Two asymmetric small molecule acceptors with aromatic and non-aromatic ring side chains were developed for organic solar cells

侧链 有机太阳能电池 芳香性 香米 化学 分子 戒指(化学) 光化学 聚合物 有机化学 基因 水稻 生物化学
作者
Renlong Li,Xiongbo Zhang,Minghao Dong,Cheng‐Xing Cui,Wanqing Zhang,Jichao Wang,Kai Zhang,Tao Jia,Hong‐Ying Niu,Fei Huang
出处
期刊:Dyes and Pigments [Elsevier BV]
卷期号:209: 110908-110908 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.dyepig.2022.110908
摘要

Asymmetric side-chain engineering has been demonstrated to be an effective approach for modifying the solubility and morphology of non-fullerene small molecule acceptors (NF-SMAs). However, prior research has mostly concentrated on optimizing the length and branching locations of alkyl chains. Phenyl and cyclohexyl groups suspended on the side chains have been shown to be effective for tuning the crystallinity and self-assembly of symmetric organic molecules for efficient organic solar cells. To investigate the impact of the aromatic and non-aromatic ring side chains on the performance of asymmetric NF-SMAs, two asymmetric acceptors, Y-Ph4F and Y–CH4F, are designed with phenyl and cyclohexyl as two distinct side chains, respectively, in this work. Due to their common backbone, the two NF-SMAs exhibit similar absorption spectra and energy levels as determined by UV–vis absorption, cyclic voltammetry, and density functional theory calculations. Differential scanning calorimetry (DSC) and powder X-ray diffraction (XRD) demonstrate that Y–CH4F with 4-cyclohexylbutyl side chains has stronger molecular packing and crystallinity in the solid state compared to Y-Ph4F with 4-phenylbutyl side chains. By pairing these NFAs with a well-known polymer donor PM6, both PM6:Y-Ph4F and PM6:Y-Ph4F-based organic solar cells (OSCs) achieve power conversion efficiencies (PCEs) of more than 15%. When fabricated with a 1 cm2 active area, the Y-Ph4F and Y–CH4F-based devices can also obtain exceptional PCEs of 15.05% and 14.10%, respectively. These findings suggest that the aromatic and non-aromatic ring side chains can effectively tune the molecular packing and crystallinity for efficient OSCs.
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