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Enhancement of air stability and photovoltaic performance in organic solar cells by structural modulation of bis‐amide‐based donor‐acceptor copolymers: A computational insight
International Journal of Quantum Chemistry ( IF 2.3 ) Pub Date : 2020-10-28 , DOI: 10.1002/qua.26524 Labanya Bhattacharya 1 , Sagar Sharma 2 , Sridhar Sahu 1
International Journal of Quantum Chemistry ( IF 2.3 ) Pub Date : 2020-10-28 , DOI: 10.1002/qua.26524 Labanya Bhattacharya 1 , Sagar Sharma 2 , Sridhar Sahu 1
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The effect of structural modulation on a series of donor‐acceptor (D‐A) copolymers (1‐7), comprising of thieno[3,2‐b]thiophene (TT) donor and thiazole‐flanked different bis‐amide‐functionalized acceptor units, has been explored. Structural functionalization has been performed by incorporating aromatic rings in the bis‐amide‐functionalized bipyrrolylidene‐2,2′(1H,1′H)‐dione (BPD) (1) acceptor unit, and six D‐A copolymers containing isoindigo (2), azaisoindigo (3), benzoisoindigo (4), benzoazaisoindigo (5), 1,5‐naphthyridine‐BPD (6), and 1,8‐naphthyridine‐BPD (7) as acceptor units are designed. Density functional theory has been employed to understand the impact of structural modulation on geometrical, optoelectronic, charge transport, and photovoltaic properties of the copolymers. The higher proportion of N‐heteroatom in copolymers 3, 6, and 7 leads to low‐lying highest occupied molecular orbital (lowest unoccupied molecular orbital) levels and thus improves their air stability and open‐circuit voltage. The computed optical absorption in the visible range (602‐754 nm) ensures that the studied compounds can efficiently harvest photon energy. The ratio of charge transfer rate (KCT) and charge recombination rate (KCR) at donor/PC61BM interfaces of structurally tuned copolymers are found to be ∼107 to 1022 times higher than 1/PC61BM. The maximum predicted power conversion efficiency by Scharber diagram could reach up to ∼8% for 3, 6, and 7. The calculated results shed light on the fact that the structural modulation of bis‐amide‐functionalized D‐A copolymers can efficaciously lead to enhanced air stability and photovoltaic performance.
中文翻译：
通过基于双酰胺的供体-受体共聚物的结构调节增强有机太阳能电池的空气稳定性和光伏性能：计算洞察力
结构调制的一系列供体-受体的（d-A）共聚物（效果1 - 7），包括噻吩并[3,2-的b ]噻吩（TT）供体和噻唑侧翼不同双酰胺官能化的受主单位，已被探索。结构的官能化已经通过在双酰胺官能bipyrrolylidene -2,2'（1并入芳香环进行ħ，1' ħ） -二酮（BPD）（1）受体单元，以及含有isoindigo 6 d-A共聚物（2），azaisoindigo（3），benzoisoindigo（4），benzoazaisoindigo（5），1,5-萘啶BPD（6），并设计了1,8-萘啶-BPD（7）作为受体单元。密度泛函理论已被用来理解结构调制对共聚物的几何，光电，电荷传输和光伏性质的影响。的N-杂原子的在共聚物中的比例较高3，6，和7所导致低洼最高占据分子轨道（最低空分子轨道）水平，从而提高他们的空气中的稳定性和开路电压。计算得出的可见光范围（602-754 nm）中的光吸收率确保了所研究的化合物可以有效地收集光子能量。电荷转移率（K CT）与电荷复合率（K发现在结构调节的共聚物的供体/ PC 61 BM界面处的K CR）比1 / PC 61 BM高约10 7至10 22倍。通过沙伯图中的预测的最大功率转换效率可高达〜8％为3，6，和7。计算结果揭示了双酰胺官能化D-A共聚物的结构调节可以有效提高空气稳定性和光伏性能的事实。
更新日期：2020-10-28
中文翻译：
通过基于双酰胺的供体-受体共聚物的结构调节增强有机太阳能电池的空气稳定性和光伏性能：计算洞察力
结构调制的一系列供体-受体的（d-A）共聚物（效果1 - 7），包括噻吩并[3,2-的b ]噻吩（TT）供体和噻唑侧翼不同双酰胺官能化的受主单位，已被探索。结构的官能化已经通过在双酰胺官能bipyrrolylidene -2,2'（1并入芳香环进行ħ，1' ħ） -二酮（BPD）（1）受体单元，以及含有isoindigo 6 d-A共聚物（2），azaisoindigo（3），benzoisoindigo（4），benzoazaisoindigo（5），1,5-萘啶BPD（6），并设计了1,8-萘啶-BPD（7）作为受体单元。密度泛函理论已被用来理解结构调制对共聚物的几何，光电，电荷传输和光伏性质的影响。的N-杂原子的在共聚物中的比例较高3，6，和7所导致低洼最高占据分子轨道（最低空分子轨道）水平，从而提高他们的空气中的稳定性和开路电压。计算得出的可见光范围（602-754 nm）中的光吸收率确保了所研究的化合物可以有效地收集光子能量。电荷转移率（K CT）与电荷复合率（K发现在结构调节的共聚物的供体/ PC 61 BM界面处的K CR）比1 / PC 61 BM高约10 7至10 22倍。通过沙伯图中的预测的最大功率转换效率可高达〜8％为3，6，和7。计算结果揭示了双酰胺官能化D-A共聚物的结构调节可以有效提高空气稳定性和光伏性能的事实。
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