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Fluorinated Perylene-Diimides: Cathode Interlayers Facilitating Carrier Collection for High-Performance Organic Solar Cells
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2022-06-21 , DOI: 10.1002/adma.202203690 Jia Yao 1, 2 , Shiyu Ding 1 , Rui Zhang 3 , Yang Bai 1 , Qiuju Zhou 4 , Lei Meng 2 , Eduardo Solano 5 , Julian A Steele 6, 7 , Maarten B J Roeffaers 6 , Feng Gao 3 , Zhi-Guo Zhang 1 , Yongfang Li 2
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2022-06-21 , DOI: 10.1002/adma.202203690 Jia Yao 1, 2 , Shiyu Ding 1 , Rui Zhang 3 , Yang Bai 1 , Qiuju Zhou 4 , Lei Meng 2 , Eduardo Solano 5 , Julian A Steele 6, 7 , Maarten B J Roeffaers 6 , Feng Gao 3 , Zhi-Guo Zhang 1 , Yongfang Li 2
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Organic solar cells (OSCs) have experienced rapid progress with the innovation of near-infrared (NIR)-absorbing small-molecular acceptors (SMAs), while the unique electronic properties of the SMAs raise new challenges in relation to cathode engineering for effective electron collection. To address this issue, two fluorinated perylene-diimides (PDIs), PDINN-F and PDINN-2F, are synthesized by a simple fluorination method, for application as cathode interlayer (CIL) materials. The two bay-fluorinated PDI-based CILs possess a lower lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy level of ≈−4.0 eV, which improves the energy level alignment at the NIR-SMAs (such as BTP-eC9)/CIL for a favorable electron extraction efficiency. The monofluorinated PDINN-F shows higher electron mobility and better improved interfacial compatibility. The PDINN-F-based OSCs with PM6:BTP-eC9 as active layer exhibit an enhanced fill factor and larger short-circuit current density, leading to a high power conversion efficiency (PCE) exceeding 18%. The devices with PDINN-F CIL retain more than 80% of their initial PCE after operating at the maximum power point under continuous illumination for 750 h. This work prescribes a facile, cost-effective, and scalable method for the preparation of stable, high-performance fluorinated CILs, and instilling promise for the NIR-SMAs-based OSCs moving forward.
中文翻译：
氟化苝二酰亚胺：促进高性能有机太阳能电池载体收集的阴极夹层
随着近红外 (NIR) 吸收小分子受体 (SMA) 的创新，有机太阳能电池 (OSC) 取得了快速进展，而 SMA 独特的电子特性为有效收集电子的阴极工程带来了新的挑战. 为了解决这个问题，通过简单的氟化方法合成了两种氟化苝二酰亚胺 (PDI) PDINN-F 和 PDINN-2F，用作阴极夹层 (CIL) 材料。两种基于海湾氟化 PDI 的 CIL 具有 ≈-4.0 eV 的较低最低未占分子轨道 (LUMO) 能级，这改善了 NIR-SMA（如 BTP-eC9）/CIL 的能级排列，从而获得了有利的电子提取效率。单氟化 PDINN-F 显示出更高的电子迁移率和更好的界面相容性。以 PM6:BTP-eC9 作为有源层的基于 PDINN-F 的 OSC 表现出增强的填充因子和更大的短路电流密度，从而实现了超过 18% 的高功率转换效率 (PCE)。具有 PDINN-F CIL 的设备在连续照明下以最大功率点运行 750 小时后，保留了超过 80% 的初始 PCE。这项工作为制备稳定、高性能的氟化 CIL 提供了一种简便、经济高效且可扩展的方法，并为基于 NIR-SMA 的 OSC 的发展注入了希望。具有 PDINN-F CIL 的设备在连续照明下以最大功率点运行 750 小时后，保留了超过 80% 的初始 PCE。这项工作为制备稳定、高性能的氟化 CIL 提供了一种简便、经济高效且可扩展的方法，并为基于 NIR-SMA 的 OSC 的发展注入了希望。具有 PDINN-F CIL 的设备在连续照明下以最大功率点运行 750 小时后，保留了超过 80% 的初始 PCE。这项工作为制备稳定、高性能的氟化 CIL 提供了一种简便、经济高效且可扩展的方法，并为基于 NIR-SMA 的 OSC 的发展注入了希望。
更新日期：2022-06-21
中文翻译：
氟化苝二酰亚胺：促进高性能有机太阳能电池载体收集的阴极夹层
随着近红外 (NIR) 吸收小分子受体 (SMA) 的创新，有机太阳能电池 (OSC) 取得了快速进展，而 SMA 独特的电子特性为有效收集电子的阴极工程带来了新的挑战. 为了解决这个问题，通过简单的氟化方法合成了两种氟化苝二酰亚胺 (PDI) PDINN-F 和 PDINN-2F，用作阴极夹层 (CIL) 材料。两种基于海湾氟化 PDI 的 CIL 具有 ≈-4.0 eV 的较低最低未占分子轨道 (LUMO) 能级，这改善了 NIR-SMA（如 BTP-eC9）/CIL 的能级排列，从而获得了有利的电子提取效率。单氟化 PDINN-F 显示出更高的电子迁移率和更好的界面相容性。以 PM6:BTP-eC9 作为有源层的基于 PDINN-F 的 OSC 表现出增强的填充因子和更大的短路电流密度，从而实现了超过 18% 的高功率转换效率 (PCE)。具有 PDINN-F CIL 的设备在连续照明下以最大功率点运行 750 小时后，保留了超过 80% 的初始 PCE。这项工作为制备稳定、高性能的氟化 CIL 提供了一种简便、经济高效且可扩展的方法，并为基于 NIR-SMA 的 OSC 的发展注入了希望。具有 PDINN-F CIL 的设备在连续照明下以最大功率点运行 750 小时后，保留了超过 80% 的初始 PCE。这项工作为制备稳定、高性能的氟化 CIL 提供了一种简便、经济高效且可扩展的方法，并为基于 NIR-SMA 的 OSC 的发展注入了希望。具有 PDINN-F CIL 的设备在连续照明下以最大功率点运行 750 小时后，保留了超过 80% 的初始 PCE。这项工作为制备稳定、高性能的氟化 CIL 提供了一种简便、经济高效且可扩展的方法，并为基于 NIR-SMA 的 OSC 的发展注入了希望。
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