Molecular design of dibenzo[g,p]chrysene-based hole-transporting materials for perovskite solar cells: A theoretical study

马库斯理论 共轭体系 密度泛函理论 材料科学 噻吩 轨道能级差 分子间力 化学 化学物理 光化学 分子 计算化学 有机化学 聚合物 物理 动力学 反应速率常数 量子力学
作者
Zhu-Zhu Sun,Shuai Feng,Wei‐Lu Ding,Xing‐Liang Peng,Jian Guan,Zhiqiang Zhao
出处
期刊:Synthetic Metals [Elsevier BV]
卷期号:271: 116631-116631 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.synthmet.2020.116631
摘要

Designed with a steric twisted, π-conjugated dibenzochrysene (DBC) core and arylamine-based electron-donating side arms, four small molecules as hole-transporting materials (HTMs) are simulated with density functional theory and Marcus theory of electron transfer. Our results show that, adding the fluorene moiety in auxiliary side arms and extending the π-conjugated structure can make the highest occupied molecular orbital (HOMO) energy levels down-shifted. By tailoring of electron-donating side arms, the HOMO levels of designed HTMs range from −4.95 to −5.24 eV, which affords a chance for the interfacial energy regulation. Meanwhile, we also find that the suitable extension of π-conjugated side arms and the accessorial sulfur-sulfur interaction may be beneficial for promoting the intermolecular electronic coupling. Coupled with the lower reorganization energy, the DBC-4 (7.08 × 10−1 cm2 v−1 s−1) displays the largest hole mobility. In addition, the better solubility can be expected for the DBC-4 due to the larger solvation free energy, whereas its stability may be somewhat lower. Adding thiophene unit in side arms makes the absorption spectra obviously red-shift. Overall, this work provides some useful clues for designing of high-efficient HTMs, and the DBC-4 is proposed as potential HTM.

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