Conformational Locking Control of 2D Outer Side Chains via Fluorine Atom Positioning for Improving the Thermal Stability of Organic Solar Cells

结晶度 材料科学 有机太阳能电池 侧链 热稳定性 偶极子 接受者 化学工程 光伏系统 化学物理 聚合物 有机化学 化学 复合材料 生态学 冶金 工程类 物理 生物 凝聚态物理
作者
Sangjin Yang,Jaeyeong Park,Seonghun Jeong,Yongjoon Cho,Mingyu Jeong,Jiyeon Oh,Seunglok Lee,Jeewon Park,Seong‐Jun Yoon,Changduk Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (33): 39636-39646 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsami.3c06596
摘要

Alongside high power conversion efficiencies (PCEs), device stability, especially thermal issues, is another key factor for the successful commercialization of nonfullerene acceptor (NFA)-based organic solar cells (OSCs). Considering the significant effects of the side-chain engineering of NFAs on molecular packing and/or locking strongly associated with the thermal stability of OSCs, herein, we present two new isomeric NFAs with 4-fluoro- and 2-fluoro-substituted hexylphenyl two-dimensional (2D) outer side chains (4FY and 2FY, respectively). In contrast with the 2FY having a horizontal stretching conformation, 4FY exhibits a diagonal stretching conformation of the 2D outer side chains and a higher dipole moment, resulting in a huge difference in their crystalline/aggregation characteristics, i.e., 4FY possesses a higher crystallinity with a denser molecular packing than the 2FY neat film, as evidenced by thermal and morphological characterizations. Encouragingly, relative to the one based on 2FY, the OSC based on 4FY delivers a PCE as high as 16.4%, together with excellent thermal stability (88.4% PCE retention under 85 °C for 360 h), which is attributed to a more optimal and robust blend morphology induced by its better compatibility into the used donor component and stronger crystallinity. This work demonstrates that in addition to the improved photovoltaic property, the appropriate F-positioning on the 2D outer side chains can play a key role in controlling their conformations, which can promote the increase of the thermal stability of OSCs.
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