Attaching Electron‐Donating Thiophene Rings on Small Molecule Acceptors for Organic Solar Cells with Ultra‐Low Nonradiative Energy Losses

噻吩 光化学 电子 分子 有机太阳能电池 材料科学 电子受体 小分子 化学 光电子学 有机化学 物理 聚合物 核物理学 生物化学
作者
You-Tang Shen,Yiming Wang,Yimei Zhang,Chenhe Wang,Yuxuan Zhu,Yibo Kong,Adiljan Wupur,Caiwei Zhang,Mengting Wang,Chang Gao,Xiukun Ye,Zaifei Ma,Haiming Zhu,Minmin Shi,Hongzheng Chen
出处
期刊:Solar RRL [Wiley]
标识
DOI:10.1002/solr.202500614
摘要

The high nonradiative energy losses (Δ E nr s) in organic solar cells (OSCs) have become a huge obstacle for further improvements of their power conversion efficiencies (PCEs). To address it, the normal small molecule acceptor (SMA) is modified by attaching thiophene, 2‐methylthiophene, and 2‐chlorothiophene rings, respectively, on the terminals, giving three novel SMAs TIC, MTIC, and CTIC. With gradual increasing in the electron‐donating capabilities of thiophene rings, these SMAs own more and more reduced intramolecular charge transfer (ICT) effects in the order of CTIC > TIC > MTIC. Reversely, the OSCs based on CTIC, TIC, and MTIC exhibit the monotonically increased electroluminescence quantum efficiencies (EQE EL s) of 0.27%, 0.36%, and 0.44%, corresponding to lower and lower Δ E nr s of 0.153, 0.145, and 0.140 eV, respectively. These values are all among the best ones for OSCs to date. Finally, when CTIC is introduced into PM6:BTP‐eC9 binary system, the resulting ternary OSC delivers an improved open‐circuit voltage ( V OC ) of 0.864 V, thereby, a higher PCE of 18.82%. This study demonstrates that weakening ICT effects of SMAs is an effective strategy to realize smaller energy losses for OSCs.
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