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Nonfullerene Polymer Solar Cells Based on a Main-Chain Twisted Low-Bandgap Acceptor with Power Conversion Efficiency of 13.2%
ACS Energy Letters ( IF 19.3 ) Pub Date : 2018-05-31 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsenergylett.8b00627 Weiping Wang 1 , Baofeng Zhao 1 , Zhiyuan Cong 1 , Yuan Xie 2 , Haimei Wu 1 , Quanbin Liang 2 , Sha Liu 2 , Feng Liu 3 , Chao Gao 1 , Hongbin Wu 2 , Yong Cao 2
ACS Energy Letters ( IF 19.3 ) Pub Date : 2018-05-31 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsenergylett.8b00627 Weiping Wang 1 , Baofeng Zhao 1 , Zhiyuan Cong 1 , Yuan Xie 2 , Haimei Wu 1 , Quanbin Liang 2 , Sha Liu 2 , Feng Liu 3 , Chao Gao 1 , Hongbin Wu 2 , Yong Cao 2
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A new acceptor–donor–acceptor-structured nonfullerene acceptor, 2,2′-((2Z,2′Z)-(((4,4,9,9-tetrakis(4-hexylphenyl)-4,9-dihydro-s-indaceno[1,2-b:5,6-b′]dithiophene-2,7-diyl)bis(4-((2-ethylhexyl)oxy)thiophene-4,3-diyl))bis(methanylylidene))bis(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene))dimalononitrile (i-IEICO-4F), is designed and synthesized via main-chain substituting position modification of 2-(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene)dimalononitrile. Unlike its planar analogue IEICO-4F with strong absorption in the near-infrared region, i-IEICO-4F exhibits a twisted main-chain configuration, resulting in 164 nm blue shifts and leading to complementary absorption with the wide-bandgap polymer (J52). A high solution molar extinction coefficient of 2.41 × 105 M–1 cm–1, and sufficiently high energy of charge-transfer excitons of 1.15 eV in a J52:i-IEICO-4F blend were observed, in comparison with those of 2.26 × 105 M–1 cm–1 and 1.08 eV for IEICO-4F. A power conversion efficiency of 13.18% with an open-circuit voltage (0.849 V), a short-circuit current density of 22.86 mA cm–2, and a fill factor of 67.9% were recorded in J52:i-IEICO-4F-based polymer solar cells (PSCs), demonstrating that this main-chain twisted strategy can be a guideline that facilitates the development of new acceptors to maximize the efficiency in PSCs.
中文翻译：
基于主链扭曲低带隙受体的非富勒烯聚合物太阳能电池，功率转换效率为13.2％
一种新的受体-供体-受体结构nonfullerene受体，2,2' - （（2 Ž，2' Ž） - （（（4,4,9,9 -四（4-己基苯基）-4,9-二氢-小号-indaceno [1,2 b：5,6- b ']二噻吩-2,7-二基）双（4 - （（2-乙基己基）氧基）噻吩4,3二基））双（methanylylidene ））通过主链取代设计合成二（5,6-二氟-3-氧代-2,3-二氢-1 H-茚-2,1-二亚甲基））二甲基腈（i-IEICO-4F） 2-（5,6-二氟-3-氧代-2,3-二氢-1 H-茚-2,1-二亚烷基）二甲基腈的位置修饰。i-IEICO-4F不像其平面类似物IEICO-4F在近红外区域具有强吸收性表现出扭曲的主链构型，导致164 nm蓝移，并导致与宽带隙聚合物（J52）互补吸收。在J52：i-IEICO-4F共混物中，溶液的高消光摩尔消光系数为2.41×10 5 M –1 cm –1，并且电荷转移激子的能量足够高，为1.15 eV，与之相比，该消光系数为2.26× IEICO-4F为10 5 M –1 cm –1和1.08 eV 。在J52：i-IEICO-4F中记录到的功率转换效率为13.18％，开路电压（0.849 V），短路电流密度为22.86 mA cm –2，填充系数为67.9％。聚合物太阳能电池（PSC），证明这种主链扭曲策略可以成为促进开发新受体以最大程度提高PSC效率的指南。
更新日期：2018-05-31
中文翻译：
基于主链扭曲低带隙受体的非富勒烯聚合物太阳能电池，功率转换效率为13.2％
一种新的受体-供体-受体结构nonfullerene受体，2,2' - （（2 Ž，2' Ž） - （（（4,4,9,9 -四（4-己基苯基）-4,9-二氢-小号-indaceno [1,2 b：5,6- b ']二噻吩-2,7-二基）双（4 - （（2-乙基己基）氧基）噻吩4,3二基））双（methanylylidene ））通过主链取代设计合成二（5,6-二氟-3-氧代-2,3-二氢-1 H-茚-2,1-二亚甲基））二甲基腈（i-IEICO-4F） 2-（5,6-二氟-3-氧代-2,3-二氢-1 H-茚-2,1-二亚烷基）二甲基腈的位置修饰。i-IEICO-4F不像其平面类似物IEICO-4F在近红外区域具有强吸收性表现出扭曲的主链构型，导致164 nm蓝移，并导致与宽带隙聚合物（J52）互补吸收。在J52：i-IEICO-4F共混物中，溶液的高消光摩尔消光系数为2.41×10 5 M –1 cm –1，并且电荷转移激子的能量足够高，为1.15 eV，与之相比，该消光系数为2.26× IEICO-4F为10 5 M –1 cm –1和1.08 eV 。在J52：i-IEICO-4F中记录到的功率转换效率为13.18％，开路电压（0.849 V），短路电流密度为22.86 mA cm –2，填充系数为67.9％。聚合物太阳能电池（PSC），证明这种主链扭曲策略可以成为促进开发新受体以最大程度提高PSC效率的指南。
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