Enhancing Charge Separation in Y-Series Acceptors via π-End Group Substitutions for Organic Solar Cells

有机太阳能电池 分离(统计) 系列(地层学) 电荷(物理) 群(周期表) 化学 材料科学 物理 有机化学 数学 地质学 统计 古生物学 量子力学 聚合物
作者
Zhengli Zhang,Zhao Ding,Wenkai Zhao,Xin Ye,Ningyi Cui,Chen Ning Yang,Donghua Liu,Xiaopeng Li,G. Li,Guankui Long,Tao Zhang,Mingfei Xiao,Junli Li,Yecheng Zhou
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.5c01690
摘要

Y-series non-fullerene acceptors (NFAs) have been widely used to enhance the power conversion efficiencies (PCEs) of organic solar cells (OSCs). To rationally explore an effective approach to improve PCE, we employ density functional theory (DFT) and molecular dynamics (MD) simulations to analyze four Y-series NFAs: BTP-C9-ICB, BTP-C9-ICN, BTP-C9-ICT, and BTP-eC9. DFT calculations reveal that thiophene extension in BTP-C9-ICT enhances light absorption and intramolecular charge transfer but has a limited effect on the overall performance. MD simulations further investigate molecular stacking in acceptor−donor blends, identifying efficient π–π interactions (DD, AA, and AD) via K-means clustering. While DD and AA stackings influence charge transport asymmetry, they are not the sole determinants of PCE. Instead, BTP-eC9 achieves superior performance due to an increased number of AD stackings, driven by chlorine-induced intermolecular interactions and enhanced long-range electronic couplings. This study underscores the critical role of charge separation in OSCs, suggesting that optimizing charge separation may be more impactful than simply improving charge mobility in high-performance organic semiconductors.
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