Theoretical Study on Functionalizing A–D–A Type Non‐Fullerene Acceptor by Fused Rings and Side Chains for Organic Solar Cells

有机太阳能电池 侧链 富勒烯 接受者 材料科学 光化学 激发态 轨道能级差 电子受体 化学物理 化学 分子 原子物理学 聚合物 有机化学 物理 复合材料 凝聚态物理
作者
Li Ma,Cai‐Rong Zhang,Meiling Zhang,Xiao‐Meng Liu,Ji‐Jun Gong,Yuhong Chen,Zi‐Jiang Liu,Youzhi Wu,Hongshan Chen
出处
期刊:Advanced theory and simulations [Wiley]
卷期号:7 (3) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/adts.202300624
摘要

Abstract The modification of fused rings in the central backbone, side chains, and end groups of the non‐fullerene acceptor (NFA) for organic solar cells (OSCs) can modulate properties and photovoltaic performance. In order to investigate the effect of fused rings and side chains on photovoltaic performance, PBDB‐T is selected as electron donor and IDTIC, IDIC, IDIC‐PhC6, IDIC‐C4Ph, 4TIC, ITIC‐OE, IDTTIC, ITC6‐IC, ITIC, and C8‐ITIC are selected as NFAs. Based on quantum chemistry calculations, the geometries, electronic structures, excitation properties, excited‐state lifetimes, and electrostatic potentials (ESPs) of the monomer and the PBDB‐T:NFA complexes are studied, and the rate constants of charge transfer (CT), exciton dissociation (ED) and charge recombination (CR) processes are analyzed. The results show that the increase of fused‐ring in NFA's backbone by substituting phenyl or thienyl with bithiophene can elevate the highest occupied molecular orbital energies, reduce the gap of frontier molecular orbital energies, induce red‐shift of absorption spectrum, increase CT energy, improve CT and ED rates. This work provides a detailed understanding of tuning optoelectronic properties and photovoltaic performance by modifying NFA's side chains and extending backbones.
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