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Side-Chain Isomerization on an n-type Organic Semiconductor ITIC Acceptor Makes 11.77% High Efficiency Polymer Solar Cells

接受者 异构化 带隙 侧链 聚合物太阳能电池 烷基 能量转换效率 材料科学 光化学 聚合物 光电子学 化学 光伏系统 有机化学 催化作用 生态学 物理 生物 凝聚态物理
作者
Yankang Yang,Zhiguo Zhang,Haijun Bin,Shanshan Chen,Liang Gao,Ling‐Wei Xue,Changduk Yang,Yongfang Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:138 (45): 15011-15018 被引量:845
标识
DOI:10.1021/jacs.6b09110
摘要

Low bandgap n-type organic semiconductor (n-OS) ITIC has attracted great attention for the application as an acceptor with medium bandgap p-type conjugated polymer as donor in nonfullerene polymer solar cells (PSCs) because of its attractive photovoltaic performance. Here we report a modification on the molecular structure of ITIC by side-chain isomerization with meta-alkyl-phenyl substitution, m-ITIC, to further improve its photovoltaic performance. In a comparison with its isomeric counterpart ITIC with para-alkyl-phenyl substitution, m-ITIC shows a higher film absorption coefficient, a larger crystalline coherence, and higher electron mobility. These inherent advantages of m-ITIC resulted in a higher power conversion efficiency (PCE) of 11.77% for the nonfullerene PSCs with m-ITIC as acceptor and a medium bandgap polymer J61 as donor, which is significantly improved over that (10.57%) of the corresponding devices with ITIC as acceptor. To the best of our knowledge, the PCE of 11.77% is one of the highest values reported in the literature to date for nonfullerene PSCs. More importantly, the m-ITIC-based device shows less thickness-dependent photovoltaic behavior than ITIC-based devices in the active-layer thickness range of 80-360 nm, which is beneficial for large area device fabrication. These results indicate that m-ITIC is a promising low bandgap n-OS for the application as an acceptor in PSCs, and the side-chain isomerization could be an easy and convenient way to further improve the photovoltaic performance of the donor and acceptor materials for high efficiency PSCs.
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