Correlation of Local Isomerization Induced Lateral and Terminal Torsions with Performance and Stability of Organic Photovoltaics

化学 异构化 侧链 位阻效应 有机太阳能电池 共轭体系 平面度测试 热稳定性 聚合物太阳能电池 能量转换效率 吊坠组 聚合物 有机化学 结晶学 光电子学 材料科学 物理 量子力学 催化作用 荧光
作者
Baobing Fan,Wei Gao,Rui Zhang,Werner Kaminsky,Francis Lin,Xinxin Xia,Qunping Fan,Yanxun Li,Yidan An,Yue Wu,Ming Liu,Xinhui Lu,Wen J. Li,Hin‐Lap Yip,Feng Gao,Alex K.‐Y. Jen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (10): 5909-5919 被引量:91
标识
DOI:10.1021/jacs.2c13247
摘要

Organic photovoltaics (OPVs) have achieved great progress in recent years due to delicately designed non-fullerene acceptors (NFAs). Compared with tailoring of the aromatic heterocycles on the NFA backbone, the incorporation of conjugated side-groups is a cost-effective way to improve the photoelectrical properties of NFAs. However, the modifications of side-groups also need to consider their effects on device stability since the molecular planarity changes induced by side-groups are related to the NFA aggregation and the evolution of the blend morphology under stresses. Herein, a new class of NFAs with local-isomerized conjugated side-groups are developed and the impact of local isomerization on their geometries and device performance/stability are systematically investigated. The device based on one of the isomers with balanced side- and terminal-group torsion angles can deliver an impressive power conversion efficiency (PCE) of 18.5%, with a low energy loss (0.528 V) and an excellent photo- and thermal stability. A similar approach can also be applied to another polymer donor to achieve an even higher PCE of 18.8%, which is among the highest efficiencies obtained for binary OPVs. This work demonstrates the effectiveness of applying local isomerization to fine-tune the side-group steric effect and non-covalent interactions between side-group and backbone, therefore improving both photovoltaic performance and stability of fused ring NFA-based OPVs.
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