub Date : 2021-05-13 , DOI: 10.1002/solr.202100175 Chunyu Xu 1 , Xiaoling Ma 1 , Zijin Zhao 1 , Mengyun Jiang 2 , Zhenghao Hu 1 , Jinhua Gao 1 , Zhengqi Deng 3 , Zhengji Zhou 4 , Qiaoshi An 2 , Jian Zhang 3 , Fujun Zhang 1
Solar RRL ( IF 6.0 ) Pub Date : 2021-05-13 , DOI: 10.1002/solr.202100175 Chunyu Xu 1 , Xiaoling Ma 1 , Zijin Zhao 1 , Mengyun Jiang 2 , Zhenghao Hu 1 , Jinhua Gao 1 , Zhengqi Deng 3 , Zhengji Zhou 4 , Qiaoshi An 2 , Jian Zhang 3 , Fujun Zhang 1
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Efficient ternary blend organic photovoltaic devices (OPVs) are built based on a D18-Cl:Y6 host system and star polymer donor PM6 as the third component. A power conversion efficiency (PCE) of 16.89% is achieved in D18-Cl:Y6 host binary OPVs, with a short-circuit current density (J
SC) of 25.31 mA cm−2, an open-circuit voltage (V
OC) of 0.878 V, and a fill factor (FF) of 75.81%. Upon incorporating appropriate PM6 in active layers, the PCE of optimal ternary blend OPVs can be increased to 17.61%, benefiting from a J
SC of 26.35 mA cm−2, a V
OC of 0.871 V, and an FF of 76.82%. Polymers D18-Cl and PM6 have good compatibility and similar highest occupied molecular orbital (HOMO) levels, which enable to form D18-Cl:PM6 alloyed states for efficient hole transport in ternary blend active layers. Meanwhile, trap density in ternary blend active layers is decreased by incorporating PM6, which is conducive to weaken charge recombination in ternary blend active layers. The gradually varied V
OC values of ternary blend OPVs can be well explained from the varied HOMO levels of D18-Cl:PM6 alloyed states. The results indicate that two compatible polymer donors with similar HOMO levels have great potential in achieving efficient ternary blend OPVs.
中文翻译:
具有两个兼容聚合物供体的效率超过 17.6% 的有机光伏器件
高效的三元共混有机光伏器件 (OPV) 基于 D18-Cl:Y6 主体系统和星形聚合物供体 PM6 作为第三组分构建。在 D18-Cl:Y6 宿主二元 OPV 中实现了 16.89% 的功率转换效率 (PCE),短路电流密度 ( J SC ) 为 25.31 mA cm -2,开路电压 ( V OC ) 为0.878 V,填充因子 (FF) 为 75.81%。在活性层中加入适当的 PM6 后,最佳三元混合 OPV 的 PCE 可以增加到 17.61%,受益于26.35 mA cm -2的J SC,V OC 0.871 V,FF 为 76.82%。聚合物 D18-Cl 和 PM6 具有良好的相容性和相似的最高占据分子轨道 (HOMO) 能级,这能够形成 D18-Cl:PM6 合金态,从而在三元共混活性层中实现有效的空穴传输。同时,PM6的掺入降低了三元共混活性层中的陷阱密度,有利于削弱三元共混活性层中的电荷复合。三元混合物 OPV逐渐变化的V OC值可以从 D18-Cl:PM6 合金态的不同 HOMO 水平很好地解释。结果表明,具有相似 HOMO 水平的两种相容聚合物供体在实现高效三元共混 OPV 方面具有巨大潜力。
更新日期:2021-05-13
中文翻译:
具有两个兼容聚合物供体的效率超过 17.6% 的有机光伏器件
高效的三元共混有机光伏器件 (OPV) 基于 D18-Cl:Y6 主体系统和星形聚合物供体 PM6 作为第三组分构建。在 D18-Cl:Y6 宿主二元 OPV 中实现了 16.89% 的功率转换效率 (PCE),短路电流密度 ( J SC ) 为 25.31 mA cm -2,开路电压 ( V OC ) 为0.878 V,填充因子 (FF) 为 75.81%。在活性层中加入适当的 PM6 后,最佳三元混合 OPV 的 PCE 可以增加到 17.61%,受益于26.35 mA cm -2的J SC,V OC 0.871 V,FF 为 76.82%。聚合物 D18-Cl 和 PM6 具有良好的相容性和相似的最高占据分子轨道 (HOMO) 能级,这能够形成 D18-Cl:PM6 合金态,从而在三元共混活性层中实现有效的空穴传输。同时,PM6的掺入降低了三元共混活性层中的陷阱密度,有利于削弱三元共混活性层中的电荷复合。三元混合物 OPV逐渐变化的V OC值可以从 D18-Cl:PM6 合金态的不同 HOMO 水平很好地解释。结果表明,具有相似 HOMO 水平的两种相容聚合物供体在实现高效三元共混 OPV 方面具有巨大潜力。