Isostructural, Deeper Highest Occupied Molecular Orbital Analogues of Poly(3-hexylthiophene) for High-Open Circuit Voltage Organic Solar Cells
Source abstract
Abstract
We present the synthesis and characterization of two novel thiazole-containing conjugated polymers ( PTTTz and PTTz ) that are isostructural to poly(3-hexylthiophene) (P3HT). The novel materials demonstrate optical and morphological properties almost identical to those of P3HT but with HOMO and LUMO levels that are up to 0.45 eV deeper. An intramolecular planarizing nitrogen–sulfur nonbonding interaction is observed, and its magnitude and origin are discussed. Both materials demonstrate significantly greater open circuit voltages than P3HT in bulk heterojunction solar cells. PTTTz is shown to be an extremely versatile donor polymer that can be used with a wide variety of fullerene acceptors with device efficiencies of up to 4.5%. It is anticipated that this material could be used as a high-open circuit voltage alternative to P3HT in organic solar cells.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Organic Electronics and Photovoltaics · Conducting polymers and applications · Perovskite Materials and Applications
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Department of Chemistry, University College London, London WC1H 0AJ, U.K.
Centre for Plastic Electronics, Imperial College London, London SW7 2AZ, U.K.
imec, Kapeldreef 75, 3001 Leuven, Belgium
Kyung Hee University, Yongin, Gyeonggi-do 446-701, Korea
CSIRO Materials Science and Engineering, Melbourne, VIC 3169, Australia
References (65)
Show source-provided references
1. Minh Trung D. · Adv. Mater. · 2011 · 23 · 359710.1002/adma.201100792 ↗
2. Li G. · Nat. Mater. · 2005 · 4 · 86410.1038/nmat1500 ↗
3. Kim Y. · Nat. Mater. · 2006 · 5 · 19710.1038/nmat1574 ↗
4. Brabec C. J. · Adv. Mater. · 2010 · 22 · 383910.1002/adma.200903697 ↗
5. Shaw P. E. · Adv. Mater. · 2008 · 20 · 351610.1002/adma.200800982 ↗
6. Hwang I.-W. · J. Phys. Chem. C · 2008 · 112 · 435010.1021/jp075565x ↗
7. Campoy-Quiles M. · Nat. Mater. · 2008 · 7 · 15810.1038/nmat2102 ↗
8. Li G. · Adv. Funct. Mater. · 2007 · 17 · 163610.1002/adfm.200600624 ↗
9. Li G. · J. Mater. Chem. · 2007 · 17 · 312610.1039/b703075b ↗
10. Mihailetchi V. D. · Adv. Funct. Mater. · 2006 · 16 · 69910.1002/adfm.200500420 ↗
11. Yang X. N. · Nano Lett. · 2005 · 5 · 57910.1021/nl048120i ↗
12. Erb T. · Adv. Funct. Mater. · 2005 · 15 · 119310.1002/adfm.200400521 ↗
13. Chirvase D. · Nanotechnology · 2004 · 15 · 131710.1088/0957-4484/15/9/035 ↗
14. Keivanidis P. E. · J. Phys. Chem. Lett. · 2010 · 1 · 73410.1021/jz900296f ↗
15. Clarke T. M. · J. Phys. Chem. C · 2009 · 113 · 2093410.1021/jp909442s ↗
16. Clarke T. M. · Adv. Funct. Mater. · 2008 · 18 · 402910.1002/adfm.200800727 ↗
17. Ballantyne A. M. · Adv. Mater. · 2007 · 19 · 454410.1002/adma.200701265 ↗
18. Kim Y. · Appl. Phys. Lett. · 2005 · 86
19. Zhou H. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2011 · 50 · 299510.1002/anie.201005451 ↗
20. Bronstein H. · Macromolecules · 2011 · 44 · 664910.1021/ma201158d ↗
21. Bronstein H. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 327210.1021/ja110619k ↗
22. Amb C. M. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 1006210.1021/ja204056m ↗
23. Liang Y. · Acc. Chem. Res. · 2010 · 43 · 122710.1021/ar1000296 ↗
24. Credgington D. · J. Phys. Chem. Lett. · 2012 · 3 · 146510.1021/jz300293q ↗
25. Faist M. A. · Adv. Energy Mater. · 2013 · 3 · 74410.1002/aenm.201200673 ↗
26. Zhao G. · Adv. Mater. · 2010 · 22 · 435510.1002/adma.201001339 ↗
27. Guo X. · Energy Environ. Sci. · 2012 · 5 · 794310.1039/c2ee21481d ↗
28. Dou L. · Nat. Photonics · 2012 · 6 · 18010.1038/nphoton.2011.356 ↗
29. You J. · Nat. Commun. · 2013 · 4 · 144610.1038/ncomms2411 ↗
30. Xin H. · Chem. Mater. · 2012 · 24 · 199510.1021/cm300355e ↗
31. Faist M. A. · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 68510.1021/ja210029w ↗
32. Miller N. C. · Nano Lett. · 2012 · 12 · 156610.1021/nl204421p ↗
33. Guo X. · Macromolecules · 2012 · 45 · 693010.1021/ma301269f ↗
34. Brabec C. J. · Adv. Funct. Mater. · 2001 · 11 · 37410.1002/1616-3028(200110)11:5<374::AID-ADFM374>3.0.CO;2-W ↗
35. Lee J. · Chem. Mater. · 2013 · 25 · 192710.1021/cm400592b ↗
36. Guo X. · J. Am. Chem. Soc. · 2013 · 135 · 198610.1021/ja3120532 ↗
37. Lin Y. · Adv. Mater. · 2012 · 24 · 308710.1002/adma.201200721 ↗
38. Heeney M. · Chem. Commun. · 2007 · 506110.1039/b712398a ↗
39. Jahnke A. A. · J. Am. Chem. Soc. · 2013 · 135 · 95110.1021/ja309404j ↗
40. Beryozkina T. · Macromolecules · 2008 · 41 · 781710.1021/ma801660x ↗
41. Kim J. S. · Mol. Cryst. Liq. Cryst. · 2011 · 538 · 22310.1080/15421406.2011.564076 ↗
42. Kim D. H. · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 612410.1021/ja8095569 ↗
43. Loewe R. S. · Macromolecules · 2001 · 34 · 432410.1021/ma001677+ ↗
44. Miyakoshi R. · J. Am. Chem. Soc. · 2005 · 127 · 1754210.1021/ja0556880 ↗
45. Bronstein H. A. · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 1289410.1021/ja9054977 ↗
46. Kim J. S. · Adv. Funct. Mater. · 2011 · 21 · 48010.1002/adfm.201000971 ↗
47. Yamamoto T. · Macromolecules · 2003 · 36 · 798610.1021/ma030167n ↗
48. D’Andrade B. W. · Org. Electron. · 2005 · 6 · 1110.1016/j.orgel.2005.01.002 ↗
49. Helgaker T. · J. Chem. Phys. · 1997 · 106 · 643010.1063/1.473634 ↗
50. Scheiner S. · Int. J. Quantum Chem. · 2013 · 113 · 160910.1002/qua.24357 ↗
51. Rethore C. · New J. Chem. · 2007 · 31 · 146810.1039/b701617d ↗
52. Welch G. C. · J. Am. Chem. Soc. · 2013 · 135 · 229810.1021/ja310694t ↗
53. Takacs C. J. · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 1659710.1021/ja3050713 ↗
54. Sirringhaus H. · Nature · 1999 · 401 · 68510.1038/44359 ↗
55. Woo C. H. · J. Am. Chem. Soc. · 2008 · 130 · 1632410.1021/ja806493n ↗
56. Sivula K. · J. Am. Chem. Soc. · 2006 · 128 · 1398810.1021/ja064434r ↗
57. Huang J.-S. · Nat. Photonics · 2013 · 7 · 47910.1038/nphoton.2013.82 ↗
58. Zen A. · Adv. Funct. Mater. · 2004 · 14 · 75710.1002/adfm.200400017 ↗
59. Yang H. C. · Adv. Funct. Mater. · 2005 · 15 · 67110.1002/adfm.200400297 ↗
60. Shoaee S. · Adv. Funct. Mater. · 2013 · 23 · 328610.1002/adfm.201203148 ↗
61. Ohkita H. · J. Am. Chem. Soc. · 2008 · 130 · 303010.1021/ja076568q ↗
62. Clarke T. M. · Chem. Rev. · 2010 · 110 · 673610.1021/cr900271s ↗
63. Li G. · J. Appl. Phys. · 2005 · 98 · 04370410.1063/1.2008386 ↗
64. Beiley Z. M. · Adv. Energy Mater. · 2011 · 1 · 95410.1002/aenm.201100204 ↗
65. Hawks S. A. · Adv. Energy Mater. · 2013 · 3 · 120110.1002/aenm.201300194 ↗