Molecular Design of Fully Nonfused Acceptors for Efficient Organic Photovoltaic Cells

化学 噻吩 堆积 光伏系统 接受者 位阻效应 平面的 有机太阳能电池 侧链 光化学 有机化学 聚合物 生态学 生物 物理 计算机图形学(图像) 计算机科学 凝聚态物理
作者
Ni Yang,Yong Cui,Tao Zhang,Cunbin An,Zhihao Chen,Xiao Yang,Yue Yu,Yafei Wang,Xiaotao Hao,Jianhui Hou
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (13): 9205-9215 被引量:17
标识
DOI:10.1021/jacs.4c00090
摘要

The nonfused thiophene–benzene–thiophene (TBT) unit offers advantages in obtaining low-cost organic photovoltaic (OPV) materials due to its simple structure. However, OPV cells, including TBT-based acceptors, exhibit significantly lower energy conversion efficiencies. Here, we introduce a novel approach involving the design and synthesis of three TBT-based acceptors by substituting different position-branched side chains on the TBT unit. In comparison to TBT-10 and TBT-11, TBT-13, which exclusively incorporates α-position branched side chains with a large steric hindrance, demonstrates a more planar and stable conformation. When blended with the donor PBQx-TF, TBT-13-based blend film achieves favorable π–π stacking and aggregation characteristics, resulting in excellent charge transfer performance in the corresponding device. Due to the simultaneous enhancements in short-circuit current density and fill factor, the TBT-13-based OPV cell obtains an outstanding efficiency of 16.1%, marking the highest value for the cells based on fully nonfused acceptors. Our work provides a practical molecular design strategy for high-performance and low-cost OPV materials.
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