Asymmetric Substitution of End‐Groups Triggers 16.34% Efficiency for All‐Small‐Molecule Organic Solar Cells

结晶度 材料科学 混溶性 能量转换效率 结晶学 接受者 有机太阳能电池 摩尔比 化学 有机化学 物理 催化作用 聚合物 光电子学 凝聚态物理 复合材料
作者
Jinfeng Ge,Ling Hong,Houying Ma,Qinrui Ye,Yanwei Chen,Lin Xie,Wei Song,Dandan Li,Zhenyu Chen,Kuibao Yu,Jianqi Zhang,Zhixiang Wei,Fei Huang,Ziyi Ge
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (29) 被引量:68
标识
DOI:10.1002/adma.202202752
摘要

Asymmetric substitution of end-groups is first applied in molecular donors. Three commonly used end-groups of 2-ethylhexyl cyanoacetate (CA), 2-ethylhexyl rhodanine (Reh), and 1H-indene-1,3(2H)-dione (ID) are combined to construct a series of symmetric and asymmetric donors. Correspondingly, the asymmetric donors SM-CA-Reh and SM-CA-ID show largely increased dipole moments (2.14 and 3.39 D, respectively) and enhanced aggregation propensity, as compared to those of symmetric donors of SM-CA, SM-Reh, and SM-ID. Using N3 as acceptor, interestingly, SM-CA-Reh integrates the photovoltaic characteristics of high fill factor (FF) for SM-CA and high short-circuit current density for SM-Reh, and delivers a record power conversion efficiency (PCE) of 16.34% with a high FF of 77.5%, which is much higher than 15.41% for SM-CA and 14.76% for SM-Reh. However, SM-CA-ID and SM-ID give the lower PCE of 8.20% and 2.76%. Characterization results suggest that the π-π interaction mainly dictates the packing morphology of blend films instead of dipole effect or crystallinity. Mono-substitution of Reh facilitates the molecular demixing appropriately but keeps the characteristic of the fine bicontinuous network of SM-CA:N3. SM-CA-Reh:N3 shows more efficient exciton extraction, higher hole transport, and better miscibility. These results well explain the merits integration and improved photovoltaic performance.
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