Optimizing spectral and morphological match of nonfullerene acceptors toward efficient indoor organic photovoltaics with enhanced light source adaptability

材料科学 带隙 光伏 吸收(声学) 有机太阳能电池 光电子学 烷基 侧链 吸收光谱法 光伏系统 光学 复合材料 有机化学 聚合物 化学 生态学 生物 物理
作者
Siwei Luo,Fujin Bai,Jianquan Zhang,Heng Zhao,Indunil Angunawela,Xinhui Zou,Xiaojun Li,Zhenghui Luo,Kui Feng,Han Yu,Kam Sing Wong,Harald Ade,Wei Ma,He Yan
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:98: 107281-107281 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107281
摘要

High-performance indoor organic photovoltaics (IOPV) require large-bandgap material systems to absorb visible light efficiently and reduce energy loss. However, state-of-the-art non-fullerene acceptors (NFAs) have absorptions in the near-infrared region and are thus not suitable for IOPV applications. Herein, we report a series of large-bandgap (>1.70 eV) NFAs named FCC-Cl-C8, FCC-Cl-4Ph and FCC-Cl-6Ph by modifying the alkyl side chains with alkylphenyl chains partially or completely. Results show that the bulky alkylphenyl side chains can finely tune the absorption properties of the NFAs and also affect their morphological properties. Interestingly, the best-performing NFA is the one (named FCC-Cl-4Ph) with partial alkyl and alkylphenyl substitutions, which blue-shift the absorption of the NFAs while minimizing the negative morphological effect of the bulky alkylphenyl chains. As a result, FCC-Cl-4Ph can achieve excellent indoor efficiencies over 29% under a 3000 K LED lamp at 1000 lux and show better solution processability over FCC-Cl-C8. More importantly, FCC-Cl-4Ph can maintain high indoor performance (29.7–26.8% at 1000 lux) under a wide range of indoor lighting spectra (2600, 3000, 4000, and 6500 K LED lamps), which should be due to the blue-shifted spectra of FCC-Cl-4Ph and better matching with various indoor conditions. This work reveals an interesting structure-property relationship and offers useful strategies for the further design of NFAs toward efficient IOPV devices.
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