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Thiophene and thieno[3,2-b]thiophene π-bridged pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,3-dione-based wide band-gap polymers for fullerene and non-fullerene organic solar cells
저자
Tamilavan, Vellaiappillai ; Lee, Jihoon ; Agneeswari, Rajalingam ; Jung, Yun Kyung ; Jin, Youngeup ; Jeong, Jung Hyun ; Hyun, Myung Ho ; Park, Sung Heum
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2018
작성언어
-등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
78-85(8쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>The conventional polymerization of 2,5-bis(trimethylstannyl)thiophene (T) or 2,5-bis(trimethylstannyl)thieno[3,2-b]thiophene (Tt) with 4,6-bis(5-bromothiophen-2-yl)-5-octyl-2-(2-octyldodecyl)pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,3(2H,5H)-dione (TPPDT) afforded new alternating polymers, namely <B>P(T-TPPDT)</B> or <B>P(Tt-TPPDT)</B>, respectively. Both <B>P(T-TPPDT)</B> and <B>P(Tt-TPPDT)</B> exhibited similar thermal stabilities (5% weight loss at around 420 °C) and absorption maxima (<I>λ</I> <SUB>max</SUB> ≈ 515 nm) as films. The absorption bands of <B>P(T-TPPDT)</B> and <B>P(Tt-TPPDT)</B> extend between 300 and 620 nm, with optical band gaps (<I>E</I> <SUB> <I>g</I> </SUB>s) of 2.02 eV and 2.00 eV, respectively. The highest-occupied/lowest-unoccupied molecular-orbital energies of <B>P(Tt-TPPDT)</B> (HOMO/LUMO: −5.35 eV/–3.33 eV) were found to be somewhat higher than those of <B>P(T-TPPDT)</B> (HOMO/LUMO: −5.31 eV/–3.31 eV). Organic solar cells (OSCs) prepared using 1:1.5 (w/w) <B>P(T-TPPDT)</B>:PC<SUB>70</SUB>BM or <B>P(Tt-TPPDT)</B>:PC<SUB>70</SUB>BM (PC<SUB>70</SUB>BM = [6,6]-phenyl C<SUB>70</SUB> butyric acid methyl ester) blends provided power-conversion efficiencies (<I>PCE</I>s) of 3.50% or 4.71%, respectively. On the other hand, OSCs prepared with 1:1 (w/w) <B>P(T-TPPDT)</B>:ITIC or <B>P(Tt-TPPDT)</B>:ITIC (ITIC = 3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)dithieno[2,3-d:2′,3′-d’]-s-indaceno[1,2-b:5,6-b’]dithiophene) blends exhibited improved <I>PCE</I>s of 5.32% or 6.35%, respectively.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Two new polymers, <B>P(T-TPPDT)</B> and <B>P(Tt-TPPDT)</B>, were prepared. </LI> <LI> The optical band gaps were 2.02 eV and 2.00 eV. </LI> <LI> The HOMO/LUMO levels were −5.35 eV/‒3.33 eV and −5.31 eV/‒3.31 eV. </LI> <LI> The polymer:PC<SUB>70</SUB>BM blends offered a <I>PCE</I> of 3.50% and 4.71%. </LI> <LI> The polymer:ITIC blends provided a <I>PCE</I> of 5.32% and 6.35%. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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