Effects of Different Halogenated End-groups Non-fullerene Acceptors on the Organic Solar Cells

doi:10.7503/cjcu20230084

Abstract

Abstract:

The end-group halogenation of non-fullerene acceptors（NFAs） is an effective method to fabricate high- performance NFAs organic solar cells（OSCs）. Here in， three NFAs， BTP-SSe-F， BTP-SSe-Cl and BTP-SSe-Br， were synthesized. They had different halogenated end groups， IC-2F， IC-2Cl and IC-2Br， respectively. The photophysical properties， electrochemical properties， organic photovoltaic properties and active layer morphology of the three NFAs were tested and analyzed. It was found that fluorinated NFAs had lower energy levels than chlorinated and brominated NFAs. The UV-visible absorption spectra of the three NFAs all showed red-shifting， and the intermolecular force of BTP-SSe-F was stronger. BTP-SSe-F had better electron and hole mobility and more balanced electron and hole mobility. Compared with BTP-SSe-Cl and BTP-SSe-Br， BTP-SSe-F blends had more suitable roughness， better phase separation size and stronger π⁃π packing. When PM6 was used as the donor material， the BTP-SSe-F based optoelectronic devices exhibited the highest power conversion efficiency（PCE=16.53%）， the highest current density（J_SC=28.17 mA/cm²） and the highest filling factor（FF=74.11%）. These results indicate that different halogenated end-group NFAs have great influence on the photoelectric performance of OSCs， and the fluorination of end-group can be very effective in constructing high-performance photovoltaic materials.

Key words: Organic solar cell, Halogenation, Engineering of end-group, Non-fullerene acceptor

CLC Number:

O613.4

TrendMD:

GUO Yuntong, CHEN Zhenyu, GE Ziyi. Effects of Different Halogenated End-groups Non-fullerene Acceptors on the Organic Solar Cells[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(7): 20230084.

Figures/Tables 10

Table 1 Optical and electrochemical properties of BTP-SSe-F, BTP-SSe-Cl and BTP-SSe-Br

Acceptor	E_HOMO/eV	E_LUMO/eV	E $g o p t, a$ /eV	λ $o n s e t$ /nm	λ $m a x b$ /nm	λ $m a x c$ /nm	E $g e l e, d$ /eV
BTP⁃SSe⁃F	-5.72	-4.41	1.31	949	753	834	2.13
BTP⁃SSe⁃Cl	-5.68	-4.35	1.33	930	767	839	2.18
BTPSSe⁃Br	-5.64	-4.34	1.30	957	770	846	2.14

Table 1 Optical and electrochemical properties of BTP-SSe-F, BTP-SSe-Cl and BTP-SSe-Br

Acceptor	E_HOMO/eV	E_LUMO/eV	E $g o p t, a$ /eV	λ $o n s e t$ /nm	λ $m a x b$ /nm	λ $m a x c$ /nm	E $g e l e, d$ /eV
BTP⁃SSe⁃F	-5.72	-4.41	1.31	949	753	834	2.13
BTP⁃SSe⁃Cl	-5.68	-4.35	1.33	930	767	839	2.18
BTPSSe⁃Br	-5.64	-4.34	1.30	957	770	846	2.14

Table 2 Photovoltaic parameters of the OSCs

Active layer	V_oc/V	J_sc/（mA·cm^-2）	J $s c c a l$ /（mA·cm^-2）	FF（%）	PCE（%）
PM6∶BTP⁃SSe⁃F	0.792	28.17	28.42	74.11	16.53
PM6∶BTP⁃SSe⁃Cl	0.806	27.10	27.09	69.51	15.18
PM6∶BTP⁃SSe⁃Br	0.789	25.22	25.86	66.19	13.18

Table 2 Photovoltaic parameters of the OSCs

Active layer	V_oc/V	J_sc/（mA·cm^-2）	J $s c c a l$ /（mA·cm^-2）	FF（%）	PCE（%）
PM6∶BTP⁃SSe⁃F	0.792	28.17	28.42	74.11	16.53
PM6∶BTP⁃SSe⁃Cl	0.806	27.10	27.09	69.51	15.18
PM6∶BTP⁃SSe⁃Br	0.789	25.22	25.86	66.19	13.18

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