Symmetry-Induced Ordered Assembly of a Naphthobisthiadiazole-Based Nonfused-Ring Electron Acceptor Enables Efficient Organic Solar Cells

接受者 材料科学 有机太阳能电池 戒指(化学) 电子受体 分子间力 结晶学 光化学 分子 化学 有机化学 物理 聚合物 凝聚态物理 复合材料
作者
Kyu Chan Song,W. Sung,Dongchan Lee,Sein Chung,Hansol Lee,Jaewon Lee,Shinuk Cho,Kilwon Cho
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (46): 52233-52243 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsami.2c13304
摘要

Nonfused-ring electron acceptors (NFREAs) have received increasing attention for use in organic solar cells (OSCs) because of their synthetic simplicity and tunable optical spectra. However, their fundamental molecular interactions and the mechanism by which they govern the property-function relations of OSCs remain elusive. Here, to investigate the effects of the structural symmetry of NFREAs, two acceptor-donor-acceptor'-donor-acceptor (A-D-A'-D-A)-type NFREAs, 2,2'-(((naphtho[1,2-c:5,6-c']bis[1,2,5]thiadiazole-5,10-diylbis(4,4-bis(2-butyloctyl)-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-6,2-diyl))bis(methaneylylidene))bis(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile (NTz-4F) and 2,2'-(((benzo[c][1,2,5]thiadiazole-4,7-diylbis(4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-6,2-diyl))bis(methaneylylidene))bis(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile (BT-4F), are designed and synthesized. They have different A' cores: NTz-4F has a modified centrosymmetric NTz core, whereas BT-4F has a modified axisymmetric BT core. In pristine films, the NTz-4F, which has a centrosymmetric core, shows substantially enhanced intermolecular interaction and microstructural crystalline ordering compared with BT-4F, which has an axisymmetric core. Even in blends with poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene))-alt-(5,5-(1',3'-di-2-thienyl-5',7'-bis(2-ethylhexyl)benzo[1',2'-c:4',5'-c']dithiophene-4,8,-dione))] (PBDB-T), NTz-4F retains its highly crystalline structure, whereas BT-4F loses crystalline packing. These changes in NTz-4F result in increased electron transport and suppressed nonradiative voltage loss, resulting in a power conversion efficiency of 9.14% for PBDB-T:NTz-4F vs 7.18% for PBDB-T:BT-4F. This work demonstrates that centrosymmetric-structured cores are promising building blocks for high-performance NFREA-based OSCs.

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