High-performance and low-energy loss organic solar cells with non-fused ring acceptor by alkyl chain engineering

烷基 侧链 有机太阳能电池 接受者 能量转换效率 电子受体 轨道能级差 材料科学 戒指(化学) 光化学 分子工程 聚合物 化学 光电子学 纳米技术 有机化学 分子 物理 凝聚态物理
作者
Dou Luo,Hanjian Lai,Nan Zheng,Chenghao Duan,Zhaojin Wang,Kai Wang,Aung Ko Ko Kyaw
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:420: 129768-129768 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.129768
摘要

Non-fused ring electron acceptors are attractive for organic solar cell (OSC) due to synthetic simplicity and availability of diverse building blocks. However, it is challenging to afford both high-performance and low-energy loss (Eloss) OSC based on the non-fused ring electron acceptors. Herein, two simple electron acceptors, BDC-4F-C6 and BDC-4F-C8 with non-fused backbones are designed and synthesized by comprising a 5,7-bis(2-ethylhexyl)-4H,8H-benzo[1,2-c:4,5-c′]dithiophene-4,8-dione core, doubly endcapped by fluorinated 1,1-dicyanomethylene-3-indanone terminals through 4H-cyclopenta[1,2-b:5,4-b′]dithiophene bridge. The effects of bridge alkyl side chain length on physicochemical properties and on optoelectronic properties are systematically investigated. Compared with the BDC-4F-C6, BDC-4F-C8 shows a blue-shifted absorption and an elevated LUMO level, which is beneficial for boosting Voc. As a result, a decent power conversion efficiency of 12.53% with a remarkable low Eloss of 0.51 eV has been achieved for BDC-4F-C8-based OSCs. It is worth pointing out that Eloss of 0.51 eV is the lowest ever reported among highly efficient OSCs based on non-fused ring electron acceptors. Our work demonstrates the effectiveness of side chain engineering of non-fused ring electron acceptors for achieving higher PCE and lower Eloss, holding a bright future on the further improvement of the PCE for high-performance OSCs.
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