Organische photoaktive Materialien ohne kondensierte Ringe haben in den letzten Jahren aufgrund ihrer niedrigen Synthesekosten breite Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Anders als die starre koplanare Struktur von Molekülen mit kondensierten Ringen könnte die leicht drehbare Konformation von Molekülen mit nicht kondensierten Ringen zu einer unterschiedlichen energetischen Unordnung führen, die den intramolekularen Elektronentransport und damit die Geräteleistung stark beeinflusst.
Kürzlich ersetzte Prof. Shaoqing Zhang die 2-Ethylhexyl-Seitenkette von A4T-16, einem zuvor beschriebenen effizienten Akzeptor mit vollständig nicht kondensiertem Ring, durch 3-Ethylheptyl, um einen neuen Akzeptor A4T-3 zu synthetisieren. Im Gegensatz dazu hatte der 3-Ethylheptyl-Substituent eine geringere sterische Hinderungswirkung, wodurch A4T-3 mit einer planareren Struktur ermöglicht wurde.
Die temperaturabhängigen Mobilitätsergebnisse deuteten darauf hin, dass A4T-3 eine geringere intramolekulare energetische Störung aufwies als A4T-16, was zu einer gleichmäßigeren Verteilung des elektrostatischen Oberflächenpotentials führte. Daher zeigte A4T-3 eine kleinere Barriere für den intramolekularen Elektronentransport und eine höhere Elektronenmobilität.
Unterdessen weist das niedrigere elektrostatische Potential der aus A4T-3 hergestellten Endgruppe eine geringere intermolekulare Wechselwirkung mit dem Donor auf, was den nicht strahlenden Energieverlust der entsprechenden Vorrichtung verringern könnte. Wenn das Polymer mit nicht verschmolzenen Ringen, PTVT-T, als Donormaterial verwendet wurde, wurde die photovoltaische Leistung der auf A4T-3 basierenden Vorrichtung im Vergleich zu A4T-16 mit einer Leistungsumwandlungseffizienz von 14,26 % umfassend verbessert.
Bemerkenswerterweise ist dies der höchste Wert für organische Solarzellen, bei denen sowohl der Donor als auch der Akzeptor vollständig nicht fusionierte Ringmaterialien sind. Die Kostenbewertung zeigte, dass die Materialkosten der PTVT-T:A4T-3-Kombination viel niedriger waren als bei anderen Hochleistungskombinationen, was das große Potenzial vollständig nicht verschmolzener ringförmiger photoaktiver Materialien für anwendungsorientierte OSCs aufzeigt.
Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft China Chemie.
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Chenyi Yang et al., Reduzierte energetische Unordnung ermöglicht einen Wirkungsgrad von über 14% in organischen Solarzellen auf der Grundlage von Donatoren und Akzeptoren mit vollständig nicht verschmolzenen Ringen, Wissenschaft China Chemie (2022). DOI: 10.1007/s11426-022-1449-4