Bithiopheneimide–Dithienosilole/Dithienogermole Copolymers for Efficient Solar Cells: Information from Structure–Property–Device Performance Correlations and Comparison to Thieno[3,4-<i>c</i>]pyrrole-4,6-dione Analogues
Notice bibliographique
Résumé
Rational creation of polymeric semiconductors from novel building blocks is critical to polymer solar cell (PSC) development. We report a new series of bithiopheneimide-based donor-acceptor copolymers for bulk-heterojunction (BHJ) PSCs. The bithiopheneimide electron-deficiency compresses polymer bandgaps and lowers the HOMOs--essential to maximize power conversion efficiency (PCE). While the dithiophene bridge progression R(2)Si→R(2)Ge minimally impacts bandgaps, it substantially alters the HOMO energies. Furthermore, imide N-substituent variation has negligible impact on polymer opto-electrical properties, but greatly affects solubility and microstructure. Grazing incidence wide-angle X-ray scattering (GIWAXS) indicates that branched N-alkyl substituents increased polymer π-π spacings vs linear N-alkyl substituents, and the dithienosilole-based PBTISi series exhibits more ordered packing than the dithienogermole-based PBTIGe analogues. Further insights into structure-property-device performance correlations are provided by a thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione (TPD)-dithienosilole copolymer PTPDSi. DFT computation and optical spectroscopy show that the TPD-based polymers achieve greater subunit-subunit coplanarity via intramolecular (thienyl)S···O(carbonyl) interactions, and GIWAXS indicates that PBTISi-C8 has lower lamellar ordering, but closer π-π spacing than does the TPD-based analogue. Inverted BHJ solar cells using bithiopheneimide-based polymer as donor and PC(71)BM as acceptor exhibit promising device performance with PCEs up to 6.41% and V(oc) > 0.80 V. In analogous cells, the TPD analogue exhibits 0.08 V higher V(oc) with an enhanced PCE of 6.83%, mainly attributable to the lower-lying HOMO induced by the higher imide group density. These results demonstrate the potential of BTI-based polymers for high-performance solar cells, and provide generalizable insights into structure-property relationships in TPD, BTI, and related polymer semiconductors.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».