A Wide Bandgap Acceptor with Large Dielectric Constant and High Electrostatic Potential Values for Efficient Organic Photovoltaic Cells

串联 化学 接受者 带隙 电介质 光伏系统 光电子学 能量转换效率 电气工程 材料科学 物理 凝聚态物理 复合材料 工程类
作者
Wei Wang,Yong Cui,Zhihao Chen,Jianqi Zhang,Xiao Yang,Tao Zhang,Wenxuan Wang,Ye Xu,Ni Yang,Huifeng Yao,Xiaotao Hao,Zhixiang Wei,Jianhui Hou
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (25): 13686-13695 被引量:38
标识
DOI:10.1021/jacs.3c01634
摘要

Low-bandgap materials have achieved rapid development and promoted the enhancement of power conversion efficiencies (PCEs) of organic photovoltaic (OPV) cells. However, the design of wide-bandgap non-fullerene acceptors (WBG-NFAs), required by indoor applications and tandem cells, has been lagging far behind the development of OPV technologies. Here, we designed and synthesized two NFAs named ITCC-Cl and TIDC-Cl by finely optimizing ITCC. In contrast with ITCC and ITCC-Cl, TIDC-Cl can maintain a wider bandgap and a higher electrostatic potential simultaneously. When blending with the donor PB2, the highest dielectric constant is also obtained in TIDC-Cl-based films, enabling efficient charge generation. Therefore, the PB2:TIDC-Cl-based cell possessed a high PCE of 13.8% with an excellent fill factor (FF) of 78.2% under the air mass 1.5G (AM 1.5G) condition. Furthermore, an exciting PCE of 27.1% can be accomplished in the PB2:TIDC-Cl system under the illumination of 500 lux (2700 K light-emitting diode). Combined with the theoretical simulation, the tandem OPV cell based on TIDC-Cl was fabricated and exhibited an excellent PCE of 20.0%.
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