Molecular Origin of Carbon–Oxygen‐Bridge Isomerization Induced Reverse Aggregation Ability in Acceptor–Donor–Acceptor Electron Acceptors for Organic Solar Cells

异构化 接受者 堆积 光化学 化学 位阻效应 侧链 烷基 电子受体 支化(高分子化学) 有机太阳能电池 分子 立体化学 有机化学 催化作用 聚合物 物理 凝聚态物理
作者
Jianchuan Liu,Wei Zheng,Guangchao Han,Yuanping Yi
出处
期刊:Solar RRL [Wiley]
卷期号:5 (4) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/solr.202000780
摘要

For bulk heterojunction organic solar cells (OSCs), controlling molecular self‐aggregation during solution processing is crucial to obtain ideally phase‐separated morphology and high device performance. Recently, fused‐ring regiochemistry, for example, carbon–oxygen (CO)‐bridge isomerization, has been found to effectively modulate the aggregation structures and photovoltaic properties of acceptor–donor–acceptor (A–D–A) small‐molecule acceptors (SMAs). Strikingly, the relative aggregation ability for the CO‐bridge isomers turns out to be reverse after simultaneous replacement of the linear alkyl side chains with branched ones and fluorination of the end groups. Herein, to understand the molecular origin of such an observation, the aggregation behaviors of three pairs of CO‐bridge isomeric SMAs in solutions are systematically investigated by atomistic molecular dynamics simulations. Because of the large side‐chain steric hindrance around the fused‐ring core, the molecular self‐aggregation for all of these SMAs is dominated by end‐group π–π stacking. Moreover, the end‐group π–π interaction is controlled by the synergistic effect of CO‐bridge isomerization, side‐chain branching, and end‐group fluorination, which are responsible for the reversal of the aggregation ability of the isomeric SMAs. This work provides the rationalization of experimental observations and is helpful for modulating the blending morphologies for high‐efficiency OSCs based on CO‐bridge SMAs.
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