π-Extended Nonfullerene Acceptor for Compressed Molecular Packing in Organic Solar Cells To Achieve over 20% Efficiency

有机太阳能电池 化学 接受者 堆积 有机半导体 猝灭(荧光) 聚合物太阳能电池 聚合物 化学物理 光电子学 材料科学 有机化学 荧光 光学 物理 凝聚态物理
作者
Yaru Sun,Liang Wang,Chuanhang Guo,Jinsheng Xiao,Chenhao Liu,Chen Chen,Wei Xia,Zongwei Gan,Jingchao Cheng,Jingfang Zhou,Zhenghong Chen,Jing Zhou,Dan Liu,Tao Wang,Wei Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.4c01503
摘要

Organic photovoltaics (OPVs) suffer from a trade-off between efficient charge transport and suppressed nonradiative recombination due to the aggregation-induced luminance quenching of organic semiconductors. To resolve this grand challenge, a π-extended nonfullerene acceptor (NFA) B6Cl with large voids among the honeycomb network is designed and introduced into photovoltaic systems. We find that the presence of a small amount of (i.e., 0.5 or 1 wt %) B6Cl can compress the molecular packing of the host acceptor L8-BO, leading to shortened π–π stacking distance from 3.59 to 3.50 Å (that will improve charge transport) together with ordered alkyl chain packing (that will inhibit nonradiative energy loss due to the suppressed C–C and C–H bonds vibrations), as validated by high-energy X-ray scattering measurements. This morphology transformation ultimately results in simultaneously improved JSC, FF, and VOC of OPVs. As a result, the maximum PCEs of PM6:L8-BO and D18:L8-BO are increased from 19.1 and 19.3% to 19.8 and 20.2%, respectively, which are among the highest values for single-junction OPVs. The university of B6Cl to increase the performance of OPVs is further evidenced in a range of polymer:NFA OPVs.
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