Chlorinated Benzo[1,2‐b:4,5‐c′]dithiophene‐4,8‐dione Polymer Donor: A Small Atom Makes a Big Difference
Creators
- 1. Southern University of Science and Technology
- 2. Peking University
- 3. South China University of Technology
Description
The position of a chlorine atom in a charge carrier of polymer solar cells (PSCs) is important to boost their photovoltaic performance. Herein, two chlorinated D-A conjugated polymers PBBD-Cl-α and PBBD-Cl-β are synthesized based on two new building blocks (TTO-Cl-α and TTO-Cl-β) respectively by introducing the chlorine atom into α or β position of the upper thiophene of the highly electron-deficient benzo[1,2-b:4,5-c']dithiophene-4,8-dione moiety. Single-crystal analysis demonstrates that the chlorine-free TTO shows a π-π stacking distance (dπ-π) of 3.55 Å. When H atom at the α position of thiophene of TTO is replaced by Cl, both π-π stacking distance (dπ-π = 3.48 Å) and Cl···S distance (dCl-S = 4.4 Å) are simultaneously reduced for TTO-Cl-α compared with TTO. TTO-Cl-β then showed the Cl···S non-covalent interaction can further shorten the intermolecular π-π stacking separation to 3.23 Å, much smaller than that of TTO-Cl-α and TTO. After blending with BTP-eC9, PBBD-Cl-β:BTP-eC9-based PSCs achieved an outstanding power conversion efficiency (PCE) of 16.20%, much higher than PBBD:BTP-eC9 (10.06%) and PBBD-Cl-α:BTP-eC9 (13.35%) based devices. These results provide an effective strategy for design and synthesis of highly efficient donor polymers by precise positioning of the chlorine substitution.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يعد موضع ذرة الكلور في حامل شحن الخلايا الشمسية البوليمرية (PSCs) مهمًا لتعزيز أدائها الكهروضوئي. هنا، يتم تصنيع اثنين من البوليمرات المترافقة مع D - A المكلورة PBBD - Cl - α و PBBD - Cl - β بناءً على اثنين من لبنات البناء الجديدة (TTO - Cl - α و TTO - Cl - β) على التوالي عن طريق إدخال ذرة الكلور في موضع α أو β للثيوفين العلوي من البنزو الذي يعاني من نقص شديد في الإلكترون [1،2 - b: 4،5 - c '] ثنائي ثيوفين-4، 8 -ديون. يوضح التحليل أحادي البلورة أن TTO الخالي من الكلور يظهر مسافة تكديس π - π (dπ - π) تبلغ 3.55 Å. عندما يتم استبدال ذرة الهيدروجين في موضع ألفا للثيوفين من TTO بـ Cl، يتم تقليل كل من مسافة تكديس π - π (dπ - π = 3.48 Å) ومسافة Cl· ··S (dCl - S = 4.4 Å) في وقت واحد لـ TTO - Cl - α مقارنة بـ TTO. ثم أظهر TTO - Cl- β أن التفاعل غير التساهلي Cl ·· · ·S يمكن أن يزيد من تقصير فصل التراص بين الجزيئات π - π إلى 3.23 Å، وهو أصغر بكثير من TTO - Cl - α و TTO. بعد المزج مع BTP - eC9، حققت PBBD - Cl - β: PSCs المستندة إلى BTP - eC9 كفاءة تحويل طاقة متميزة (PCE) بنسبة 16.20 ٪، أعلى بكثير من الأجهزة المستندة إلى PBBD:BTP - eC9 (10.06 ٪) و PBBD - Cl - α: BTP - eC9 (13.35 ٪). توفر هذه النتائج استراتيجية فعالة لتصميم وتوليف البوليمرات المانحة عالية الكفاءة من خلال تحديد المواقع بدقة لاستبدال الكلور.Translated Description (French)
La position d'un atome de chlore dans un porteur de charge de cellules solaires polymères (CSP) est importante pour améliorer leurs performances photovoltaïques. Ici, deux polymères conjugués D-A chlorés PBBD-Cl-α et PBBD-Cl-β sont synthétisés sur la base de deux nouveaux blocs de construction (TTO-Cl-α et TTO-Cl-β) respectivement en introduisant l'atome de chlore en position α ou β du thiophène supérieur de la fraction benzo[1,2-b :4,5-c'] dithiophène-4,8-dione très déficiente en électrons. L'analyse des monocristaux démontre que le TTO sans chlore montre une distance d'empilement π-π (dπ-π) de 3,55 Å. Lorsque l'atome H à la position α du thiophène de TTO est remplacé par Cl, la distance d'empilement π-π (dπ-π = 3,48 Å) et la distance Cl·· ·S (dCl-S = 4,4 Å) sont simultanément réduites pour TTO-Cl-α par rapport à TTO. TTO-Cl-β a ensuite montré que l'interaction non covalente Cl·· ·S peut raccourcir davantage la séparation d'empilement intermoléculaire π-π à 3,23 Å, beaucoup plus petite que celle de TTO-Cl-α et TTO. Après mélange avec BTP-eC9, les PSC à base de PBBD-Cl-β : BTP-eC9 ont atteint une efficacité de conversion de puissance (pce) exceptionnelle de 16,20 %, beaucoup plus élevée que les dispositifs à base de PBBD : BTP-eC9 (10,06 %) et PBBD-Cl-α : BTP-eC9 (13,35 %). Ces résultats fournissent une stratégie efficace pour la conception et la synthèse de polymères donneurs très efficaces par un positionnement précis de la substitution du chlore.Translated Description (Spanish)
La posición de un átomo de cloro en un portador de carga de células solares poliméricas (PSC) es importante para aumentar su rendimiento fotovoltaico. En la presente, se sintetizan dos polímeros conjugados D-A clorados PBBD-Cl-α y PBBD-Cl-β basados en dos nuevos bloques de construcción (TTO-Cl-α y TTO-Cl-β) respectivamente mediante la introducción del átomo de cloro en la posición α o β del tiofeno superior del resto benzo[1,2-b:4,5-c'] ditiofeno-4,8-diona altamente deficiente en electrones. El análisis monocristalino demuestra que el TTO libre de cloro muestra una distancia de apilamiento π-π (dπ-π) de 3,55 Å. Cuando el átomo H en la posición α del tiofeno de TTO se reemplaza por Cl, tanto la distancia de apilamiento π-π (dπ-π = 3.48 Å) como la distancia Cl·· ·S (dCl-S = 4.4 Å) se reducen simultáneamente para TTO-Cl-α en comparación con TTO. TTO-Cl-β luego mostró que la interacción no covalente Cl·· ·S puede acortar aún más la separación de apilamiento π-π intermolecular a 3.23 Å, mucho más pequeña que la de TTO-Cl-α y TTO. Después de la mezcla con BTP-eC9, los PSC basados en PBBD-Cl-β: BTP-eC9 lograron una excelente eficiencia de conversión de energía (PCE) del 16.20%, mucho más alta que los dispositivos basados en PBBD: BTP-eC9 (10.06%) y PBBD-Cl-α: BTP-eC9 (13.35%). Estos resultados proporcionan una estrategia eficaz para el diseño y la síntesis de polímeros donantes altamente eficientes mediante el posicionamiento preciso de la sustitución de cloro.Files
advs.202003641.pdf
Files
(16.0 kB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:b25be2f5f203843c18b726d7cf00097f
|
16.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- البنزو المكلور [1،2-b:4،5-c ']ثنائيثيوفين - 4،8-ديون متبرع بالبوليمر: ذرة صغيرة تحدث فرقًا كبيرًا
- Translated title (French)
- Donneur de polymère de benzo[1,2‐b :4,5‐c′]dithiophène‐4,8‐dione chloré : un petit atome fait une grande différence
- Translated title (Spanish)
- Donante de polímero de benzo[1,2‐b:4,5‐c′]ditiofeno‐4,8‐diona clorada: un átomo pequeño marca una gran diferencia
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3119674361
- DOI
- 10.1002/advs.202003641
References
- https://openalex.org/W1922922125
- https://openalex.org/W1969139758
- https://openalex.org/W1975928559
- https://openalex.org/W2018062468
- https://openalex.org/W2026525600
- https://openalex.org/W2056881220
- https://openalex.org/W2070010114
- https://openalex.org/W2223208841
- https://openalex.org/W2332081594
- https://openalex.org/W2416098265
- https://openalex.org/W2519922724
- https://openalex.org/W2627044889
- https://openalex.org/W2741591558
- https://openalex.org/W2753819773
- https://openalex.org/W2755041126
- https://openalex.org/W2773361938
- https://openalex.org/W2777296614
- https://openalex.org/W2783465814
- https://openalex.org/W2795196444
- https://openalex.org/W2795626139
- https://openalex.org/W2800383110
- https://openalex.org/W2805894358
- https://openalex.org/W2886878646
- https://openalex.org/W2895970086
- https://openalex.org/W2898961331
- https://openalex.org/W2899167418
- https://openalex.org/W2901220033
- https://openalex.org/W2902612576
- https://openalex.org/W2902735130
- https://openalex.org/W2910388456
- https://openalex.org/W2913396745
- https://openalex.org/W2947441192
- https://openalex.org/W2948673221
- https://openalex.org/W2968121253
- https://openalex.org/W2994111815
- https://openalex.org/W2996210132
- https://openalex.org/W2998601690
- https://openalex.org/W2999590263
- https://openalex.org/W3004114701
- https://openalex.org/W3004860863
- https://openalex.org/W3005659024
- https://openalex.org/W3007098444
- https://openalex.org/W3011070172
- https://openalex.org/W3012425857
- https://openalex.org/W3013363765
- https://openalex.org/W3013824805
- https://openalex.org/W3017005403
- https://openalex.org/W3119674361
- https://openalex.org/W4240068973