Molecular Design for Vertical Phase Distribution Modulation in High‐Performance Organic Solar Cells

材料科学 有机太阳能电池 侧链 光活性层 化学物理 能量转换效率 极性(国际关系) 激发 光电子学 聚合物太阳能电池 复合材料 聚合物 化学 工程类 细胞 电气工程 生物化学
作者
Zhihao Chen,Shaoqing Zhang,Junzhen Ren,Tao Zhang,Jiangbo Dai,Jingwen Wang,Lijiao Ma,Jiawei Qiao,Xiaotao Hao,Jianhui Hou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (23) 被引量:20
标识
DOI:10.1002/adma.202310390
摘要

Component distribution within the photoactive layer dictates the morphology and electronic structure and substantially influences the performance of organic solar cells (OSCs). In this study, a molecular design strategy is introduced to manipulate component and energetics distribution by adjusting side-chain polarity. Two non-fullerene acceptors (NFAs), ITIC-16F and ITIC-E, are synthesized by introducing different polar functional substituents onto the side chains of ITIC. The alterations result in different distribution tendencies in the bulk heterojunction film: ITIC-16F with intensified hydrophobicity aligns predominantly with the top surface, while ITIC-E with strong hydrophilicity gravitates toward the bottom. This divergence directly impacts the vertical distribution of the excitation energy levels, thereby influencing the excitation kinetics over extended time periods and larger spatial ranges including enhanced diffusion-mediated exciton dissociation and stimulated charge carrier transport. Benefitting from the favorable energy distribution, the device incorporating ITIC-E into the PBQx-TF:eC9-2Cl blend showcases an impressive power conversion efficiency of 19.4%. This work highlights side-chain polarity manipulation as a promising strategy for designing efficient NFA molecules and underscores the pivotal role of spatial energetics distribution in OSC performance.
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