Asymmetrifizierte Benzothiadiazole-basierte feste Zusatzstoffe ermöglichen Polymer-Solarzellen mit einer Effizienz von über 19 %

Unordentliche Polymerkettenverkrampfungen innerhalb von All-Polymer-Mischungen begrenzen die Bildung einer optimalen Donor-Akzeptor-Phasentrennung. Daher ist die Entwicklung effektiver Methoden zur Regulierung der Morphologieentwicklung entscheidend, um optimale morphologische Merkmale in all-polymere organische Solarzellen (APSCs) zu erreichen. In dieser Studie wurden zwei Isomere, 4,5-Difluorobenzo-c-1,2,5-thiadiazol (SF-1) und 5,6-Difluorobenzo-c-1,2,5-thiadiazol (SF-2), als feste Zusatzstoffe entwickelt, die auf der weit verbreiteten, elektronendefizienten Benzothiadiazol-Einheit in Nonfulleren-Akzeptoren basieren. Die Einbringung von SF-1 oder SF-2 in die PM6 : PY-DT-Mischung induziert eine stärkere molekulare Packung durch molekulare Wechselwirkungen, was zur Bildung kontinuierlicher, verzweigter Netzwerke mit geeigneter Phasentrennung und vertikaler Verteilung führt. Darüber hinaus werden nach der Behandlung mit SF-1 und SF-2 die Exzitondiffusionslängen für PY-DT-Filme auf über 40 nm verlängert, was die Exzitondiffusion und den Ladungstransport begünstigt. Das asymmetrische SF-2, charakterisiert durch ein erhöhtes Dipolmoment, steigert die Lichtwechselwirkungs-Effizienz (PCE) des auf PM6 : PY-DT basierenden Geräts auf 18,83 % aufgrund stärkerer elektrostatischer Wechselwirkungen. Zudem steigert eine ternäre Geräte-Strategie die PCE der mit SF-2 behandelten APSC auf über 19 %. Diese Arbeit zeigt nicht nur eine der besten Leistungen von APSCs, sondern bietet auch einen effektiven Ansatz zur Manipulation der Morphologie von All-Polymer-Mischungen mithilfe rational konzipierter fester Zusatzstoffe.