Исследовательская группа под руководством профессора Гэ Цзыи из Института технологии и инженерии материалов Нинбо (NIMTE) Китайской академии наук (CAS) применила стратегию асимметричного замещения концевых групп в молекулярных донорах, таким образом достигнув высокой эффективности всех — низкомолекулярные органические солнечные элементы (OSC) с эффективностью преобразования энергии (PCE) более 16,34%. Исследование было опубликовано в Advanced Materials.
OSC вызывают растущий интерес благодаря привлекательным преимуществам, таким как низкая стоимость, малый вес и механическая гибкость. Как многообещающий источник питания для гибких электронных систем, в дополнение к относительно низким характеристикам PCE, полностью низкомолекулярные OSC имеют определенную химическую структуру и отличную воспроизводимость от партии к партии.
Чтобы преодолеть это узкое место, исследователи разработали и синтезировали серию симметричных и асимметричных низкомолекулярных доноров. Донорным фрагментом служил дифтортиофензамещенный бензодитиофен , а в качестве концевых групп были выбраны 2-этилгексилцианоацетат (CA), 2-этилгексилроданин (Reh) и 1H-инден-1,3(2H)-дион (ID).
Смешавшись с акцептором N3, SM-CA-Reh был заменен асимметричными концевыми группами CA и Reh, что привело к комплексным фотоэлектрическим преимуществам высокого коэффициента заполнения (FF) SM-CA и высокой плотности тока короткого замыкания ( Jsc ) СМ-Рех.
В этом случае устройство на основе SM-CA-Reh достигло повышенного FF на 77,5% и значительно улучшенного PCE на 16,34%, что было самым высоким PCE, о котором сообщалось для бинарных полностью низкомолекулярных OSC. Напротив, устройства на основе SM-CA-ID и SM-ID показали относительно низкий PCE 8,2% и 2,76% соответственно.
Кроме того, результаты характеризации показывают, что морфология стопки в смесевых пленках в основном определяется π-π-взаимодействием, а не дипольным эффектом или кристалличностью.
Это исследование показало, что асимметричная замена концевых групп в молекулярных донорах может быть эффективным методом для дальнейшего улучшения OSC, полностью состоящих из малых молекул, и пролило свет на то, как концевые группы эффективно модулируют морфологию с разделением фаз.
