Optimización de la morfología de autoensamblaje molecular a través de copolimerización ternaria sinérgica y optimización de cadenas laterales de donantes poliméricos de bajo costo para lograr células solares orgánicas eficientes

La optimización de la morfología de autoensamblaje de materiales fotovoltaicos orgánicos es crucial para mejorar el rendimiento de las células solares orgánicas (CSOs). En este trabajo, se desarrollan tres donantes derivados de PTQ de bajo costo, PTQ17, PTQ18 y PTQ19, a través de copolimerización ternaria sinérgica y optimización de cadenas laterales utilizando diferentes unidades de benzotiadiazole (BT), para ajustar la morfología de autoensamblaje molecular. PTQ17, que contiene BT difluorado, muestra el apilamiento π-π más compacto y la mayor cristalinidad molecular, lo que lleva a una agregación molecular excesiva y morfología de separación de fases en la capa activa. En contraste, PTQ19, que contiene BT dialcoxi sustituido, presenta la menor cristalinidad molecular, lo que resulta en el peor apilamiento molecular ordenado a larga distancia y los dominios de fase más pequeños en la capa activa. Notablemente, PTQ18, que contiene BT monofluorado y monoalcoxi sustituido, tiene una cristalinidad molecular moderada y la mejor compatibilidad con el aceptador, resultando en la morfología microscópica más ideal de la capa activa con un tamaño de dominio deseable y características de separación de fases. Como resultado, la CSO binaria basada en PTQ18 logra una eficiencia sobresaliente del 19.68%; y la alineación de niveles de energía optimizada adicionalmente conduce a un aumento de PCE del 20.06% en el dispositivo ternario basado en PTQ18. Este trabajo demuestra la importancia de la modificación de la morfología de autoensamblaje de moléculas fotovoltaicas orgánicas para mejorar el rendimiento de las CSOs, y tiene un papel orientador en el diseño de materiales fotovoltaicos orgánicos de alto rendimiento.