A butterfly shape acceptor with rigid skeleton and unique assembly enables both efficient organic photovoltaics and high-speed organic photodetectors

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作者
Wendi Shi,Quanhong Han,Yu Zhu,Yingjun Xia,Tengfei He,Shijie Wang,Longyu Li,Wei Ma,Guankui Long,Guanghui Li,Jing Wang,Chenxi Li,Xiangjian Wan,Yongsheng Chen
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
标识
DOI:10.1093/nsr/nwae409
摘要

Abstract It remains challenging to design efficient bifunctional semiconductor materials in organic photovoltaic and photodetector devices. Here, we report a butterfly-shaped molecule, named WD-6, which exhibits low energy disorder and small reorganization energy due to its enhanced molecular rigidity and unique assembly with strong intermolecular interaction. The binary photovoltaic device based on PM6:WD-6 achieved an efficiency of 18.41%. Notably, an efficiency of 19.42% was achieved for the ternary device based PM6:BTP-eC9:WD-6. Moreover, the photodetection device based on WD-6 demonstrated an ultrafast response speed (205 ns response time at λ of 820 nm) and a high cutoff frequency of -3 dB (2.45 MHz), surpassing the values of most commercial Si photodiodes. Based on these findings, we show-cased an application of the WD-6-based photodetection device in high-speed optical communication. These results offer valuable insights into the design of organic semiconductor materials capable of simultaneously exhibiting high photovoltaic and photo detective performance.

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