Fluorination of the Quinoxaline-Based p-Type Polymer and n-Type Small Molecule for High VOC Organic Solar Cells

喹喔啉 堆积 苯并三唑 能量转换效率 噻吩 材料科学 开路电压 光伏系统 聚合物 接受者 化学 分子 光电子学 电压 有机化学 电气工程 物理 工程类 凝聚态物理
作者
Hongru Ji,Jianfeng Li,Mengzhen Du,Jing Yang,Ailing Tang,Gongqiang Li,Qiang Guo,Erjun Zhou
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:125 (20): 10876-10882 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.1c01967
摘要

The "Same-A-Strategy" (SAS) employing the same acceptor unit (A) to construct both donor and acceptor materials was effective to achieve high open-circuit voltage (VOC) but only confined to the benzotriazole (BTA) unit. In this work, we chose quinoxaline (Qx) instead of BTA as the A unit to construct photovoltaic materials and extended the application of the SAS. By introducing the fluorine atom to the thiophene side chains of the p-type polymer and Qx units of the n-type small molecule, the optoelectronic properties can be effectively fine-tuned. The photovoltaic device based on PE61:Qx3b achieved a power conversion efficiency (PCE) of 8.24% with a VOC of 1.02 V. After fluorination of the n-type material, the PE61:F-Qx3b-based device achieved an improved PCE of 10.45% with a medium VOC of 0.98 V owing to the stronger π–π stacking, more matched energy levels, and suppressed bimolecular recombination. Further fluorination of the p-type material, the PE62:F-Qx3b-based device obtained a VOC as high as 1.09 V while achieving a slightly high PCE at 9.78% based on the Qx unit with a very high VOC. These four devices maintain a high VOC around 1.0 V with a low energy loss from 0.57 to 0.71 eV. Our results indicate that the Qx unit is also appropriate for the SAS to attain high-voltage solar cells, and fluorination is helpful to promise performance.
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