Suppressing Molecular Thermal Motion and Electron‐Phonon Coupling of Fused Ring Electron Acceptors to Prolong Charge Carrier Diffusion Length for High‐Efficiency Organic Solar Cells

材料科学 载流子 有机太阳能电池 扩散 接受者 能量转换效率 化学物理 电荷(物理) 有机半导体 光电子学 电子迁移率 电子受体 电子 联轴节(管道) 载流子寿命 热的 光伏系统 有效核电荷 聚合物太阳能电池 分子物理学 有机电子学 光化学 电子供体 混合太阳能电池 分子 电子传输链 兴奋剂 分子扩散
作者
J Zhou,Dan He,Y U N L O N Zhu,Jingyao Kong,Xianfei He,Fusen Jia,Li X,Ming‐Hua Li,Jianqi Zhang,Yongfang Li,王春儒,Fuwen Zhao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.75721
摘要

ABSTRACT The limited charge carrier diffusion length of organic photovoltaic materials cannot afford separated charge carriers to efficiently diffuse to be collected at electrodes, which impedes the further enhancement of power conversion efficiencies of organic solar cells. Herein, a giant‐molecule electron acceptor with heavy atoms, viz. GMA‐Se‐Cl, is developed and incorporated into L8‐BO to prolong charge carrier diffusion length and improve power conversion efficiencies via taking advantage of giant molecules and heavy‐atom effects. Introducing GMA‐Se‐Cl endows L8‐BO:GMA‐Se‐Cl with a lower molecular diffusion coefficient, suppressed molecular thermal motion, and higher crystallinity, compared with the pristine L8‐BO. Such enables L8‐BO:GMA‐Se‐Cl to afford weaker electron‐phonon coupling, reduced Huang‐Rhys factor, and lower trap density, thus contributing to enhanced charge carrier mobilities and lifetime for the prolonged charge carrier diffusion length. It helps to inhibit charge carrier recombination and facilitate charge transport in devices. Therefore, D18:L8‐BO:GMA‐Se‐Cl based organic solar cells achieve a higher power conversion efficiency of 20.24%, compared with D18:L8‐BO based ones (18.50%). It indicates that introducing giant‐molecule acceptors with heavy atoms is an efficient strategy to restrain molecular thermal motion and electron‐phonon coupling for prolonged charge carrier diffusion length and thus boost power conversion efficiencies of organic solar cells.
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