Asymmetric Glycolated Substitution for Enhanced Permittivity and Ecocompatibility of High-Performance Photovoltaic Electron Acceptor

有机太阳能电池 材料科学 光伏系统 接受者 溶解度 有机半导体 侧链 光电子学 化学 光化学 分析化学(期刊) 有机化学 聚合物 生态学 物理 复合材料 生物 凝聚态物理
作者
Tengfei Li,Kang Wang,Guilong Cai,Yawen Li,Heng Liu,Yixiao Jia,Zhenzhen Zhang,Xinhui Lu,Ye Yang,Yuze Lin
出处
期刊:JACS Au [American Chemical Society]
卷期号:1 (10): 1733-1742 被引量:70
标识
DOI:10.1021/jacsau.1c00306
摘要

Traditional organic photovoltaic materials exhibit low dielectric constants (εr) of 3 to 4, restricting the further enhancement of power conversion efficiencies (PCEs) of organic solar cells (OSCs). Herein we design and synthesize a fused-ring electron acceptor named Y6-4O through introducing an asymmetric highly polarizable oligo(ethylene glycol) side chain onto the pyrrole unit of Y6. Compared with alkylated Y6 (εr = 3.36), asymmetric glycolated Y6-4O shows a notably higher εr value of 5.13 and better solubility in nonhalogen solvents. Because of the higher εr value, the devices based on as-cast PM6:Y6-4O processed using toluene exhibit a higher charge separation yield, slower bimolecular recombination kinetics, and less voltage loss relative to the control devices based on PM6:Y6. Consequently, a high PCE of 15.2% is achieved for PM6:Y6-4O-based devices, whereas the PM6:Y6-based devices show PCEs of only 7.38%. 15.2% is the highest PCE for the as-cast nonhalogenated processed OSC devices, and it is also much higher than the values (<8.5%) reported for OSCs based on high-permittivity (εr > 5) organic photovoltaic semiconductors.
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