ドナー - アクセプター（DA）コポリマーの光誘発電荷移動：フラーレンビスアドバイマンポリマー太陽電池

フラーレンビスアドクタクトとポリ（3-ヘキシルチオフェン）（P3HT）ブレンドで構成されるポリマー太陽電池（PSC）は、P3HT：フェニルC（61） - ビューチ酸メチルエステル（PCBM）逸脱よりも高い効率を示しています。対照的に、ドナーacceptor（DA）コポリマーシステムでのフラーレンビスアドラクトの使用は、通常、短絡電流（J（SC））と充填因子（FF）の減少により、デバイスのパフォーマンスの低下を引き起こします。ただし、Da Copolymer：Fullerene Bis-Aductブレンドでのパフォーマンスが低い理由は完全には理解されていません。この作業では、4つの異なる電子受容体を持つ3つの異なる電子ドナーで構成されるバルクヘテロ接合（BHJ）型PSCを選択して比較しました。3つの電子ドナーは（1）ポリ[4,8-ビス - （2-エチルヘキシルロキシ）ベンゾ[1,2-B：4,5-b ']ジチオフェン）-2,6-ジル - アルト - （5-オクティルチエノ[3,4-C]ピロロール-4,6-ジール）-1,3-ジール]（2）（2）エチルヘキシルロキシ）ベンゾ[1,2-b：4,5-b ']ジチオフェン）-2,6-ジル - アルト - （4-（2-エチルヘキサノイル） - チオフェン[3,4-B]チオフェン）-2,6-ジール]（PBDTTT-C）、および（3）P3HTポリマー。4つの電子受容体は、（1）PCBM、（2）Indene-C（60）単層（ICMA）、（3）Indene-C（60）Bis duct（ICBA）、および（4）Indene-C（60）TrisDuct（ICTA）でした。3つの異なるポリマーのBHJ型PSCのパフォーマンスの違いを理解するために、フラーレンアクセプターの選択という観点から、ブレンドの構造、光学、および電気特性は、外部量子効率（EQE）、光発光、放牧発生X線散乱、および一時的な吸収吸光吸収症によって測定されました。DA共重合体とICBAのPCEの劇的な減少の主な理由ではないが、電荷移動の原動力（ΔG（CT））の値は、j（sc）の変化を決定するための重要なパラメーターであり、da共作によってda copolymerおよびP3HTに基づくP3HTベースのPSCのデバイス効率を決定するための重要なパラメーターであることが観察されました。ICBAおよびICTAとブレンドされたPBDTTPDおよびPBDTTT-Cの低いEQEおよびJ（SC）は、フラーレン多重産のLUMOレベルが高いため、不十分なΔG（CT）に起因していました。電荷移動の効率に関する定量的情報は、DA共重合体のポラロン収量、寿命、および励起子解離確率を比較することにより得られました：Fullerene Acceptor Films。

Polymer solar cells (PSCs) consisting of fullerene bis-adduct and poly(3-hexylthiophene) (P3HT) blends have shown higher efficiencies than P3HT:phenyl C(61)-butyric acid methyl ester (PCBM) devices, because of the high-lying lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) level of the fullerene bis-adducts. In contrast, the use of fullerene bis-adducts in donor-acceptor (DA) copolymer systems typically causes a decrease in the device's performance due to the decreased short-circuit current (J(SC)) and the fill factor (FF). However, the reason for such poor performance in DA copolymer:fullerene bis-adduct blends is not fully understood. In this work, bulk-heterojunction (BHJ)-type PSCs composed of three different electron donors with four different electron acceptors were chosen and compared. The three electron donors were (1) poly[(4,8-bis-(2-ethylhexyloxy)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene)-2,6-diyl-alt-(5-octylthieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione)-1,3-diyl] (PBDTTPD), (2) poly[(4,8-bis-(2-ethylhexyloxy)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene)-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexanoyl)-thieno[3,4-b]thiophene)-2,6-diyl] (PBDTTT-C), and (3) P3HT polymers. The four electron acceptors were (1) PCBM, (2) indene-C(60) monoadduct (ICMA), (3) indene-C(60) bis-adduct (ICBA), and (4) indene-C(60) tris-adduct (ICTA). To understand the difference in the performance of BHJ-type PSCs for the three different polymers in terms of the choice of fullerene acceptor, the structural, optical, and electrical properties of the blends were measured by the external quantum efficiency (EQE), photoluminescence, grazing incidence X-ray scattering, and transient absorption spectroscopy. We observed that while the molecular packing and optical properties cannot be the main reasons for the dramatic decrease in the PCE of the DA copolymers and ICBA, the value of the driving force for charge transfer (ΔG(CT)) is a key parameter for determining the change in J(SC) and device efficiency in the DA copolymer- and P3HT-based PSCs in terms of fullerene acceptor. The low EQE and J(SC) in PBDTTPD and PBDTTT-C blended with ICBA and ICTA were attributed to an insufficient ΔG(CT) due to the higher LUMO levels of the fullerene multiadducts. Quantitative information on the efficiency of the charge transfer was obtained by comparing the polaron yield, lifetime, and exciton dissociation probability in the DA copolymer:fullerene acceptor films.