Over 18% binary organic solar cells enabled by isomerization of non-fullerene acceptors with alkylthiophene side chains

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作者
Ao Shang,Siwei Luo,Jianquan Zhang,Heng Zhao,Xinxin Xia,Mingao Pan,Chao Li,Yuzhong Chen,Jicheng Yi,Xinhui Lu,Wei Ma,He Yan,Huawei Hu
出处
期刊:Science China-chemistry [Springer Science+Business Media]
卷期号:65 (9): 1758-1766 被引量:62
标识
DOI:10.1007/s11426-022-1290-y
摘要

Side-chain engineering has been demonstrated as an effective method for fine-tuning the optical, electrical, and morphological properties of organic semiconductors toward efficient organic solar cells (OSCs). In this work, three isomeric non-fullerene small molecule acceptors (SMAs), named BTP-4F-T2C8, BTP-4F-T2EH and BTP-4F-T3EH, with linear and branched alkyl chains substituted on the α or β positions of thiophene as the side chains, were synthesized and systematically investigated. The results demonstrate that the size and substitution position of alkyl side chains can greatly affect the electronic properties, molecular packing as well as crystallinity of the SMAs. After blending with donor polymer D18-Cl, the prominent device performance of 18.25% was achieved by the BTP-4F-T3EH-based solar cells, which is higher than those of the BTP-4F-T2EH-based (17.41%) and BTP-4F-T2C8-based (15.92%) ones. The enhanced performance of the BTP-4F-T3EH-based devices is attributed to its stronger crystallinity, higher electron mobility, suppressed biomolecular recombination, and the appropriate intermolecular interaction with the donor polymer. This work reveals that the side chain isomerization strategy can be a practical way in tuning the molecular packing and blend morphology for improving the performance of organic solar cells.
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