A–DA′D–A-Type Pentacyclic Fused-Ring Electron Acceptors for Efficient Organic Solar Cells

堆积 有机太阳能电池 戒指(化学) 晶体工程 能量转换效率 材料科学 化学 氢键 立体化学 分子 聚合物 有机化学 光电子学
作者
Zhiqiang Wang,Wenkui Wei,Liang Zeng,Tao Liu,Xiyue Yuan,Jiadong Zhou,Bingyan Yin,Junyu Li,Zengqi Xie,Fei Huang,Yong Cao,Chunhui Duan
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:35 (17): 6932-6942 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.3c01216
摘要

Although superior power conversion efficiencies (PCEs) (>19%) have been achieved by organic solar cells (OSCs), high materials cost severely prevents this photovoltaic technology from laboratory to industrial maturity. Particularly, the prevailing A–DA′D–A-type heptacyclic fused-ring electron acceptors (FREAs) suffered from arduous synthesis and extremely low overall synthetic yield. Herein, we report three A–DA′D–A-type pentacyclic FREAs (BTPT4F-EH, BTPT4F-BO, and BTPT4F-HD) with varied side chain length for application in OSCs. Compared with the prevailing heptacyclic FREAs, the pentacyclic FREAs exhibited much lower synthetic complexity. Single-crystal analysis unraveled that stair-like two-dimensional molecular stacking mode was formed in the crystal of BTPT4F-BO due to the existence of strong π–π interactions and hydrogen bonds, which could guarantee efficient charge transport in A–DA′D–A-type pentacyclic FREAs. As a result, a remarkable PCE of 15.0% has been offered by the OSC based on BTPT4F-BO. The high PCE and low synthetic complexity further contributed to an unprecedented figure of merit (FOM = 0.36) for BTPT4F-BO. This work suggests, with respect to heptacyclic FREAs, A–DA′D–A-type pentacyclic FREAs are more competitive candidates for the future industrial manufacturing of OSCs.
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