High‐Performance All‐Polymer Solar Cells Enabled by an n‐Type Polymer Based on a Fluorinated Imide‐Functionalized Arene,Advanced Materials

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High‐Performance All‐Polymer Solar Cells Enabled by an n‐Type Polymer Based on a Fluorinated Imide‐Functionalized Arene
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2019-02-15 , DOI: 10.1002/adma.201807220
Huiliang Sun _{1,

2} , Yumin Tang ₁ , Chang Woo Koh ₃ , Shaohua Ling ₁ , Ruizhi Wang ₁ , Kun Yang ₁ , Jianwei Yu ₁ , Yongqiang Shi ₁ , Yingfeng Wang ₁ , Han Young Woo ₃ , Xugang Guo ₁

Affiliation

A novel imide‐functionalized arene, di(fluorothienyl)thienothiophene diimide (f‐FBTI2), featuring a fused backbone functionalized with electron‐withdrawing F atoms, is designed, and the synthetic challenges associated with highly electron‐deficient fluorinated imide are overcome. The incorporation of f‐FBTI2 into polymer affords a high‐performance n‐type semiconductor f‐FBTI2‐T, which shows a reduced bandgap and lower‐lying lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy level than the polymer analog without F or with F‐functionalization on the donor moiety. These optoelectronic properties reflect the distinctive advantages of fluorination of electron‐deficient acceptors, yielding “stronger acceptors,” which are desirable for n‐type polymers. When used as a polymer acceptor in all‐polymer solar cells, an excellent power conversion efficiency of 8.1% is achieved without any solvent additive or thermal treatment, which is the highest value reported for all‐polymer solar cells except well‐studied naphthalene diimide and perylene diimide‐based n‐type polymers. In addition, the solar cells show an energy loss of 0.53 eV, the smallest value reported to date for all‐polymer solar cells with efficiency > 8%. These results demonstrate that fluorination of imide‐functionalized arenes offers an effective approach for developing new electron‐deficient building blocks with improved optoelectronic properties, and the emergence of f‐FBTI2 will change the scenario in terms of developing n‐type polymers for high‐performance all‐polymer solar cells.

中文翻译：

基于氟化酰亚胺功能化芳烃的n型聚合物实现的高性能全聚合物太阳能电池

设计了一种新型的酰亚胺官能化的芳烃二（氟噻吩基）噻吩并噻吩二酰亚胺（f-FBTI2），其特征是使用吸电子F原子功能化的熔融主链，克服了与高度缺电子的氟化酰亚胺相关的合成难题。将f-FBTI2掺入到聚合物中可提供高性能的n型半导体f-FBTI2-T，与不带F或带F的聚合物类似物相比，其带隙减小且最低的最低未占据分子轨道（LUMO）能级更低供体部分的功能化。这些光电特性反映了缺电子受体氟化的独特优势，可产生“更强的受体”，这对于n型聚合物是理想的。当用作全聚合物太阳能电池的聚合物受体时，无需任何溶剂添加剂或热处理，即可实现8.1％的出色功率转换效率，这是对全聚合物太阳能电池报道的最高值，但经过充分研究的萘二酰亚胺和per二酰亚胺基n型聚合物除外。此外，太阳能电池的能量损失为0.53 eV，这是迄今为止效率> 8％的全聚合物太阳能电池所报告的最小值。这些结果表明，酰亚胺官能化的芳烃的氟化为开发具有改善的光电性能的新型电子不足的结构单元提供了有效的方法，而f-FBTI2的出现将改变开发高性能的n型聚合物方面的情况。全聚合物太阳能电池。这是对全聚合物太阳能电池报告的最高值，但经过充分研究的萘二酰亚胺和per二酰亚胺基n型聚合物除外。此外，太阳能电池的能量损失为0.53 eV，这是迄今为止效率> 8％的全聚合物太阳能电池所报告的最小值。这些结果表明，酰亚胺官能化的芳烃的氟化为开发具有改善的光电性能的新型电子不足的结构单元提供了有效的方法，而f-FBTI2的出现将改变开发高性能的n型聚合物方面的情况。全聚合物太阳能电池。这是对全聚合物太阳能电池报告的最高值，但经过充分研究的萘二酰亚胺和per二酰亚胺基n型聚合物除外。此外，太阳能电池的能量损失为0.53 eV，这是迄今为止效率> 8％的全聚合物太阳能电池所报告的最小值。这些结果表明，酰亚胺官能化的芳烃的氟化为开发具有改善的光电性能的新型电子不足的结构单元提供了有效的方法，而f-FBTI2的出现将改变开发高性能的n型聚合物方面的情况。全聚合物太阳能电池。迄今为止报道的效率> 8％的全聚合物太阳能电池的最小值。这些结果表明，酰亚胺官能化的芳烃的氟化为开发具有改善的光电性能的新型电子不足的结构单元提供了有效的方法，而f-FBTI2的出现将改变开发高性能的n型聚合物方面的情况。全聚合物太阳能电池。迄今为止报道的效率> 8％的全聚合物太阳能电池的最小值。这些结果表明，酰亚胺官能化的芳烃的氟化为开发具有改善的光电性能的新型电子不足的结构单元提供了有效的方法，而f-FBTI2的出现将改变开发高性能的n型聚合物方面的情况。全聚合物太阳能电池。

更新日期：2019-02-15

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