Fluorinated Perylene‐Diimides: Cathode Interlayers Facilitating Carrier Collection for High‐Performance Organic Solar Cells

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作者
Jia Yao,Shiyu Ding,Rui Zhang,Yang Bai,Qiuju Zhou,Lei Meng,Eduardo Solano,Julian A. Steele,Maarten B. J. Roeffaers,Feng Gao,Zhiguo Zhang,Yongfang Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (32) 被引量:82
标识
DOI:10.1002/adma.202203690
摘要

Organic solar cells (OSCs) have experienced rapid progress with the innovation of near-infrared (NIR)-absorbing small-molecular acceptors (SMAs), while the unique electronic properties of the SMAs raise new challenges in relation to cathode engineering for effective electron collection. To address this issue, two fluorinated perylene-diimides (PDIs), PDINN-F and PDINN-2F, are synthesized by a simple fluorination method, for application as cathode interlayer (CIL) materials. The two bay-fluorinated PDI-based CILs possess a lower lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy level of ≈-4.0 eV, which improves the energy level alignment at the NIR-SMAs (such as BTP-eC9)/CIL for a favorable electron extraction efficiency. The monofluorinated PDINN-F shows higher electron mobility and better improved interfacial compatibility. The PDINN-F-based OSCs with PM6:BTP-eC9 as active layer exhibit an enhanced fill factor and larger short-circuit current density, leading to a high power conversion efficiency (PCE) exceeding 18%. The devices with PDINN-F CIL retain more than 80% of their initial PCE after operating at the maximum power point under continuous illumination for 750 h. This work prescribes a facile, cost-effective, and scalable method for the preparation of stable, high-performance fluorinated CILs, and instilling promise for the NIR-SMAs-based OSCs moving forward.
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