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Understanding the Morphology of High-performance Solar Cells Based on a Low Cost Polymer Donor

DOI:10.1021/acsami.9b22666 期刊:ACS Applied Materials & Interfaces 出版年份:2020 更新时间:2025-09-19 17:13:59
摘要: A low cost and high performance bulk heterojunction (BHJ) solar cell comprising an emerging polymer donor, poly[(thiophene)-alt-(6,7-difluoro-2-(2-hexyldecyloxy)quinoxaline)] (PTQ10), shows an efficiency of 12.7%. To improve performance of the solar cells, a better understanding of the structure-property relationships of the PTQ10-based devices is crucial. Here, we fabricate PTQ10/nonfullerene and fullerene BHJ devices, including PTQ10/IDIC, PTQ10/ITIC, and PTQ10/PC71BM, processed with or without thermal annealing and additive, provide detailed descriptions of the relationships between the morphology and performance. PTQ10 is found to be highly miscible with nonfullerene IDIC and ITIC acceptors, and poorly miscible with fullerene PC71BM acceptors. Thermal annealing promotes the crystallization of PTQ10 and phase separation of all PTQ10/IDIC, PTQ10/ITIC, and PTQ10/PC71BM devices, leading to an increased power conversion efficiencies (PCE) of the PTQ10/IDIC and PTQ10/ITIC devices but a decreased PCE of PTQ10/PC71BM devices with 1,8-di-iodooctane (DIO) additive. Without thermal annealing, DIO greatly improves the morphology of PTQ10/PC71BM, leading to a higher PCE. The results show that the degree of phase separation and ordering in the PTQ10-based devices significantly influence device performance. The morphology-property correlations demonstrated will assist in the rational design of this low cost polymer donor based solar cells to achieve even higher performance.
作者: Zhengqing Xu,Fei Pan,Chenkai Sun,Song Hong,Shanshan Chen,Changduk Yang,Zhiguo Zhang,Yao Liu,Thomas P. Russell,Yongfang Li,Dong Wang
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研究概述 实验方案 设备清单

To improve the performance of solar cells based on the low-cost polymer donor PTQ10 by understanding the structure-property relationships and the effects of processing conditions on the morphology and performance of PTQ10-based devices.

The study demonstrates that the morphology of PTQ10-based solar cells, influenced by the choice of acceptor and processing conditions, significantly affects device performance. Thermal annealing and the use of additives like DIO can optimize the morphology for higher efficiency, but the effects vary depending on the acceptor used.

The study focuses on the morphology and performance of PTQ10-based devices with specific acceptors (IDIC, ITIC, PC71BM) and processing conditions (thermal annealing, DIO additive). The generalizability to other acceptors or processing conditions is not explored.

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