Unidirectional Sidechain Engineering to Construct Dual‐Asymmetric Acceptors for 19.23 % Efficiency Organic Solar Cells with Low Energy Loss and Efficient Charge Transfer

有机太阳能电池 能量转换效率 化学 接受者 噻吩 退火(玻璃) 结晶度 化学工程 化学物理 材料科学 光电子学 有机化学 结晶学 聚合物 复合材料 工程类 物理 凝聚态物理
作者
Qunping Fan,Ruijie Ma,Jie Yang,Jingshun Gao,Hairui Bai,Wenyan Su,Zezhou Liang,Yue Wu,Lingxiao Tang,Yuxiang Li,Qiang Wu,Kun Wang,Lihe Yan,Rui Zhang,Feng Gao,Gang Li,Wei Ma
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (36) 被引量:70
标识
DOI:10.1002/anie.202308307
摘要

Achieving both high open-circuit voltage (Voc ) and short-circuit current density (Jsc ) to boost power-conversion efficiency (PCE) is a major challenge for organic solar cells (OSCs), wherein high energy loss (Eloss ) and inefficient charge transfer usually take place. Here, three new Y-series acceptors of mono-asymmetric asy-YC11 and dual-asymmetric bi-asy-YC9 and bi-asy-YC12 are developed. They share the same asymmetric D1 AD2 (D1 =thieno[3,2-b]thiophene and D2 =selenopheno[3,2-b]thiophene) fused-core but have different unidirectional sidechain on D1 side, allowing fine-tuned molecular properties, such as intermolecular interaction, packing pattern, and crystallinity. Among the binary blends, the PM6 : bi-asy-YC12 one has better morphology with appropriate phase separation and higher order packing than the PM6 : asy-YC9 and PM6 : bi-asy-YC11 ones. Therefore, the PM6 : bi-asy-YC12-based OSCs offer a higher PCE of 17.16 % with both high Voc and Jsc , due to the reduced Eloss and efficient charge transfer properties. Inspired by the high Voc and strong NIR-absorption, bi-asy-YC12 is introduced into efficient binary PM6 : L8-BO to construct ternary OSCs. Thanks to the broadened absorption, optimized morphology, and furtherly minimized Eloss , the PM6 : L8-BO : bi-asy-YC12-based OSCs achieve a champion PCE of 19.23 %, which is one of the highest efficiencies among these annealing-free devices. Our developed unidirectional sidechain engineering for constructing bi-asymmetric Y-series acceptors provides an approach to boost PCE of OSCs.

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