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

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.

Fan, Qunping,1989Soochow University,Chalmers tekniska högskola,Chalmers University of Technology(Swepub:cth)qunping (författare)
Xiong, MinghaiSoochow University (författare)
Wang, QiutangXi'an Jiaotong University (författare)
Chen, KaiXi'an Jiaotong University (författare)
Liu, HaiqinDonghua University (författare)
Gao, MengyuanTianjin University (författare)
Ye, LongNorth Carolina State University,Tianjin University (författare)
Guo, XiaSoochow University (författare)
Fang, JinSoochow University (författare)
Guo, QingSoochow University (författare)
Su, WenyanChalmers tekniska högskola,Chalmers University of Technology (författare)
Ma, Z. F.Donghua University (författare)
Tang, Z.Donghua University (författare)
Wang, Ergang,1981Chalmers tekniska högskola,Chalmers University of Technology(Swepub:cth)ergang (författare)
Ade, HaraldNorth Carolina State University (författare)
Zhang, MaojieSoochow University (författare)
Soochow UniversityChalmers tekniska högskola (creator_code:org_t)

Av författaren/redakt...: Wu, Jingnan; Fan, Qunping, 19 ...; Xiong, Minghai; Wang, Qiutang; Chen, Kai; Liu, Haiqin; visa fler...; Gao, Mengyuan; Ye, Long; Guo, Xia; Fang, Jin; Guo, Qing; Su, Wenyan; Ma, Z. F.; Tang, Z.; Wang, Ergang, 19 ...; Ade, Harald; Zhang, Maojie; visa färre...

Om ämnet

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER: TEKNIK OCH TEKNO ...; och Samhällsbyggnads ...; och Byggproduktion

Kungliga biblioteket hanterar dina personuppgifter i enlighet med EU:s dataskyddsförordning (2018), GDPR. Läs mer om hur det funkar här.
Så här hanterar KB dina uppgifter vid användning av denna tjänst.