High‐Performance All‐Small‐Molecule Organic Solar Cells Enabled by Regio‐Isomerization of Noncovalently Conformational Locks

材料科学 异构化 烷氧基 分子 小分子 聚合物 能量转换效率 有机太阳能电池 相(物质) 分子间力 化学物理 化学工程 光电子学 有机化学 化学 烷基 复合材料 催化作用 工程类 生物化学
作者
Xin Zhang,Linqing Qin,Yuhao Li,Jianwei Yu,Hao Chen,Xiaobin Gu,Yanan Wei,Xinhui Lu,Feng Gao,Hui Huang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (19) 被引量:34
标识
DOI:10.1002/adfm.202112433
摘要

Abstract The power conversion efficiencies (PCEs) of organic solar cells (OSCs) have surpassed 19% thanks to the innovation of polymer donors and molecular acceptors. However, the batch‐to‐batch variations in polymer materials are detrimental to the reproducibility of the device performance. In comparison, small‐molecule donors (SMDs) possess some unique advantages, such as well‐defined molecular weights, easy purification, and excellent batch‐to‐batch repeatability. Herein, a pair of regioisomeric SMDs ( BT‐O1 and BT‐O2 ) has been synthesized with alkoxy groups as S···O noncovalently conformational locks (NoCLs) at the inner and outer position, respectively. Theoretical and experimental results reveal that the regioisomeric effect has a significant influence on the light‐harvest ability, energy levels, molecular geometries, internal reorganization energy, and packing behaviors for the two SMDs. As a result, BT‐O2 ‐based binary device shows an impressive PCE of 13.99%, much higher than that of BT‐O1 based one (4.07%), due to the better‐aligned energy level, more balanced charge transport, less charge recombination, lower energy loss, and more favorable phase separation. Furthermore, the fullerene derivative PC 71 BM is introduced into BT‐O2 :H3 as the third component to achieve a notable PCE of 15.34% (certified 14.6%). Overall, this work reveals that NoCLs is a promising strategy to achieve high‐performance SMDs for all‐small‐molecule OSCs.
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