Fluorinated Perylene‐Diimides: Cathode Interlayers Facilitating Carrier Collection for High‐Performance Organic Solar Cells

材料科学 有机太阳能电池 阴极 光电子学 纳米技术 复合材料 分子 有机化学 化学 电气工程 工程类 聚合物
作者
Jia Yao,Shiyu Ding,Rui Zhang,Yang Bai,Qiuju Zhou,Lei Meng,Eduardo Solano,Julian A. Steele,Maarten B. J. Roeffaers,Feng Gao,Zhiguo Zhang,Yongfang Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (32): e2203690-e2203690 被引量:173
标识
DOI:10.1002/adma.202203690
摘要

Organic solar cells (OSCs) have experienced rapid progress with the innovation of near-infrared (NIR)-absorbing small-molecular acceptors (SMAs), while the unique electronic properties of the SMAs raise new challenges in relation to cathode engineering for effective electron collection. To address this issue, two fluorinated perylene-diimides (PDIs), PDINN-F and PDINN-2F, are synthesized by a simple fluorination method, for application as cathode interlayer (CIL) materials. The two bay-fluorinated PDI-based CILs possess a lower lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy level of ≈-4.0 eV, which improves the energy level alignment at the NIR-SMAs (such as BTP-eC9)/CIL for a favorable electron extraction efficiency. The monofluorinated PDINN-F shows higher electron mobility and better improved interfacial compatibility. The PDINN-F-based OSCs with PM6:BTP-eC9 as active layer exhibit an enhanced fill factor and larger short-circuit current density, leading to a high power conversion efficiency (PCE) exceeding 18%. The devices with PDINN-F CIL retain more than 80% of their initial PCE after operating at the maximum power point under continuous illumination for 750 h. This work prescribes a facile, cost-effective, and scalable method for the preparation of stable, high-performance fluorinated CILs, and instilling promise for the NIR-SMAs-based OSCs moving forward.
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