Halogenated 9H‐Indeno[1,2‐b]Pyrazine‐2,3‐Dicarbonitrile End Groups Based Asymmetric Non‐Fullerene Acceptors for Green Solvent‐Processable, Additive‐Free, and Stable Organic Solar Cells

有机太阳能电池 吡嗪 化学 卤素 富勒烯 丙二腈 光伏系统 立体化学 有机化学 烷基 催化作用 聚合物 生态学 生物
作者
Peddaboodi Gopikrishna,Huijeong Choi,Do Hui Kim,Dong‐Chan Lee,Jun Ho Hwang,Seon‐Mi Jin,Eunji Lee,Shinuk Cho,BongSoo Kim
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (33): e2401080-e2401080 被引量:9
标识
DOI:10.1002/smll.202401080
摘要

Abstract Non‐fullerene acceptors (NFAs) significantly enhance photovoltaic performance in organic solar cells (OSCs) using halogenated solvents and additives. However, these solvents are environmentally detrimental and unsuitable for industrial‐scale production, and the issue of OSCs’ poor long‐term stability persists. This report introduces eight asymmetric NFAs (IPC n F‐BBO‐IC2F, IPC n F‐BBO‐IC2Cl, IPC n Cl‐BBO‐IC2F, and IPC n Cl‐BBO‐IC2Cl, where n = 1 and 2). These NFAs comprise a 12,13‐bis(2‐butyloctyl)‐3,9‐diundecyl‐12,13‐dihydro‐[1,2,5]thiadiazolo[3,4‐ e ]thieno[2'',3'':4',5']thieno[2',3':4,5]pyrrolo[3,2‐ g ]thieno[2',3':4,5]thieno‐[3,2‐ b ]indole (BBO) core. One end of the core attaches to a mono‐ or di‐halogenated 9 H ‐indeno[1,2‐ b ]pyrazine‐2,3‐dicarbonitrile (IPC) end group (IPC1F, IPC1Cl, IPC2F, or IPC2Cl), while the other end connects to a 2‐(5,6‐dihalo‐3‐oxo‐2,3‐dihydro‐1 H ‐inden‐1‐ylidene)malononitrile (IC) end group (IC2F or IC2Cl). The optical and electronic properties of these NFAs can be finely tuned by controlling the number of halogen atoms. Crucially, these NFAs demonstrate excellent compatibility with PM6 even in o ‐xylene, facilitating the production of additive‐free OSCs. The di‐halogenated IPC‐based NFAs outperform their mono‐halogenated counterparts in photovoltaic performance within OSCs. Remarkably, the di‐halogenated IPC‐based NFAs maintain 94‒98% of their initial PCEs over 2000 h in air without encapsulation, indicating superior long‐term device stability. These findings imply that the integration of di‐halogenated IPCs in asymmetric NFA design offers a promising route to efficient, stable OSCs manufactured through environmentally friendly processes.
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