Approach toward Low Energy Loss in Symmetrical Nonfullerene Acceptor Molecules Inspired by Insertion of Different π-Spacers for Developing Efficient Organic Solar Cells

分子 有机太阳能电池 接受者 带隙 偶极子 吸收(声学) 化学 轨道能级差 原子物理学 材料科学 物理 光电子学 光学 凝聚态物理 有机化学 聚合物
作者
Fazal ur Rehman,Muhammad Waqas,Muhammad Imran,Mahmoud A. A. Ibrahim,Javed Iqbal,Rasheed Ahmad Khera,N. M. A. Hadia,Sameerah I. Al‐Saeedi,Mohamed Shaban
出处
期刊:ACS omega [American Chemical Society]
卷期号:8 (46): 43792-43812 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsomega.3c05665
摘要

In this quantum approach, by adding bridge/π-spacer fragments between the donor and acceptor parts of a newly constructed DF-PCIC (A-D-A type) molecule, it is the aim to improve the photovoltaic characteristics of organic solar cells (OSCs). After π-spacer insertion into the reference molecule (DF-R), six new molecules (DF-M1 to DF-M6) were designed. The optoelectronic attributes of newly inspected molecules were theoretically calculated using MPW1PW91/6-31G(d,p) level of theory. All newly proposed molecules possessed a lower band gap (Eg), a higher value of absorption, lower reorganization energy, greater dipole moment, and lower energies of excitations than the DF-R molecule. The frontier molecular orbital study proclaimed that the DF-M1 molecule has the lowest band gap of 1.62 eV in comparison to the 2.41 eV value of DF-R. Absorption properties represented that DF-M1 and DF-M2 molecules show the highest absorption values of up to 1006 and 1004 nm, respectively, in the near-infrared region. Regarding the reorganization energy, DF-M2 has the lowest value of λe (0.0683896 eV) and the lowest value of λh (0.1566471 eV). DF-M2 and DF-M5 manifested greater dipole moments with the values of 5.514665 and 7.143434 D, respectively. The open circuit voltage (VOC) of all the acceptors was calculated with J61, a donor complex. DF-M4 and DF-M6 molecules showed higher values of VOC and fill factor than the DF-R molecule. Based on the given results, it was supposed that all the newly presented molecules might prove themselves to be better than the reference and thus might be of great interest to experimentalists. Thus, they are suggested to be used to develop proficient OSC devices with improved photovoltaic prospects in the near future.
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