Synergistic Dual Modulation of Quinoxaline Acceptors via Core‐Fluorination and Side‐Chain Engineering for High‐Efficiency Organic Solar Cells

材料科学 喹喔啉 电介质 分子工程 三元运算 烷基 侧链 有机太阳能电池 接受者 化学物理 光化学 工作(物理) 光电子学 化学工程 聚合物太阳能电池 分子 介电谱 组合化学 有机半导体
作者
Baofeng Zhao,Zezhou Liang,Haimei Wu,Weiping Wang,Zhiyuan Cong,Liangcan He,Yuchen Zhou,Kangbo Sun,Huanhuan Gao,Sha Liu,Yufei Wang,Chao Gao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202529543
摘要

ABSTRACT While fluorination and alkyl chain modifications are recognized as effective strategies for regulating the packing behavior of non‐fullerene acceptor (NFA) molecules, their specific impacts on dielectric properties and associated energy losses in organic solar cells (OSCs) remain unclear, posing a constraint on further efficiency enhancements. To address this gap, it is designed and synthesized a series of NFAs with systematically varied quinoxaline fluorination degrees and alkyl chain lengths, aiming to elucidate the structure‐property relationship whereby molecular architecture governs dielectric characteristics, directs molecular packing, and ultimately dictates device performance. This findings demonstrated that both increased core fluorination and extended alkyl side chains enhance the dielectric properties of NFAs while concurrently reducing the free volume within the molecular packing. Notably, the C 12 BQ‐o8F molecule—featuring octa‐fluorination and a 2‐butyloctyl side chain—achieved the highest dielectric constant (2.42) and exhibited dense in‐plane molecular packing (19.50 Å), facilitating ultrafast hole transfer and markedly reducing voltage loss (0.491 eV). When incorporated as a guest acceptor into the PM6:BTP‐eC9 binary host, the resulting ternary device attained an efficiency of 19.52%. This work elucidates the critical interplay between core fluorination and side‐chain engineering in modulating dielectric properties, offering a molecular design pathway toward low‐loss, high‐efficiency OSCs.
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