Photovoltage enhancement of M-series acceptor-based polymer solar cells and minimodules through the modulation of charge transfer states

电荷(物理) 接受者 调制(音乐) 材料科学 系列(地层学) 光电子学 聚合物 物理 凝聚态物理 生物 量子力学 古生物学 声学 复合材料
作者
Kaichen Xing,Dongdong Cai,Di Wang,Jin-Yun Wang,Changquan Tang,Yunlong Ma,Qingdong Zheng
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
标识
DOI:10.1093/nsr/nwaf089
摘要

Abstract Side-chain fluorination can enhance backbone organization and carrier mobility of nonfullerene acceptors (NFAs) but it often reduces their photovoltage due to the resulting deeper-lying lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) levels. Herein, we present a strategy to regulate LUMO levels of two NFAs, MC9F5 and MC7F5, by repositioning the highly electronegative -C2F5 moieties on side-chains. This approach mitigates the impact of fluorination on the energy levels, thereby improving the photovoltage and overall device performance. By incorporating 10,10,11,11,11-pentafluoro-2-(8,8,9,9,9-pentafluorononyl)undecyl side-chains, the -C2F5 moieties are positioned away from the conjugated backbone of MC9F5, resulting in an elevated LUMO level compared to MC7F5, which features 8,8,9,9,9-pentafluoro-2-(6,6,7,7,7-pentafluoroheptyl)nonyl side-chains. This modification reduces both charge generation and nonradiative energy losses in the MC9F5-based devices. The MC9F5-based small-area and minimodule devices achieve efficiencies of 18.02% and 15.66%, respectively, which are among the highest values reported for acceptor-donor-acceptor-type NFAs. This study highlights a valuable fluorination strategy for achieving high-performance NFAs.
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