Favorable Mixing Thermodynamics in Ternary Polymer Blends for Realizing High Efficiency Plastic Solar Cells

Beitrag in einer Fachzeitschrift
(Originalarbeit)


Details zur Publikation

Autorinnen und Autoren: Gasparini N, Kahmann S, Salvador MF, Perea JD, Sperlich A, Baumann A, Li N, Rechberger S, Spiecker E, Dyakonov V, Portale G, Loi MA, Brabec C, Ameri T
Zeitschrift: Advanced Energy Materials
Verlag: Wiley-VCH Verlag
Jahr der Veröffentlichung: 2019
ISSN: 1614-6832
eISSN: 1614-6840
Sprache: Englisch


Abstract

Ternary
blends with broad spectral absorption have the potential to increase charge
generation in organic solar cells but feature additional complexity due to
limited intermixing and electronic mismatch. Here, a model system comprising
the polymers poly[5,5-bis(2-butyloctyl)-(2,2-bithiophene)-4,4-dicarboxylate-alt-5,5-2,2-bithiophene]
(PDCBT) and PTB7-Th and PC70BM as an electron
accepting unit is presented. The power conversion efficiency (PCE) of the
ternary system clearly surpasses the performance of either of the binary systems.
The photophysics is governed by a fast energy transfer process from PDCBT to
PTB7-Th, followed by electron transfer at the PTB7-Th:fullerene interface. The
morphological motif in the ternary blend is characterized by polymer fibers.
Based on a combination of photophysical analysis, GIWAXS measurements and
calculation of the intermolecular parameter, the latter indicating a very
favorable molecular affinity between PDCBT and PTB7-Th, it is proposed that an
efficient charge generation mechanism is possible because PTB7-Th predominantly
orients around PDCBT filaments, allowing energy to be effectively relayed from
PDCBT to PTB7-Th. Fullerene can be replaced by a nonfullerene acceptor without
sacrifices in charge generation, achieving a PCE above 11%. These results
support the idea that thermodynamic mixing and energetics of the polymer–polymer
interface are critical design parameter for realizing highly efficient ternary
solar cells with variable electron acceptors


FAU-Autorinnen und Autoren / FAU-Herausgeberinnen und Herausgeber

Ameri, Tayebeh Dr.
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie)
Brabec, Christoph Prof. Dr.
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie)
Gasparini, Nicola
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie)
Kahmann, Simon
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie)
Li, Ning Dr.-Ing.
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie)
Perea Ospina, Jose Dario
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie)
Rechberger, Stefanie Dr.
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie)
Salvador, Michael Filipe Dr.
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie)
Spiecker, Erdmann Prof. Dr.
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Mikro- und Nanostrukturforschung)


Zusätzliche Organisationseinheit(en)
Interdisziplinäres Zentrum, Center for Nanoanalysis and Electron Microscopy (CENEM)
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Mikro- und Nanostrukturforschung)
Graduiertenkolleg 1896/2 In situ Mikroskopie mit Elektronen, Röntgenstrahlen und Rastersonden


Einrichtungen weiterer Autorinnen und Autoren

Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. (ZAE Bayern)
Julius-Maximilians-Universität Würzburg
University of Groningen / Rijksuniversiteit Groningen


Forschungsbereiche

Neue Materialien und Prozesse
Forschungsschwerpunkt einer Fakultät: Technische Fakultät


Zitierweisen

APA:
Gasparini, N., Kahmann, S., Salvador, M.F., Perea, J.D., Sperlich, A., Baumann, A.,... Ameri, T. (2019). Favorable Mixing Thermodynamics in Ternary Polymer Blends for Realizing High Efficiency Plastic Solar Cells. Advanced Energy Materials. https://dx.doi.org/10.1002/aenm.201803394

MLA:
Gasparini, Nicola, et al. "Favorable Mixing Thermodynamics in Ternary Polymer Blends for Realizing High Efficiency Plastic Solar Cells." Advanced Energy Materials (2019).

BibTeX: 

Zuletzt aktualisiert 2019-09-08 um 09:03