Reduced Energy Loss Enabled by a Chlorinated Thiophene‐Fused Ending‐Group Small Molecular Acceptor for Efficient Nonfullerene Organic Solar Cells with 13.6% Efficiency

噻吩 光电流 有机太阳能电池 接受者 能量转换效率 材料科学 开路电压 光化学 光电子学 轨道能级差 化学 分子 有机化学 电压 物理 聚合物 复合材料 凝聚态物理 量子力学
作者
Zhenghui Luo,Tao Liu,Yiling Wang,Guangye Zhang,Rui Sun,Zhangxiang Chen,Cheng Zhong,Jingnan Wu,Yuzhong Chen,Maojie Zhang,Yang Zou,Wei Ma,He Yan,Jie Min,Yongfang Li,Chuluo Yang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (18) 被引量:156
标识
DOI:10.1002/aenm.201900041
摘要

Abstract Generally, highly efficient organic solar cells require both a high open‐circuit voltage ( V OC ) and a high short‐circuit current density ( J SC ). Reducing the energy loss ( E loss ) is an effective way to achieve a high V OC without compromising the photocurrent, which is ideal for enhancing the power conversion efficiencies (PCEs). Herein, a new chlorinated nonfullerene acceptor (ITC‐2Cl) with chlorinated thiophene‐fused end groups is developed. In comparison with the unchlorinated counterpart (ITCPTC), the introduction of Cl improves not only the electronic properties by redshifting the absorption spectra and deepening the lowest unoccupied molecular orbital energy levels, but also the molecular packing and thus thin‐film morphology. The PM6:ITC‐2Cl‐based device yields a significantly higher PCE (13.6%) with a lower E loss (0.67 eV) than the ITCPTC‐based device (PCE of 12.3% with E loss of 0.70 eV). More importantly, compared to the archetypal nonfullerene acceptors such as IT‐4F (PCE of 12.9% with E loss of 0.73 eV) and IT‐4Cl (PCE of 12.7% with E loss of 0.76 eV), the ITC‐2Cl‐based device shows a higher PCE and a lower E loss . These results demonstrate that the chlorinated thiophene‐fused end group is a promising candidate for a high‐performance nonfullerene acceptors with low energy loss.
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