Over 18% Efficiency from Halogen‐Free Solvent‐Processed Polymer Solar Cells Enabled by Asymmetric Small Molecule Acceptors with Fluoro‐Thienyl Extended Terminal

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作者
Jingnan Wu,Fengbo Sun,Xinxin Xia,Leandro R. Franco,Qiaonan Chen,Yúang Fu,Rafael Bernardon Ribeiro,Xinhui Lu,C. Moysés Araújo,Xunchang Wang,Renqiang Yang,Xia Guo,Donghong Yu,Maojie Zhang,Ergang Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (24) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/adfm.202423137
摘要

Abstract The potential impact of end‐group (EG) in non‐fullerene acceptor (NFA) on enabling green solvent‐processable polymer solar cells (PSCs) remains underexplored, offering opportunities for advancements in environmentally friendly PSC development. Herein, the EG of 1′,1′‐dicyanomethylene‐4‐fluoro‐5‐thienyl‐3‐indanone (IC‐FT) is developed by modifying the state‐of‐the‐art of Y6 derivative NFA, BTP‐4F, resulting in two novel NFAs, namely BTP‐FT and BTP‐2FT. Distinctively, this study reveals that it is the noncovalent F···S interaction, other than the commonly believed strong hydrogen bonding of F···H that plays a key role in determining the final molecular conformation, as confirmed by means of 2D NMR study and Gibbs free energy calculations. The asymmetric BTP‐FT possesses an upshifted lowest unoccupied molecular orbital level and enhances solubility in toluene. Consequently, it can mitigate phase separation, promote the formation of nanofibrillar morphology, facilitate exciton dissociation, and ultimately enhance the performance of the PSCs, achieving a high open circuit voltage of 0.900 V and a power conversion efficiency (PCE) of 17.56%. Furthermore, the ternary blend PM6:BTP‐FT:BTP‐4F achieves an enhance PCE of 18.39% in devices processed from toluene. This study offers a novel perspective on NFA design for high‐efficiency and eco‐friendly processable PSCs by enriching the array of electron‐withdrawing EGs on NFA molecules.
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