Complete Peripheral Fluorination of the Small‐Molecule Acceptor in Organic Solar Cells Yields Efficiency over 19 %

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作者
Zhaoyang Yao,Xiangjian Cao,Xingqi Bi,Tengfei He,Yu Li,Xinyuan Jia,Huazhe Liang,Yaxiao Guo,Guankui Long,Bin Kan,Chenxi Li,Xiangjian Wan,Yongsheng Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (44) 被引量:72
标识
DOI:10.1002/anie.202312630
摘要

Due to the intrinsically flexible molecular skeletons and loose aggregations, organic semiconductors, like small molecular acceptors (SMAs) in organic solar cells (OSCs), greatly suffer from larger structural/packing disorders and weaker intermolecular interactions comparing to their inorganic counterparts, further leading to hindered exciton diffusion/dissociation and charge carrier migration in resulting OSCs. To overcome this challenge, complete peripheral fluorination was performed on basis of a two-dimensional (2D) conjugation extended molecular platform of CH-series SMAs, rendering an acceptor of CH8F with eight fluorine atoms surrounding the molecular backbone. Benefitting from the broad 2D backbone, more importantly, strengthened fluorine-induced secondary interactions, CH8F and its D18 blends afford much enhanced and more ordered molecular packings accompanying with enlarged dielectric constants, reduced exciton binding energies and more obvious fibrillary networks comparing to CH6F controls. Consequently, D18:CH8F-based OSCs reached an excellent efficiency of 18.80 %, much better than that of 17.91 % for CH6F-based ones. More excitingly, by employing D18-Cl that possesses a highly similar structure to D18 as a third component, the highest efficiency of 19.28 % for CH-series SMAs-based OSCs has been achieved so far. Our work demonstrates the dramatical structural multiformity of CH-series SMAs, meanwhile, their high potential for constructing record-breaking OSCs through peripheral fine-tuning.
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